規(guī)劃階段水工結(jié)構(gòu)BIM建模技術(shù)研究

劉文超 中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司

1.Revit的特點(diǎn)

1.1 參數(shù)化驅(qū)動(dòng)數(shù)字模型

參數(shù)化驅(qū)動(dòng)數(shù)字模型以技術(shù)參數(shù)的模型手段調(diào)控?cái)?shù)字模型，使同類(lèi)型的模型有一致的模型基準(zhǔn)，給使用者在查詢(xún)、管理、調(diào)整等環(huán)節(jié)帶來(lái)了非常大的模型便利性。參數(shù)化驅(qū)動(dòng)數(shù)字模型的模型優(yōu)點(diǎn)并不只是在建模制作環(huán)節(jié)中得到反映，在模型啟用和調(diào)整環(huán)節(jié)中也擁有至關(guān)重要的實(shí)際意義，還可以共享族文件中的技術(shù)參數(shù)，而且族中元素的模型技術(shù)參數(shù)又能做到不相互之間影響。

1.2 信息融合特點(diǎn)

數(shù)字模型可以在水利工程不同階段根據(jù)實(shí)際情況和所需進(jìn)行更改、調(diào)用，在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)劃階段、施工作業(yè)階段、竣工后使用運(yùn)行階段起到了舉足輕重的作用，減少了水利工程中不必要的文件，提升了工作效能。同時(shí)以數(shù)字模型為載體，融合了非幾何信息，減輕了經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2.基于BIM技術(shù)對(duì)水工結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模

該水利工程為中型水閘，工程等級(jí)為Ⅲ級(jí)，采用閘門(mén)與溢流壩組合布置形式，中孔設(shè)閘門(mén)，兩側(cè)孔設(shè)堰，閘墩采用鋼筋混凝土空箱結(jié)構(gòu)。水閘混凝土結(jié)構(gòu)相對(duì)于重力壩、拱壩等水工建筑物而言，復(fù)雜得多，可以按結(jié)構(gòu)位置從中間到兩側(cè)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

先從CAD設(shè)計(jì)圖中提取出特征輪廓，文件名以＊.d xf命名保存。然后通過(guò)“導(dǎo)入”→“導(dǎo)入幾何圖形”步驟，＊.dxf文件導(dǎo)入Revi。嚴(yán)格控制模型中每個(gè)結(jié)構(gòu)在網(wǎng)格上面的銜接問(wèn)題，因此，可以以剖面圖的輪廓線作為控制標(biāo)準(zhǔn)。

以剖面圖的二維網(wǎng)格為基礎(chǔ)，參照閘室CAD圖紙中各部位的實(shí)際尺寸，生成三維網(wǎng)格。需要注意的是，翼墻、裙腳等細(xì)部結(jié)構(gòu)將使網(wǎng)格連接復(fù)雜化，增加了網(wǎng)格調(diào)整工作量。另外，曲線的出現(xiàn)往往需要更多的控制點(diǎn)，導(dǎo)致網(wǎng)格的密集化，使得閘墩墻壁和底座的連接更加復(fù)雜。

本工程地基較為不平，因此在閘室主體混凝土結(jié)構(gòu)完成后，閘室底板底部應(yīng)填充至閘室上部結(jié)構(gòu)最低標(biāo)高。從勘察報(bào)告中獲得地基土層資料后，提取地基土層特征剖面，輸入Revi，按實(shí)際位置放置。利用tool→projec將同一土層邊界線與土層間的接觸面擬合起來(lái)，將接觸面上的網(wǎng)格投影到各接觸面上。在相鄰交錯(cuò)、間隔較小的界面上，根據(jù)每一層土層的厚度生成三維的基礎(chǔ)單元。使用3D→SolidMap命令，對(duì)無(wú)交錯(cuò)、間距較大的相鄰界面，使用兩個(gè)界面上的網(wǎng)格直接生成三維網(wǎng)格。最終以工程地質(zhì)剖面為依照，按照各土層的實(shí)際高程走向，利用移動(dòng)地基單元節(jié)點(diǎn)完成三維工程地質(zhì)仿真模擬。

雖然某些水工建筑物模型的構(gòu)造和制作流程比較復(fù)雜，但是基本的建模思路和方法大致相同，因此本文不再贅述，可參考以上方法。其他水工建筑物，除水壩以外的水工建筑物模型，也可以使用Revit進(jìn)行建模。

