基于Civil3D的二次開發(fā)在河道設(shè)計中的應(yīng)用分析

孫亞男

（招遠(yuǎn)市金都水利勘測設(shè)計有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

水利工程設(shè)計中最為繁瑣的工作莫過于修改，評審專家或者校審人員短短的一條意見就可能讓整個項目從頭再來一遍，特別在河道、供水管線、渠道等項目的設(shè)計中，一個簡單的線路修改，平面、縱斷面、橫斷面就得從頭再來一遍。為提高長線路帶狀工程的設(shè)計效率，解放勞動生產(chǎn)力，很多設(shè)計人員通過編程相繼開發(fā)出了不同的CAD插件，通過這些插件的運(yùn)用在一定程度上取得了良好的效果[1-4]。文章結(jié)合多年的水利工程設(shè)計實踐介紹長線路帶狀工程設(shè)計中相關(guān)軟件的優(yōu)劣，并基于Civil3D的二次開發(fā)介紹其在水利工程設(shè)計中的應(yīng)用流程，該方法對水利工程設(shè)計人員提高河道等項目的設(shè)計效率具有一定的參考價值。

1 常規(guī)設(shè)計軟件及其瓶頸

ZDM是基于AutoCAD平臺結(jié)合水利工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)，是水利工程設(shè)計人員必備的AutoCAD插件，運(yùn)用ZDM進(jìn)行水利工程設(shè)計對工作效率的提高極為顯著，也正如其用戶手冊開篇介紹“使用通用功能部分，綜合效率可提高50%以上；使用專業(yè)通用部分，綜合效率可提高數(shù)倍以上；使用專業(yè)部分，綜合效率可提高數(shù)10倍以上。對于小型水利水電設(shè)計單位，該軟件提供了CAD 輔助設(shè)計的全套解決方案”[5]。ZDM軟件在渠道改造、堤防加固、河道開挖疏浚、供水線路等帶狀水利工程設(shè)計上應(yīng)用廣泛，雖然ZDM極大地提高了水利設(shè)計人員的生產(chǎn)效率，但還是有不少瓶頸，比如平面、縱斷面、橫斷面不能同步更新，用戶界面老化等。

遠(yuǎn)盛水工是基于AutoCAD平臺按照水利行業(yè)CAD制圖標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的大型輔助設(shè)計繪圖軟件。該軟件包括了很多功能，其中有地圖摘高程點(diǎn)、縱斷面與橫斷面自動關(guān)聯(lián)、縱斷面拉坡設(shè)計、引入場地概念等功能。由于整個軟件都是基于二維的設(shè)計思路[6]，操作上沒有延續(xù)性，數(shù)據(jù)不能相互關(guān)聯(lián)，雖然設(shè)計出圖智能化程度高，不過軟件的用戶使用量還是較少。

PowerCivil是一款以Bentley的MicroStation為基礎(chǔ)平臺并面向交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計的軟件[7]，通過該軟件可在一個應(yīng)用程序中同時提供三維建模、設(shè)計階段、可視化、設(shè)計意圖、信息傳遞等諸多內(nèi)容；可對用戶在標(biāo)準(zhǔn)、交付項和歷史數(shù)據(jù)方面的權(quán)益加以保護(hù)，同時還提供信息建模功能，以構(gòu)建智能化的基礎(chǔ)設(shè)施。其核心思想是將平縱曲線、橫斷面、超高漸變、曲線加寬等數(shù)據(jù)全部集中一個信息模型上，需要相應(yīng)數(shù)據(jù)時直接從模型上提取所需數(shù)據(jù)、平縱橫圖紙等。并可直接在模型上模擬施工、制作漫游動畫、模擬交通等。將其應(yīng)用到水利工程堤防設(shè)計時，對較復(fù)雜的堤防設(shè)計斷面難以建模，實用性上受到一定的限制。

