三維參數(shù)化在水閘標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

特來提·艾尼瓦

(塔里木河流域干流管理局 阿拉爾管理站，新疆 阿拉爾 843300)

0 引 言

水閘是水利樞紐中最常見、使用最廣泛的控流建筑[1]。水閘在排澇、灌溉、防洪、擋潮輸水等方面充當(dāng)著重要的角色[2]。據(jù)調(diào)查，國內(nèi)的水閘設(shè)計(jì)無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這將帶來一系列的問題，包括管理與維護(hù)方面，嚴(yán)重影響了水閘的運(yùn)行效率[3]。

目前，水閘設(shè)計(jì)工作主要存在以下3類問題：①數(shù)據(jù)信息傳輸方面。在設(shè)計(jì)中，很多計(jì)算參數(shù)和基本參數(shù)需要多次使用，但由于沒有完善的設(shè)計(jì)體系，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸只能通過紙質(zhì)文件的形式，這將導(dǎo)致信息傳輸效率低下，數(shù)據(jù)格式混亂，同時(shí)也難以實(shí)現(xiàn)第一手實(shí)況數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新。②設(shè)計(jì)計(jì)算手段落后。據(jù)調(diào)查，多數(shù)設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)人員仍然通過手動(dòng)計(jì)算或表格計(jì)算的方式來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算工作，這將導(dǎo)致計(jì)算中摻雜大量的主觀因素，工作量大，并且該方法自動(dòng)化生產(chǎn)程度低，會(huì)降低設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量。③標(biāo)準(zhǔn)化程度低，各設(shè)計(jì)單位目前仍遵循設(shè)計(jì)手冊(cè)和相關(guān)文件的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)流程也是僅僅依靠行業(yè)規(guī)范、個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)等等，缺乏系統(tǒng)的體系，存在信息落后的現(xiàn)象，故導(dǎo)致執(zhí)行效率延后[4]。細(xì)化到不同設(shè)計(jì)人員所負(fù)責(zé)的板塊中，其設(shè)計(jì)的工程方案完全依賴于設(shè)計(jì)人員自身的記憶、理解與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，同一個(gè)板塊，不同人員的設(shè)計(jì)往往大相徑庭?；谏鲜鲈?，目前設(shè)計(jì)單位急需創(chuàng)新，本文引入Revit參數(shù)化種群進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)[5]，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)化、施工標(biāo)準(zhǔn)化和管理統(tǒng)一的目標(biāo)，進(jìn)而達(dá)到提升設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)成果質(zhì)量的目的。

1 研究區(qū)概況

本文以新疆某水利樞紐工程為實(shí)例，它是一座集灌溉、供水為一體的大型跨流域調(diào)水、引水工程，為省在建重點(diǎn)工程。庫區(qū)搬遷移民人口340人；淹沒耕地23.807 3 hm2、園地10.618 hm2、林地202.318 7 hm2；淹沒房屋建筑面積12 590 m2。本文以該水利樞紐中某小型水閘的參數(shù)化建模過程為例，研究參數(shù)化族模型的方法和應(yīng)用，包括參數(shù)設(shè)置和參數(shù)化建模過程，并將創(chuàng)建的參數(shù)化模型應(yīng)用到工程中，表明通過修改參數(shù)化族模型的參數(shù)，可以方便地修改工程的設(shè)計(jì)和高效管理。

2 Revit簡介與定參

2.1 Revit簡介

目前，越來越多的設(shè)計(jì)公司使用三維設(shè)計(jì)技術(shù)來增加設(shè)計(jì)的技術(shù)含量，提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤和遺漏，提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量。Revit是Autodesk公司開發(fā)的3D設(shè)計(jì)軟件，具有非常完善的建筑和結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)功能。參數(shù)化建?？梢苑奖憧旖莸貐f(xié)調(diào)所有圖形數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。通過研究水閘標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，從而提高水閘的設(shè)計(jì)水平和社會(huì)公共資源的利用率，方便水閘工程的管理。

2.2 Revit幾何特征和參數(shù)設(shè)置

該小型水閘由閘體斷面、上下游翼墻、上下游河段等組成。布局圖見圖1。

圖1 水閘結(jié)構(gòu)平面布置圖

三維實(shí)體對(duì)象的參數(shù)化描述是參數(shù)化建模的基礎(chǔ)。對(duì)閘室結(jié)構(gòu)、上下游過渡段和上下游河道段進(jìn)行分析后，需要參數(shù)化的主要參數(shù)有：閘室結(jié)構(gòu)長度、凈寬、邊墩厚度、墩壁高度、排架厚度、寬度和高度；過渡段兩端開口的寬度和高度；河道的底寬、底高、坡比等；翼墻為懸臂式擋土墻，分段長度、底板寬度和厚度、前趾長度、前墻高度和厚度等。

3 參數(shù)模型創(chuàng)建

3.1 創(chuàng)建族庫

3.1.1 選擇合適的族庫模板

所有Revit構(gòu)件族庫都是從模型樣板文件(rft格式)開始創(chuàng)建的，該文件定義了族庫的添加方式，例如基于表面、基于線、基于墻以及其他一些基本設(shè)置。根據(jù)建筑的特點(diǎn)，選擇“公制結(jié)構(gòu)框架-綜合體和桁架”族庫模板開始創(chuàng)建族庫。

3.1.2 族庫類別和參數(shù)

