河道项目BIM正向设计解决方案

陈新佳

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

随着BIM技术在我国的不断推广，BIM乃至CIM技术的应用已成为土木建设类各个行业的共识，BIM技术在水利行业上的应用也取得了很大的发展，但主要集中在大型的闸、坝等点状的枢纽性工程，对于线型工程的应用较少，对中小型河道项目应用的更是少之又少，本文以不增加工时，不增加费用，不增加人力成本并提高设计产品质量的正向设计原则为理念，介绍一种适用于各类中小型河道项目三维设计解决方案，为广大水利河工设计人员提供参考。

1 河道三维设计流程

河道三维设计主要流程包括前期准备、控制线制作、廊道模板制作、廊道控制、工程量统计与设计出图，下面对流程中一些重难点进行详细介绍。

1.1 前期准备

前期准备主要包括测绘二维线化图及三维地形TIN或DTM文件，根据设计成本及项目需求，可扩展包含卫片、正射影像、倾斜摄影、三维地质成果等。传统河道设计的测绘成果主要为大比例尺(如1∶2000，1∶1000)地形图及小比例尺横断测绘成果(如1∶500，1∶200)，其中大比例尺地形图用于平面布线，小比例尺横断面用于出图及算量，而三维设计布线及出图都是通过TIN或DTM文件，为保证设计质量并考虑成本，必须对三维测绘成果提出相应要求，例如在大比例尺的地形图上对堤线、护岸线，尤其河道岸坎部位附近的高程数据点进行加密，如图1所示。

图1 成果类型图

1.2 控制线制作

控制线主要是控制河道横断面的控制点，河道控制线主要包括设计水位线、设计河底线、设计岸顶线、设计护脚线等，控制线与外部水文计算软件交互主要通过软件的控制线导入导出功能。

1.3 廊道模板制作

模板里是河道三维设计的重难点，软件需要靠模板里的各种设置条件来判断各种情况下的断面型式。OpenRoads里模板功能很强大，可以实现很多逻辑判断，但同时也对使用者的逻辑思考能力要求较高，对于初学者，根据自身工程实现某些功能需要摸索很长时间或是根本摸索不出来，现有解决办法主要是靠工程积累与分享，下面分享几种比较常见河道模板难点的解决方式。

1.3.1墙式护岸

当岸坡地面线低于墙顶时主要问题为挡墙墙后低于地面的开挖部分同时也属于回填量，但软件默认只将其计入开挖量。这时需要在模板里将挡墙后整个回填部分建成一个实体，这样软件就不会统计高于地面部分的回填量，统计工程量时墙后回填量通过新建的实体来表达。

当岸坡地面线高于墙顶时高于岸顶的边坡变为缓坡，同时墙后回填土与墙顶齐平。这时同样需要将回填部分建成一个实体，同时为与上一种情况相区分，需要创建2个末端条件并设置不同的优先级，一个为低于墙顶，一个高于墙顶。将第一种情况回填实体的对象指定为低于墙顶的末端条件，将第二种情况的回填实体指定为高于墙顶的末端条件，如图2所示。

图2 墙式护岸的两种情况

1.3.2岸坡水下抛石

岸坡水下抛石防护情况的难点为如何分别计算水上回填量与水下抛石量。传统的模板创建方式会将地面以上非构件部分均统计为回填量，为了进一步区分水上回填量与水下抛石量，需将水下抛石以重置剥离选项创建，将其设置为上至构件，下至地形，同时抛石分界部位设置水平末端条件，如图3所示。

图3 岸坡水下抛石防护

1.3.32次与地形相交

对于半挖半填的岸坡常需要挖方边坡与地面线2次相交，而模板的末端条件却只能与地形进行1次相交。这时需要在一次交点的位置按原坡比设置一个微小构件，然后在这个微小构件上再次设置末端条件，如图4所示。

图4 2次与地形相交示意图

1.4 廊道控制操作

河道廊道控制常包括亲水岸线点控制、岸顶高程点控制、护脚高程点控制，局部变坡的约束标签控制，挡墙结构的约束标签控制等。通过廊道控制对模板中的一些控制点进行操作，最终达到设计意图。

1.5 设计出图

利用ORD自带的出图模块可实现河道的平面与横断面出图。由于现版本横断面批注组中TestFavorite暂未开放定制功能，自带的高程批注模式不能满足国内要求，横断面批注尚需手动完成。由于横断面出图属于动态关联，横断高程值实为模型Z坐标，批注时可先对横断高程位置标注Z坐标，然后按实际出图要求进行修改。河道纵断需要对多条控制线(如岸顶线、水位线、地形线、护脚线、堤顶线等)按桩号进行高程标注，ORD自带纵断模块暂不支持，可以将纵断数据通过Excel导出，使用其他软件人(如ZDM)进行纵断出图。

