基于3DE平台的某水电站场内交通工程建模适应性分析

冯 亮，刘庆舒

（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

3D Experience平台（简称“3DE平台”），是企业设计管理的协同环境，平台包含设计、仿真、管理等一系列软件，可以解决企业不同平台之间相互协作的问题。3DE平台土木设计模块CIV针对道路工程开发了一系列功能，具备道路路线设计的基本功能。结合3DE平台的UDF、PC、工程模板、知识工程功能，3DE平台基本具备了公路工程三维设计建模能力。但3DE软件为国外设计软件，其本地化功能有欠缺，在工程实践中还需要不断探索和提高。

1 工程概况

某水电站位于四川与西藏界河金沙江上游河段，水库正常蓄水位2 889 m，大坝采用混凝土双曲拱坝，最大坝高217 m。坝址左右岸均为高山峡谷，地形陡峭，电站主要枢纽建筑物均位于金沙江左右岸，多为洞室布置。

为解决峡谷地区高坝施工及主要结构物施工通道问题，水电站场内交通规划有进场公路，1号～11号公路，下游永久桥及上游永久桥等干线公路和主要跨河结构物，规划有支线公路10余条。公路总长约65.6 km，桥梁10座。受工程区地质、地形条件限制，公路主要以隧道为主，总长约35.9 km。水电站场内交通工程路网复杂，相互干扰较大，路网与水电站主体工程开挖、结构物相互影响较大。常规公路设计手段的设计软件不能系统地解决协同设计的问题，有必要探索新的设计方法和寻找新的设计工具。

2 数据管理和骨架设计

3DE平台中，模型以零件为节点通过结构树构成工程的整体模型。某水电站场内交通工程三维模型节点如图1所示。其中桥梁工程主要包括单个桥梁的节点，以桥梁名称命名，公路工程按道路编号命名。

图1 某水电站场内交通工程三维模型节点

以结构树形式储存数据，符合实际工程情况。通过EKL语言简单二次开发，结构树可以和Excel电子表格结合，使用方便。

3 建模思路及操作

3.1 路线建模

公路路线设计主要表现为平面设计和纵断面设计。3DE的土木工程模块中包含了平面设计模块，纵断面设计模块和三维路线设计模块。目前，3DE已有的路线设计功能只能满足简单路线设计，针对回头曲线等较复杂的曲线，还有待进一步开发。

一般3DE中进行平面设计和纵断面设计后，直接以平曲线和纵曲线很能方便生成三维路线，并能以生成的三维路线进行下一步设计工作，这是传统二维设计方法中不能提供的功能。

3.2 路基路面建模

路基路面工程主要包括路面板、基层、垫层，支挡结构、排水、涵洞等。路面板、基层、垫层采用“路面曲面”功能可以快速建模，在设计阶段具有参考价值。但是在整体建模时，需要采用“道路路基”功能，同时考虑路面和边沟开挖回填。

3DE中暂无支挡结构、涵洞等建模工具，需要使用UDF等功能配合简单的EKL语言进行调用。支挡结构建模只是单纯地建立了几何尺寸模型，其他信息需要单独赋予，需要进行二次开发。

开挖和回填主要采用3DE自带的建模工具进行布尔运算得到。该方法思路清晰与现实情况贴合紧密。但存在的问题是公路工程开挖、回填分段较多，实际应用中重复性操作多，开挖、回填、边坡支护工程量统计繁琐。因此，有必要进行二次开发，实现较为简便的操作。结合软件自带贴图工具可实现公路设计虚拟化，详见进场公路起点段道路模型，如图2所示。

图2 某水电站场内交通工程进场公路路基模型

3.3 桥梁建模

基于零件、装配的思路，采用桥梁中心线作为骨架，结合用户自定义特征（UDF）、超级副本（PC）、工程模板功能、3DE非常适合进行桥梁工程建模。某水电站场内交通工程桥梁建模中，通过这些功能建立了场内大部分桥梁的三维模型，其中7号临时桥模型如图3所示。

图3 某水电站场内交通工程7号临时桥模型

3.4 隧道建模

隧道建模主要包括洞身建模和洞门结构建模。隧道洞门设计需要考虑功能需求及地形地貌的限制，根据具体工点开展设计工作。洞门设计前需结合软件开挖工具对洞口进行开挖，洞门结构通过草图绘制、曲面修改、实体化模型生成后，进行定点装配。采用工程化模板可对洞门模型进行参数化修改，提高了洞口设计效率。4号公路隧道洞口模型见图4。

图4 某电站场内交通工程4号公路隧道洞门模型

隧道洞身设计具有一定的重复性，可利用3DE强大的参数化和模板功能进行建模。根据某水电站场内交通隧道工程的特点，先进行三心圆隧道断面模板设计，再根据路线、隧道围岩衬砌划分进行模板实例化建模，大大提高了隧道工程建模的效率。4号公路隧道模型如图5所示。

图5 某水电站场内交通工程4号公路隧道模型

3.5 交安设施建模

水电站场内交通工程交安设施主要包括标志标线、护栏等。建模过程主要采用“捕捉部件规格”的技术手段。首先建立纸质标线的模板，再通过EKL语言或“捕捉部件规格”功能进行调用。目前系统中已经建立了常见标志标线、护栏模板，为后续建模提高效率建立了坚实的基础。图6为一段道路标线、标志牌、护栏模型示意。

图6 某水电站场内交通工程路面标线和标牌模型

3.6 机电附属设施建模

水电站场内交通工程机电附属设施主要包括箱变、电缆、电缆桥架、灯具、风机等。建模过程主要采用的技术手段为“捕捉部件规格”。首先建立灯具、桥架等结构物的单体模型，并将其定义为模板入库。建模时通过捕捉部件规格功能定义要插入灯具等模型的坐标系，插入单体模型即可。系统中已入库常见灯具、桥架、风机。该方法可以极大提高建模效率。4号公路隧道进口机电模型如图7所示。

图7 某水电站场内交通工程4号公路隧道机电模型

4 结论及展望

基于上述分析，笔者所在技术团队基于3DE平台建立了某水电站场内交通工程的三维模型，为交通工程与水电站主体工程协同设计奠定了坚实的基础。某水电站场内交通工程跨江段三维设计如图8所示。

图8 某水电站场内交通工程跨江段三维设计方案

根据三维建模工作开展情况，有如下结论和建议：

（1）3DE平台针对土木工程行业专门开发了CIV包。应用其中的道路设计功能，基本能满足简单公路工程的建模。本软件本地化功能较差，要基于3DE软件做道路工程三维正向设计，还需要进行大量的二次开发和定制工作。

（2）3DE平台的三维设计功能，特别是UDF、PC、工程模板、知识工程等功能非常强大。在进行一般的三维建模时，充分利用软件本身提供的功能能起到事半功倍的效果。在进行二次开发和定制前，应充分挖掘软件本身提供的功能。

（3）3DE平台基于骨架建模的思路，非常适合进行包括公路工程在内的线性工程的三维建模。在三维建模之前，应充分重视模型结构的搭建。

（4）3DE平台土木工程模块要发展为真正能进行三维正向设计的专业软件，还需要土木工程师和软件工程师充分发挥各自专长，开发出具有实用价值的专业功能和应用。