浅谈Civil3D与InfraWorks360软件在叶巴滩水电站施工总布置三维设计中的应用

袁 木， 吴 莹， 潘 勇

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

目前，我公司施工专业主要基于VPM平台利用CATIA软件开展三维协同设计工作，经过近几年对施工总布置三维设计的探索和研究，取得一些成果，先后完成了米林、两河口、孟底沟、叶巴滩等水电站的施工总布置三维设计工作。但还存在不足之处，主要包括：(1)在CATIA中能够快速实现桥梁和施工工厂设施的调用，但公路桥梁模板较为单一，施工设施资源库也不够完善，需要自行创建和完善；(2)“S”形公路难以一次完成三维设计，需分段进行，分段设计结合部位以及明路与隧洞、桥梁结合部位存在较大的瑕疵，需要花费较多的时间来进行后期处理；(3)对于施工总布置三维设计，CATIA设计软件环境较为复杂、步骤繁多，三维设计限制条件较多，总体设计效率较低。

针对上述问题，笔者基于叶巴滩水电站工程，初步考虑利用Atuodesk平台下的Civil3D、Infraworks360软件对施工总布置三维设计进行初步探索和应用，包括三维地形生成、施工道路、渣场规划和场地平整等三维设计相关内容。Civil3D软件是Autodesk公司为土木与基础设施行业提供的三维设计解决方案，适用于勘测、场地规划、总图、道路设计、水利水电、市政管网等多个不同行业领域；Infraworks360则适用于前期方案设计和后期设计成果整合、展示，其主要功能可划分为创建基础模型、方案设计及分析和漫游浏览及展示。

1 三维地形建模

Civil3D中的曲面是该软件最基础的部分，其曲面建模功能非常强大，可通过多种数据文件(点文件、等高线、GIS数据等)快速创建三维地形曲面模型。建模基本过程如下：

首先获取原始地形数据，并对数据进行预处理；然后在工具栏中选择曲面——创建曲面，并创建三角网曲面，设置其名称、所在图层、曲面样式等，在曲面―定义―等高线或图形对象中，添加原始等高线、地形点等地形数据，可快速生成三维地形曲面；最后可通过软件自带的对象查看器功能对三维地形曲面的合理性、正确性进行检查、修改。地形曲面精度可按需设置，添加原始数据越多，曲面精度越高，相应模型存储量则越大。

另外，还可快速对创建的三维地形曲面模型进行智能可视化分析，包括高程分析、坡度分析、汇水流域分析等。叶巴滩水电站三维地形曲面如图1所示。

将Civil3D软件创建的三维地形导入Infraworks360并进行贴图展示的过程如下：将Civil3D三维地形曲面导出为.xml格式，再通过Infraworks360数据源导入数字地形模型；在谷歌地球上截取地形所在范围的影像图片，利用Civil3D插件工具RasterDesign赋予谷歌地球影像与原始地形数据相对应的坐标系，再将处理后的影像图片导入Infraworks360，即可将谷歌地球影像与已经导入的三维地形模型进行较好的合成。若影像图片精度足够高，贴图后的三维效果则越逼真。贴图后的三维地形如图2所示。

图1 叶巴滩水电站三维地形曲面

图2 Infraworks360中贴图后的叶巴滩水电站三维地形

2 施工道路三维设计

施工道路三维设计有两种不同的方法，分别介绍如下：

第一种方法，利用Civil3D 软件创建道路模型，该软件具有丰富的道路设计功能，基本设计流程为：路线平面设计→纵断面设计→横断面设计→道路模型创建，可对道路平曲线、纵断面、横断面等进行详细设计，且能够与道路模型之间数据相互关联。设计过程中可在Civil3D中观察设计路线的三维效果，根据规范对路线和纵断面进行组合检查，并可实时动态调整和更新，快速计算设计路线的挖填方工程量，最终设计成果能按照模板生成二维CAD图纸。最后可将Civil3D设计道路模型的最终成果导入Infraworks 360进行三维集成与展示。

第二种方法，直接在Infraworks360对道路、桥梁进行三维设计，利用该软件自带的道路设计模块，模块中自带有较多的道路模板，同时模板可根据实际需要进行修改。选择所需要的道路模板，根据三维地形初步规划道路平曲线，完成后自动生成地形纵断面，然后进行道路竖曲线设计，并可根据相关规范对道路平曲线、竖曲线进行调整，使道路线型符合设计要求。

