三维参数化在水闸标准化设计中的应用研究

特来提·艾尼瓦

(塔里木河流域干流管理局 阿拉尔管理站，新疆 阿拉尔 843300)

0 引 言

水闸是水利枢纽中最常见、使用最广泛的控流建筑[1]。水闸在排涝、灌溉、防洪、挡潮输水等方面充当着重要的角色[2]。据调查，国内的水闸设计无统一标准，这将带来一系列的问题，包括管理与维护方面，严重影响了水闸的运行效率[3]。

目前，水闸设计工作主要存在以下3类问题：①数据信息传输方面。在设计中，很多计算参数和基本参数需要多次使用，但由于没有完善的设计体系，基础数据的传输只能通过纸质文件的形式，这将导致信息传输效率低下，数据格式混乱，同时也难以实现第一手实况数据的实时更新。②设计计算手段落后。据调查，多数设计单位的设计人员仍然通过手动计算或表格计算的方式来进行设计计算工作，这将导致计算中掺杂大量的主观因素，工作量大，并且该方法自动化生产程度低，会降低设计成果的质量。③标准化程度低，各设计单位目前仍遵循设计手册和相关文件的标准、设计原则。设计理念、设计流程也是仅仅依靠行业规范、个人经验、团队经验等等，缺乏系统的体系，存在信息落后的现象，故导致执行效率延后[4]。细化到不同设计人员所负责的板块中，其设计的工程方案完全依赖于设计人员自身的记忆、理解与实际经验，同一个板块，不同人员的设计往往大相径庭。基于上述原因，目前设计单位急需创新，本文引入Revit参数化种群进行三维协同设计[5]，可以实现设计参数化、施工标准化和管理统一的目标，进而达到提升设计效率和设计成果质量的目的。

1 研究区概况

本文以新疆某水利枢纽工程为实例，它是一座集灌溉、供水为一体的大型跨流域调水、引水工程，为省在建重点工程。库区搬迁移民人口340人；淹没耕地23.807 3 hm2、园地10.618 hm2、林地202.318 7 hm2；淹没房屋建筑面积12 590 m2。本文以该水利枢纽中某小型水闸的参数化建模过程为例，研究参数化族模型的方法和应用，包括参数设置和参数化建模过程，并将创建的参数化模型应用到工程中，表明通过修改参数化族模型的参数，可以方便地修改工程的设计和高效管理。

2 Revit简介与定参

2.1 Revit简介

目前，越来越多的设计公司使用三维设计技术来增加设计的技术含量，提高设计效率，减少设计过程中的错误和遗漏，提高设计产品的质量。Revit是Autodesk公司开发的3D设计软件，具有非常完善的建筑和结构参数化设计功能。参数化建模可以方便快捷地协调所有图形数据和其他数据。通过研究水闸标准化设计，从而提高水闸的设计水平和社会公共资源的利用率，方便水闸工程的管理。

2.2 Revit几何特征和参数设置

该小型水闸由闸体断面、上下游翼墙、上下游河段等组成。布局图见图1。

图1 水闸结构平面布置图

三维实体对象的参数化描述是参数化建模的基础。对闸室结构、上下游过渡段和上下游河道段进行分析后，需要参数化的主要参数有：闸室结构长度、净宽、边墩厚度、墩壁高度、排架厚度、宽度和高度；过渡段两端开口的宽度和高度；河道的底宽、底高、坡比等；翼墙为悬臂式挡土墙，分段长度、底板宽度和厚度、前趾长度、前墙高度和厚度等。

3 参数模型创建

3.1 创建族库

3.1.1 选择合适的族库模板

所有Revit构件族库都是从模型样板文件(rft格式)开始创建的，该文件定义了族库的添加方式，例如基于表面、基于线、基于墙以及其他一些基本设置。根据建筑的特点，选择“公制结构框架-综合体和桁架”族库模板开始创建族库。