HintCAD是基于AutoCAD平臺[8]，結(jié)合多個交通工程實踐研制開發(fā)大型專業(yè)CAD軟件，該軟件利用實時拖動技術(shù)，使用戶直接在計算機(jī)上動態(tài)交互式完成線路的平(縱、橫)設(shè)計、繪圖、出表；更可以利用三維電子地形圖，建立三維數(shù)模并直接獲得準(zhǔn)確的縱、橫斷地面線數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行平、縱、橫系統(tǒng)化設(shè)計；在省去外業(yè)測量的人馬勞頓和縮短設(shè)計周期的同時，更使得大范圍的路線方案深度比選方便快捷。將其運(yùn)用到水利工程設(shè)計上，最終成圖需要在CAD中進(jìn)行二次加工，工作量較大。

2 Civil3D的優(yōu)勢

Civil3D是一款面向?qū)ο蟮能浖瑢ο笈c對象之間相互關(guān)聯(lián)，在對象模型中，一個對象中發(fā)生的更改可以自動傳遞給目標(biāo)關(guān)聯(lián)對象。例如，如果重新設(shè)計了一條路線曲線，則所有將該路線作為基準(zhǔn)線的放坡都會被相應(yīng)修改；此外，所有相關(guān)的樁號標(biāo)注、標(biāo)簽和其他特定于此路線的數(shù)據(jù)都將得到更新[9]；也就是“一處變，處處變”，這樣可以解決讓設(shè)計師頭大的版本修改問題。

3 Civil3D的河道設(shè)計流程

利用Civil3D進(jìn)行河道設(shè)計[10]的主要設(shè)計流程為：曲面生成→平面堤線設(shè)計→縱斷面設(shè)計→裝配設(shè)計→河道模型生成→生成橫斷面圖→工程量計算→出圖。

3.1 曲面生成

Civil3D生成曲面的方式有很多種方式，如果有CAD測量圖的話，可以通過等高線和高程點(diǎn)生成地形曲面，當(dāng)然除此之外，也可以通過DEM、點(diǎn)云、GIS數(shù)據(jù)等文件創(chuàng)建地形曲面。

地形曲面的創(chuàng)建是設(shè)計流程的第一步，也是非常重要的一步，因為它和后面的斷面圖以及土方工程量有著直接的關(guān)系，Civil3D中生成曲面效果見圖1。

圖1 Civil3D中生成曲面效果圖

3.2 平面堤線設(shè)計

路線設(shè)計在Civil3D中是非常強(qiáng)大的功能。在做河道堤線設(shè)計時可以人為拖動交點(diǎn)的位置，并保持圓弧半徑不變，且始終保持與直線的相交狀態(tài)。

3.3 縱斷面設(shè)計

在生成完曲面和平面堤線后就可以在其基礎(chǔ)之上做縱斷面設(shè)計，設(shè)計縱斷面的繪制流程基本與路線繪制流程相似，除此之外也可以通過數(shù)據(jù)文件、CAD直線和樣條曲線生成縱斷面。

3.4 裝配設(shè)計

裝配設(shè)計是整個設(shè)計流程中的核心。Civil3D中的裝配可以理解成典型橫斷面設(shè)計，裝配是由部件組成的，部件又可以理解成典型橫斷面中的擋墻、馬道、路面、邊坡等。Civil3D有內(nèi)置的部件和裝配，但大部分是基于道路與橋梁專業(yè)，沒有專門用于水利工程的部件或裝配，這就造成很多設(shè)計師止步于此。若想攻克此難關(guān)，必須借助二次開發(fā)。Autodesk公司給Civil3D搭配了一個強(qiáng)大的可視化二次開發(fā)軟件：部件編輯器，利用部件編輯器基本可以完成任一部件的生成。Civil3D中部件生成的參數(shù)設(shè)置見圖2。