图3 道路纵断面设计界面

图4 叶巴滩水电站进场公路三维效果(Civil3D)

同时，可利用桥梁设计模块，结合三维地形快速实现桥梁的三维设计与修改，道路、桥梁、隧洞相交处可实现自动接合，设计效率较高，三维展示效果较好。

图5 叶巴滩水电站401#道路三维设计

两种道路三维设计方法的区别在于：Civil3D可对道路进行详细设计，计算统计道路工程量，且能够实现二维出图，适用于工程全阶段；而在Infraworks360里进行道路三维设计只能作为展示，适用于前期规划和方案设计阶段。

3 渣场三维设计

渣场三维设计可在Civil3D软件里进行，Civil3D具有强大的放坡设计功能，其设计过程是先确定渣场顶部高程及边界，计算渣场容量，如果与设计要求不符，则调整渣顶高程或坡顶线位置，直至渣场容量满足要求为止。笔者基于叶巴滩水电站俄德西沟渣场进行三维设计，其具体步骤为：

图6 叶巴滩水电站上游7#临时桥三维设计

图7 隧洞三维设计

图8 叶巴滩水电站场内道路三维模型

图9 叶巴滩水电站场内道路模型透视

确定渣场顶部边界→放坡→计算体积→调整顶部边界或高程→直至体积达到目标值，最终快速、准确地输出渣场的容量、渣顶面积等数据信息。在Civil3D软件里完成渣场三维设计后，可将其存为.xml格式，然后再导入至Infraworks360里进行三维展示，赋予其一种与实际相符的材质，实现渣场三维可视化。

图10 俄德西沟渣场三维设计(Civil3D)

图11 俄德西沟渣场三维展示(Infraworks360)

与传统计算渣场容量的方法相比，利用Civil3D软件进行渣场三维设计，其计算结果更为准确，渣场布置调整快速、便捷。

4 场地平整三维设计

场地平整三维设计也有两种不同的方法，分别介绍如下：

在Civil3D软件里的场地平整操作流程与渣场三维设计基本一致，可以对施工场地进行参数化设计，实现场地位置、占地面积以及边坡面貌能够随着地形变化实时动态更新，不仅直观可视，而且能够快速计算挖填方工程量，便于设计人员实时调整场地布置方案，具体步骤在此不再叙述。场地平整三维设计完成后同样可导入Infraworks360里进行三维集成展示。

设计人员也可在Infraworks360里直接进行

图12 右岸低线混凝土系统场地设计(Civil3D)

图13 场地三维集成展示(Infraworks360)

场地平整三维设计。进入相关设计模块后，选择“覆盖范围”，根据地形初选场地边界，设置场地高程，完成场地平整；同时在“建筑”和“城市家具”工具栏里可直接调用部分部件(人物、房屋、施工车辆、树木等)对施工场地进行装饰，使场地更加美观。部分场地平整三维效果图如下所示。

图14 场地平整规划三维设计(Infraworks360)

两种场地平整三维设计方法的区别在于：Civil3D场地平整设计可快速输出挖填方工程量、实现二维出图；而Infraworks360场地平整设计只能用于规划和三维展示。

5 结 语

笔者基于叶巴滩水电站工程，利用Civil3D&infraworks360对施工总布置三维设计进行初步探索与应用，取得了一些成果，可以总结如下：

(1)基于Civil3D&Infraworks 360可快速生成三维地形模型，完成施工道路、场地平整以及渣场规划的三维设计，并可实现工程量的快速统计与输出；

(2)利用Civil 3D与Infraworks 360 协同设计，三维设计成果在Infraworks 360里集成，可较好的对外进行三维展示，三维设计成果可视化程度较高、美观、明了；

(3)Civil3D&Infraworks 360操作流程相对简单，较为符合设计人员的使用习惯，比较利于施工总布置三维设计，可提高三维设计工作效率。

但是，基于Civil3D&InfraWorks360的施工总布置三维设计还存在一些问题有待解决，主要有：如何快速、高效地实现施工辅助企业的三维数字化设计与集成；如何实现CATIA水工建筑物模型在Infraworks360平台上快速、准确无误的集成与展示；如何实现规范化、流程化、标准化的施工总布置三维设计。这些问题都将制约着施工总布置三维设计的进一步向前发展，下一步将着重对以上问题进行探讨和研究。