選擇族庫模板后，需要在族庫編輯界面設(shè)置“族庫類別和參數(shù)”。族庫類別決定了族庫在項(xiàng)目中的位置以及族庫在項(xiàng)目中的操作特征。水閘的族庫應(yīng)設(shè)置為“結(jié)構(gòu)框架”。應(yīng)檢查“混凝土”或“預(yù)應(yīng)力混凝土”選項(xiàng)作為族庫參數(shù)模型的合理性，此選項(xiàng)使族庫能夠在項(xiàng)目的每個(gè)視圖中顯示混凝土的正確特性。

3.1.3 將族庫載入到項(xiàng)目中的形式和插入點(diǎn)

項(xiàng)目中放置族庫的形式有許多變化：無論是垂直、水平、傾斜和旋轉(zhuǎn)，還是各種放置形式的組合，對(duì)創(chuàng)建族庫的方法有很大的影響。不適當(dāng)?shù)淖鍘旖７椒〞?huì)增加步驟的編輯和在項(xiàng)目中的放置，影響應(yīng)用效率，嚴(yán)重的使族庫在項(xiàng)目中不能正常使用。一般水閘前墻頂部是等高的連續(xù)曲線，這樣前墻可以插入端點(diǎn)的前線作為參考點(diǎn)高程。

3.2 參數(shù)化模型構(gòu)建步驟

經(jīng)歷了數(shù)次摸索過程，下面給出6個(gè)關(guān)鍵性的建模過程，見圖2。

圖2 參數(shù)化建模流程圖

3.3 建立參數(shù)模型

根據(jù)模型的幾何特征和參數(shù)設(shè)置分析，通過實(shí)體放樣得到底板。首先，放樣路徑繪制在參考標(biāo)高工作面上，該工作面沿著基板的前部。路徑的長度將被標(biāo)注尺寸，尺寸中會(huì)添加一個(gè)參數(shù)，即基板的寬度。然后繪制基板輪廓，基板的頂角繪制在原點(diǎn)，即插入族庫時(shí)的錨點(diǎn)。應(yīng)該為需要參數(shù)化的尺寸添加參數(shù)，見圖1。繪制好路徑和輪廓后，即可退出編輯模式，進(jìn)而獲得底板的參數(shù)化三維模型。墩墻可以通過拉伸的方法得到，拉伸的起點(diǎn)是底板的頂面，拉伸的終點(diǎn)是墩墻的頂部，為終點(diǎn)設(shè)置參數(shù)。使用相同的方法對(duì)彎曲框架建模。

考慮到引水渠漸變段的擴(kuò)散角，建立模型，并通過中空拉伸體對(duì)其進(jìn)行剪切，形成墩壁三維模型，它是由擴(kuò)散角控制的，從而就完成了過渡段和閘室的三維參數(shù)化建模過程。通過改變驅(qū)動(dòng)參數(shù)，可以相應(yīng)地改變鎖腔結(jié)構(gòu)各部分的長度、寬度、高度和厚度。參數(shù)和參數(shù)模型見圖3。

在研究了懸臂式擋土墻的幾何特征后，通過測量手段得到底板和前墻。首先在參考高程工作面上繪制放樣路徑，該工作面是前墻頂部的前線。然后繪制前墻和基板輪廓，并添加厚度、高度、寬度等參數(shù)。模型建立后，參數(shù)和參數(shù)模型見圖4。河流坡度的三維模型可以通過放樣或擠壓命令創(chuàng)建，需要在縱斷面和路徑中添加相應(yīng)的參數(shù)。

圖4 擋土墻參數(shù)及參數(shù)模型

4 參數(shù)模型的測試與應(yīng)用

本節(jié)將創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，并將參數(shù)化鎖定室、過渡段、坡度和翼墻加載到項(xiàng)目中。在項(xiàng)目繪圖環(huán)境中，將創(chuàng)建一個(gè)新部分，并且視圖模式應(yīng)設(shè)置為“精細(xì)”。平面圖和剖面圖的標(biāo)注符合制圖的習(xí)慣和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3D視圖的效果由軟件生成，是一種帶有邊框的真實(shí)場景。接下來將創(chuàng)建一個(gè)新圖紙，并將項(xiàng)目中的平面視圖、剖面視圖和三維視圖加載到圖紙中，同時(shí)設(shè)定適當(dāng)?shù)谋壤Ｆ矫鎴D、剖面圖和三維視圖見圖5-圖6。

為了檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膮?shù)化能否正確執(zhí)行，底板面標(biāo)高由-0.5 m改為0.5 m，墩墻高度由5.0 m調(diào)整為5.5 m，閘門孔凈寬由5.0 m調(diào)整為4.0 m，門體長度由8.5 m調(diào)整為8.0 m，翼墻高度和底板寬度分別增加0.5 cm。經(jīng)過一系列修改，可以直接獲得各種類型比例尺的平面圖和剖面圖，見圖7-圖8。由圖7-圖8可知，參數(shù)化模型具有良好的適應(yīng)性。

圖5 水閘平面布置圖

圖6 水閘結(jié)構(gòu)及模型剖面圖

圖7 參數(shù)變更后水閘平面布置圖

圖8 參數(shù)變化后水閘結(jié)構(gòu)剖面圖

5 結(jié) 論

Autodesk Revit軟件中最重要的組成部分是族庫，在族庫的基礎(chǔ)上可以生成項(xiàng)目的各種元素，故三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性步驟是創(chuàng)建參數(shù)化族庫，它決定了項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。本文以水利工程中常見的水閘工程為例，研究了參數(shù)化模型在Revit平臺(tái)上的建立方法和應(yīng)用，為工程設(shè)計(jì)中的三維協(xié)同設(shè)計(jì)和參數(shù)化建模提供參考。