2 河道景观BIM化

景观微地形可通过软件样条曲线与从元素生成地形等功能联合使用生成。项目中的主要通过软件的cell功能对景观模型进行放置及管理。可通过从Sketch模型导入的方式来建立常见的各类景观小品及景观的cell库，也可通过PlantFactory建立在LumenRT中具有四季变化效果的景观植物，如图5所示。

在创建景观cell库时可将景观小品的一些属性用过加载项的方式一并挂接到cel上(如将树木挂接高度、胸径、冠幅等属性)。对于树木在创建cel时，宜将树的三维模型与二维平面一同创建，并将它们放置于不同的图层中，在放置景观时，可通过软件可视化模块里的填充功能随机性的放置景观模型，随机类型包括种类、大小、旋转，使景观效果更为自然，如图6所示。

图5 景观湖地形

图6 景观小品cel库

3 设计产品交付

三维设计产品能否交付，影响着BIM及技术在整个行业的推广应用，也关系着BIM价值的释放，一些大型设计院及软件公司开发了很多产品用于产品交付及运维，但事实上当下更多的中小型设计院很是难具有打造及维护交付平台的能力。在推广三维设计时，如果设计成果仍是报告、图纸加效果图的话，对企业本身推广三维设计也是十分不利的。下面介绍几种非平台的经济便捷的产品交付方式，供广大设计人员借鉴于参考。

3.1 720云全景VR

对于方案阶段，可使用全景的方式展示设计意图。通过LumenRT生成360°VR全景照片，再通过720云平台对全景照片进行热点设置与图片挂接，并可生成二维码，参建各方无需安装任何软件既可通过二维码在移动端及PC端感受VR全景体验，如图7所示。

图7 720全景交互

3.2 导出LumenRTexe文件

项目中可以使用LumenRT软件导出exe文件来对三维模型进行交付，生成的文件不需要安装任何软件即可在Windows操作系统进行模型的浏览查看，且集成部分BIM模型信息。由于河道属于线性工程，工程场景较大，这种交付方式对计算机显卡要求较高，如图8所示。

3.3 通过链接集打包

项目中可将各类工程文档打包于一个文件夹下，利用Bentley Navigator软件集成交付。通过软件链接集功能在主Model中将模型、图纸、报表等各类文档通过链接集链接起来，这样通过查看主Model就可以查看并管理整个工程设计内容。

4 结论及建议

现有的各类BIM设计软件并非针对河道工程来设计的，我院利用Bentley系列软件初步实现了河道工程的正向设计、河道景观的BIM集成及产品交付，但仍有很多问题需要优化解决。

4.1 ORD出图模块需进一步改进

(1)纵断面出图需增设多条纵段线按桩号标注高程批注的功能。

(2)横断面出图需在TestFavorite模块里增设符合国内出图标准的高程批注。

(3)ORD软件对坐标标注能需进一步完善，可参考ABD坐标批注的功能。

(4)除批注组批注高程的方式外，需增设一般

图8 导出LumenRT EXE文件

的手动增加高程批注的功能。

(5)当需将横断图调整设置为不动态关联可修改的线化图时，步骤过于繁琐。

4.2 ORD地形图处理模块及测绘模块使用需进一步加强

(1)不可否认现在很多三维地形图是通过传统的二维线化图转化而来，对于河道工程多修建于河道的岸坎及边坡处，在转化为三维地形时，岸坎部位的处理尤为关键，现缺少有效的手段。

(2)如果从项目初始测绘阶段，就可通过ORD测绘模块生成满足河道工程需要的三维地形文件，是解决岸坎边坡问题的最好选择，但ORD测绘模块的教学资料过于匮乏。

4.3 MS项功能需进一步优化

MS元素添加属性，主要是通过加载项整这个功能，但是当下软件，项对单个元素默认是叠加模式，例如为一颗树挂接了柳树的项，当再为它挂接杨树的项时，此元素会变成既是柳树又是杨树，当需要替换属性的时候这样会很不方便，因此希望为项增加一种替换模式。

4.4 缺少Bentley水文水力计算软件的使用教程

Bentley系列软件中水文、水力计算软件是很丰富的，如用于河道、海绵城市及市政管网的Open Flow SewerGEMS及Flood等软件。而计算分析对于设计亦是十分重要的一环，对于河道设计来讲，水面线计算、淹没分析及污染扩散都会涉及，但是相关软件的使用教程过于匮乏。