3.水利樞紐壩址區(qū)地質(zhì)條件建模

3.1 流域地形條件建模

流域三維地形模型數(shù)據(jù)量大，地形數(shù)據(jù)過(guò)多易導(dǎo)致計(jì)算機(jī)崩潰。為了減少不必要的電腦存儲(chǔ)和操作空間，流域地形數(shù)據(jù)不必過(guò)于精確。在抓取地形數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)當(dāng)先利用GoogleEarth中的不規(guī)則圖形專(zhuān)用工具按順序點(diǎn)擊四個(gè)核心界標(biāo)的所在位置，一直到轉(zhuǎn)化成一個(gè)封閉式的不規(guī)則圖形區(qū)域。為切實(shí)保障抓取流域區(qū)域時(shí)的精確度，應(yīng)當(dāng)先明確水利工程的所在位置，并增加界標(biāo)。隨后按照地圖坐標(biāo)信息，在流域的四個(gè)核心點(diǎn)增加界標(biāo)。

在“KML”文件選中Notepad打開(kāi)模式，可以看到流域坐標(biāo)范圍已被以文本格式記錄到文件中。由于抓取流域范圍時(shí)不具有其他非需要類(lèi)型的相關(guān)文件，因此在順利地抓取流域范圍數(shù)據(jù)信息之后，不規(guī)則圖形域能夠直接另存為kml文件。提取流域范圍之后，需要3DSMa x軟件和 Terrain插件來(lái)完成地形模型的生成。

（1）流域地形生成三維模型。在3DSMax軟件中使用import命令導(dǎo)出流域范圍數(shù)據(jù)。當(dāng)文件導(dǎo)入到軟件后，在出現(xiàn)的對(duì)話框中點(diǎn)擊“確定”，Terrain就會(huì)開(kāi)始從互聯(lián)網(wǎng)上在線下載數(shù)據(jù)信息。當(dāng)數(shù)據(jù)下載完成后，流域的地形模型素模就會(huì)自動(dòng)生成。

（2）下載流域紋理圖像。在WOLFMAPMAP中選擇下載流域模型紋理貼圖并將其保存為jpg圖片格式，如圖1所示。

圖1 生成地形模型

在Blinn主要參數(shù)中用鼠標(biāo)單擊漫反射，雙擊鼠標(biāo)后彈出窗口中的位圖文件選擇項(xiàng)，選取流域紋理jpg格式。操作人員點(diǎn)擊0K鍵。后得到一個(gè)“流域紋理貼圖”的材質(zhì)球。選中這個(gè)材質(zhì)球和流域地形模型，單擊特定給所選擇的物體，隨后點(diǎn)開(kāi)顯示視口顏色的材質(zhì)選擇項(xiàng)，就可以自動(dòng)生成具有紋理特征的流域地形模型。

3.2 樞紐壩址區(qū)地質(zhì)條件建模

在工程地質(zhì)情況下，鑒于幾何構(gòu)造的多元性，難以利用簡(jiǎn)便的拉伸或放樣操作命令來(lái)創(chuàng)建模型結(jié)構(gòu)類(lèi)型。因此，在建立地質(zhì)構(gòu)造模型時(shí)，必須將相鄰的兩個(gè)地質(zhì)構(gòu)造剖面合并起來(lái)。先將工程地質(zhì)CAD圖件進(jìn)行簡(jiǎn)化和優(yōu)化，調(diào)整成正確比例導(dǎo)入Revit族圖件，根據(jù)坐標(biāo)和高度將圖件放入相應(yīng)位置。

由于地形線的復(fù)雜性和Revit曲線繪圖的限制性，需要利用CAD軟件來(lái)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造線進(jìn)行預(yù)處理，以導(dǎo)入Revit中進(jìn)行制圖操作為處理標(biāo)準(zhǔn)。為防止數(shù)據(jù)信息冗余，在確保數(shù)據(jù)完整性的前提上，不可給巖石層或斷層添加太多的參數(shù)類(lèi)型，要確保參數(shù)實(shí)用價(jià)值。

重復(fù)以上內(nèi)容，直至全部地質(zhì)層和斷裂帶的Revit全系列文件完成。在已完成的模型上實(shí)行布爾操作，消除模型間的沖突行為。

4.結(jié)束語(yǔ)

在水利工程中，BIM在整個(gè)生命周期中的運(yùn)用尚處在探尋時(shí)期，但其優(yōu)越性已被業(yè)內(nèi)所肯定。本文論述了使用BIM技術(shù)創(chuàng)建地質(zhì)條件和水工結(jié)構(gòu)模型的方式，使數(shù)字模型既具備形象化的立體式外觀，又能將目標(biāo)的幾何圖形信息與非幾何圖形信息相結(jié)合。就目前而言，多行業(yè)領(lǐng)域協(xié)作、項(xiàng)目生命周期標(biāo)準(zhǔn)化管理、信息數(shù)字化的模式日漸成為水利工程建設(shè)未來(lái)發(fā)展的新趨勢(shì)，BIM技術(shù)應(yīng)用為水工結(jié)構(gòu)大數(shù)據(jù)的采集、優(yōu)化方案、加工處理帶來(lái)了更科學(xué)合理有效的實(shí)施方案。