圖2 Civil3D中部件生成的參數(shù)設(shè)置

3.5 河道模型生成

在完成平縱橫的設(shè)計之后，通過Civil3D中道路模型生成功能即可生成模型。模型生成的過程就是裝配按路線和設(shè)計縱斷面放樣的過程，即從點(diǎn)生成線，線生成面。建模完成后，便可進(jìn)行三維查看，見圖3。

圖3 Civil3D中生成河道模型圖

3.6 生成橫斷面圖

對于設(shè)計而言，建模不是最終目的，設(shè)計的最終目的是出圖和工程量計算。利用采樣線功能，將曲面和河道模型添加為采樣源，之后利用橫斷面圖功能，生成橫斷面圖。當(dāng)然，生成標(biāo)準(zhǔn)的橫斷面圖是比較復(fù)雜的一個過程，因為需要利用到代碼集，通過代碼集中的點(diǎn)、線、面代碼來控制橫斷面的樣式和標(biāo)簽。Civil3D代碼集的參數(shù)設(shè)置見圖4。

圖4 Civil3D中代碼集的參數(shù)設(shè)置

3.7 工程量計算

工程量計算有兩個部分，即土方計算和材質(zhì)計算。開挖回填計算屬于土方計算，混凝土、漿砌石方量計算屬于材質(zhì)計算。通過生成開挖曲面并將其作為橫斷面的采樣源，與地形曲面做比較計算，最終可生成土方計算成果。同理可以生成材質(zhì)體積表。Civil3D生成的工程量計算表見表1、表2。

表1 Civil3D中生成土方計算成果表

表2 Civil3D中生成材質(zhì)體積表

3.8 出圖

出圖作為整個設(shè)計流程的最后一步，也是相對較復(fù)雜的一步，需要利用圖紙集功能并定制出圖樣板。前期的準(zhǔn)備工作可能需要花費(fèi)點(diǎn)精力，但準(zhǔn)備工作做完后，后面的出圖會非常高效。

由于Civil3D是面向?qū)ο蟮模幌衩嫦蜻^程的CAD軟件那樣靈活，平面圖控制點(diǎn)的標(biāo)注、縱斷面設(shè)計線的標(biāo)注、橫斷面坡面草的繪制等在現(xiàn)階段無法在Civil3D中實現(xiàn)。通常有兩種解決方案：即導(dǎo)出至CAD中進(jìn)行圖紙深化或者進(jìn)行Civil3D二次開發(fā)。第一種方法需要手動繪制工作量極大，對設(shè)計效率的提高顯然不夠。其次Autodesk軟件的通病是內(nèi)存占用大，打開的*.dwg文件都存在內(nèi)存里，隨著文件越大，使用一些功能會特別卡頓。很多時間都浪費(fèi)在等待進(jìn)度條上。如果利用數(shù)據(jù)快捷方式的功能,基于Civil3D進(jìn)行二次開發(fā)批量處理標(biāo)注、符號繪制，這樣便可節(jié)省內(nèi)存，提高設(shè)計效率。通過Civil3D二次開發(fā)進(jìn)行河道設(shè)計的出圖效果見圖5。

圖5 Civil3D中進(jìn)行河道設(shè)計的縱橫斷面圖

4 結(jié)語

Civil3D雖然和CAD的界面極其相似，但操作邏輯完全不同，對于一般設(shè)計師上手較難。但如果掌握了其面向?qū)ο蟮倪壿嫼兔總€對象的特點(diǎn)，使用起來會事半功倍。Civil3D并非為水利專業(yè)定制的軟件，所以在規(guī)范出圖上還存在諸多難題，但如果熟練掌握部件編輯器甚至二次開發(fā)，設(shè)計過程中很多難題便會迎刃而解。運(yùn)用Civil3D進(jìn)行河道等帶狀線路工程的設(shè)計，從地形圖處理、布線、縱斷面拉坡設(shè)計到工程量計算，一系列的設(shè)計流程可提高河道等項目的設(shè)計效率，該方法對水利工程設(shè)計人員具有一定的參考價值。