3.1.2 族库类别和参数

选择族库模板后，需要在族库编辑界面设置“族库类别和参数”。族库类别决定了族库在项目中的位置以及族库在项目中的操作特征。水闸的族库应设置为“结构框架”。应检查“混凝土”或“预应力混凝土”选项作为族库参数模型的合理性，此选项使族库能够在项目的每个视图中显示混凝土的正确特性。

3.1.3 将族库载入到项目中的形式和插入点

项目中放置族库的形式有许多变化：无论是垂直、水平、倾斜和旋转，还是各种放置形式的组合，对创建族库的方法有很大的影响。不适当的族库建模方法会增加步骤的编辑和在项目中的放置，影响应用效率，严重的使族库在项目中不能正常使用。一般水闸前墙顶部是等高的连续曲线，这样前墙可以插入端点的前线作为参考点高程。

3.2 参数化模型构建步骤

经历了数次摸索过程，下面给出6个关键性的建模过程，见图2。

图2 参数化建模流程图

3.3 建立参数模型

根据模型的几何特征和参数设置分析，通过实体放样得到底板。首先，放样路径绘制在参考标高工作面上，该工作面沿着基板的前部。路径的长度将被标注尺寸，尺寸中会添加一个参数，即基板的宽度。然后绘制基板轮廓，基板的顶角绘制在原点，即插入族库时的锚点。应该为需要参数化的尺寸添加参数，见图1。绘制好路径和轮廓后，即可退出编辑模式，进而获得底板的参数化三维模型。墩墙可以通过拉伸的方法得到，拉伸的起点是底板的顶面，拉伸的终点是墩墙的顶部，为终点设置参数。使用相同的方法对弯曲框架建模。

考虑到引水渠渐变段的扩散角，建立模型，并通过中空拉伸体对其进行剪切，形成墩壁三维模型，它是由扩散角控制的，从而就完成了过渡段和闸室的三维参数化建模过程。通过改变驱动参数，可以相应地改变锁腔结构各部分的长度、宽度、高度和厚度。参数和参数模型见图3。

在研究了悬臂式挡土墙的几何特征后，通过测量手段得到底板和前墙。首先在参考高程工作面上绘制放样路径，该工作面是前墙顶部的前线。然后绘制前墙和基板轮廓，并添加厚度、高度、宽度等参数。模型建立后，参数和参数模型见图4。河流坡度的三维模型可以通过放样或挤压命令创建，需要在纵断面和路径中添加相应的参数。

图4 挡土墙参数及参数模型

4 参数模型的测试与应用

本节将创建一个新项目，并将参数化锁定室、过渡段、坡度和翼墙加载到项目中。在项目绘图环境中，将创建一个新部分，并且视图模式应设置为“精细”。平面图和剖面图的标注符合制图的习惯和行业标准。

3D视图的效果由软件生成，是一种带有边框的真实场景。接下来将创建一个新图纸，并将项目中的平面视图、剖面视图和三维视图加载到图纸中，同时设定适当的比例。平面图、剖面图和三维视图见图5-图6。

为了检验模型的参数化能否正确执行，底板面标高由-0.5 m改为0.5 m，墩墙高度由5.0 m调整为5.5 m，闸门孔净宽由5.0 m调整为4.0 m，门体长度由8.5 m调整为8.0 m，翼墙高度和底板宽度分别增加0.5 cm。经过一系列修改，可以直接获得各种类型比例尺的平面图和剖面图，见图7-图8。由图7-图8可知，参数化模型具有良好的适应性。

图5 水闸平面布置图

图6 水闸结构及模型剖面图

图7 参数变更后水闸平面布置图

图8 参数变化后水闸结构剖面图

5 结 论

Autodesk Revit软件中最重要的组成部分是族库，在族库的基础上可以生成项目的各种元素，故三维参数化设计的关键性步骤是创建参数化族库，它决定了项目三维设计的质量和效率。本文以水利工程中常见的水闸工程为例，研究了参数化模型在Revit平台上的建立方法和应用，为工程设计中的三维协同设计和参数化建模提供参考。