基于Bentley的长距离输水管道模型创建方法

李孟 刘楠

摘 要： 本文针对长距离双管输水管道三维建模中存在的阀井、弯管等关键节点间管道手动连接工作量巨大且易出错以及后期方案调整不便等问题，以两根管道关键节点处的逻辑关系为基础，推导出各接管点与关键节点间的数学关系，采用Excel计算出接管点坐标后，通过Excel与Bentley OpenRoads Designer的集成实现了长距离双管输水管道的“一键建模”，探索了一种长距离双（多）管输水管道快速三维建模方法。各接管点坐标可用于管材工程量统计，亦可用于关键节点的永久占地统计。

关键词： 三维管道;接管点;推算;excel表

【中图分类号】TU991.36 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.279

1 引言

水是生命之源、生产之要、生态之基，水土资源、人口分布和经济发展极不均衡，人多水少、水资源时空分布不均是我国的基本国情、水情。随着经济社会的不断发展、工业化水平的不断提高和城镇化进程的加快，城市用水、工业用水快速增长，我国广大北方地区，尤其是山东半岛、黄淮海平原等经济发达和城市集群地区资源型缺水严重，水资源供需矛盾更加突出，水资源已成为制约当地经济、社会和环境协调发展的重要因素。长距离输水工程是解决我国北方地区资源性或水质性缺水问题的重要途径和工程措施，国内长距离输水工程的主要任务包括城市供水、工业供水、农业灌溉和生态补水等[1]。当前长距离输水管道工程，管线的二维平面设计占有主要地位[2]，针对长距离输水管道的三维设计也缺少成熟的专业软件。笔者在某双管输水管道工程中，尝试应用Bentley平台OpenRoads Designer软件实现了长距离双线输水管道的快速建模。

利用OpenRoads Designer软件的SUE功能模块创建长距离输水管道三维模型，其主要流程是导入数字地面模型，管线平、纵曲线设计，横断面模板设计，路廊设计，阀井、弯管及镇墩等关键节点定制，布设节点，节点间管道布设完成管道三维模型创建。节点间管道可以手动连接，但管道定位不准且连接工作量巨大，尤其是长距离双管输水管道三维模型创建过程中，手动连接管道的弊端更为突出。针对以上不足，笔者提出双管输水管道节点间连接管三维模型创建的方法。根据节点中心的坐标值以及中心与四个接管点的数学逻辑关系，推算出节点处四个接管点的坐标值，将结果通过excel表导入OpenRoads Designer驱动生成三维管道。

2 三维管道模型创建所遇困难

2.1 管材转换繁琐

从穿越障碍物、节能及地下水对管材腐蚀等方面考虑，长距离输水管道工程往往需要应用到两种甚至多种管材。管材的不断转换，就造成了管道三维模型创建及管材统计的困难。

2.2 双管和单节点的连接

OpenRoads Designer软件中的SUE模块中自带部分电力、雨污水、煤气等专业的节点和阀件，软件默认为单根管道与节点手动连接，对于两根管道与单节点的连接三维建模不易实现。

2.3 节点类型及数量多

长距离输水管道工程阀井、弯管及镇墩等类型数量多，在三维管道建模过程中根据桩号布设完节点，手动连接节点间的两根输水管道数量巨大。遇到管道线路发生调整，需要重新布设节点，手动连接的管道不会跟随节点自动调整，需要删除后重新手动连接，耗时费力，对于急难险重的应急工程，该种建模方法无法满足建模需要。

3 关键方法流程

3.1 接管点序号定义

在SUE模块中，管线平、纵曲线设计完成后，布设完阀井、弯管等节点，可以提取节点中心的坐标值。笔者将双管输水管道节点类型总体分为三大类：矩形井、水平弯管、竖向弯管，竖向弯管分为上弯和下弯。为了能够按照节点顺序自动连接管道，统一定义三大类节点的接管点序号。定义顺水流方向的左侧上游连接点为接管点1，下游连接点为接管点2;定义顺水流方向的右侧上游连接点为接管点3，下游连接点为接管点4。

3.2 矩形井接管点坐标值计算

矩形井四个接管点的高程与中心的高程一致，只需要通过公式推算四个连接点的x、y坐标值即可。

3.3 水平弯管接管点坐标值计算

水平弯管四个接管点的高程与中心的高程一致，只需要通过公式推算四个连接点的x、y坐标值即可。

3.4 竖向弯管接管点坐标值计算

在计算竖向弯管时，将竖向弯管分为上弯和下弯，上弯又分为上弯1和上弯2，下弯分为下弯1和下弯2，上、下弯管的四个接管点的高程与中心的高程不一致，需要推算四个连接点的x、y、z坐标值。下弯弯管分为下弯1和下弯2两种情况，首先推导公式是下弯1的情况，再推导下弯2弯管的接管点公式。上弯弯管分为上弯1和上弯2两种情况，首先推导上弯1的公式。再推导上弯2弯管的接管点公式。

4 数据整理生成模型

根据已知的的节点中心坐标值，利用推到的公式推导，可以计算出各类节点四个接管点的准确坐标值，整理完毕数据，用表格驱动程序，实现长距离双（多）管输水管道快速三维建模。

5 結语

（1）BIM技术在水利水电工程的应用日益广泛，而三维模型的快速建立则是如工程量统计、抽取二维图等后续应用的基础[3]。本文提出的方法可以实现长距离双管输水管道工程节点间的管道模型快速建立，从而让设计人员将工作重心转移到总体方案优化方面，提升设计质量。

（2）传统长距离双管输水管道工程二维设计统计管材长度时，往往只根据双管中心线的桩号值来计算管材的长度，难免出现长度偏差。根据推算出的接管点数据可以快速准确的计算出各管段的不同管材长度。

（3）可以将矩形井接管点计算公式中a和b值改为矩形井的永久占地外边界的长度值，根据计算的坐标值点可以快速计算出工程中各类井体的永久占地面积。

参考文献

[1] 杜培文.长距离输水工程应用技术研究.2016年12月第1版.郑州.黄河水利出版社.

[2] 白小卫.浅谈Civil3D和Catia对长距离输水管道.城市建设理论研究.2013，（9）.

[3] 傅志浩，吕彬.基于ABD平台的水工结构VBA二次开发研究.人民珠江.2018，39（2）：55-59.