CNCCBIM OPENROADS在辽干防洪提升堤防工程三维设计里的应用

(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)

本文通过采用CNCCBIM OPENROADS软件建立辽河干流防洪提升中昌图县堤防工程的三维模型，简述BIM技术在水利行业线性工程设计中的具体使用及应用效果。

1 工程概况

辽河干流防洪提升工程是2018年11月生态环境部、国家发改委、自然资源部三部门联合印发《渤海综合治理攻坚战行动计划》重要工程之一，也是2019年国家发改委、水利部和辽宁省政府会商重点推进的项目。工程主要建设内容包括4大项12小项，位列第一项的即为堤防加固及新建工程。

堤防加固及新建工程包括堤防加培(含防汛备料平台，下同)、砂堤砂基治理、穿堤建筑物治理、新建堤防、防汛路贯通(含支流口桥梁)、堤坡硬性防护、防浪林补植7个分项。本次三维模型主要针对上述堤防加培、砂堤砂基治理、新建堤防、防汛路贯通(含支流口桥梁)、堤坡硬性防护5项建立。

2 三维模型建立

CNCCBIM OPENROADS三维模型主要建立流程为：导入地模→绘制平面控制线→导入设计纵断→绘制横断面模板→新建廊道及三维路面(套图)→廊道报表(工程量清单)→制图出图。

a.导入地模。地模文件即三维地形文件，主要由测量专业技术人员绘制，文件格式一般为“.tin”，导入后设置激活，选择是否关闭三角网格。

b.绘制平面控制线。考虑线路的平整度要求，平面控制线绘制一般采用几何图形菜单下直线、插入直—缓—圆—缓—直曲线绘制；亦可采用复杂几何图形菜单下的几何图形构建器绘制，通过表格数据的形式对线路进行实时修正。绘制完成后给其赋予特征定义并命名，定义线路起点桩号、方向。

c.导入设计纵断。即赋予平面控制线高程，本工程为设计堤顶线及设计水位、背水堤脚设计纵断高程，分别用于控制设计堤顶高程、堤坡防护顶高程、背水堤脚透水后戗和排渗沟高程等，采用几何图形菜单下导入导出命令，导入文本格式中桩号、高程中间须为空格SPACE。导入后设置激活，每条平面控制线仅对应一条激活纵断面。

d.绘制横断面模板。横断面模板即为典型横断面，绘制方式为廊道→模板→创建模板。考虑本工程涉及横断面模板较多，本次仅列出堤防加培(模板中含砂堤砂基治理、防汛路贯通、堤坡硬性防护)2个具有代表性的典型断面(见图1)。

图1 典型横断面示意图(单位：m)

组件类型如下：

模板中用到的组件包括受约束、末端条件、重叠/剥离、圆，上述亦是水利行业线性工程绘制模板时常用的几种构件。

受约束主要是指基于某个固定点，与其他点水平、竖向高差、连线坡度、矢量偏移、角度距离等固定的相关关系，如堤顶宽度为8m，下一个点相对于上一个点约束条件为水平8m；清基土恢复为0.3m，上部线条相对于下部线条矢量偏移0.3m。

末端条件主要是指末端位置随地形变化，如堤坡放坡至地面的时候，坡度是固定的，堤坡竖向距离是随地形变化而变化的。本工程临水堤坡即采用末端条件绘制。

重叠/剥离主要用于表示堤防清基或构件与地面之间、构件与构件之间的相关关系。本工程清基、土方填筑(上至构件、下至表面)即通过重叠/剥离体现。

圆仅在防汛备料平台的加筋土工布中使用，使用频率相对较低。

组件特性如下：

组件特性表中需要注意的主要有4处：名称、特征定义、显示规则、父组件。因模板涉及到的组件可能较多，命名须避免重复，且易于记忆。特征定义主要在后续廊道报表区分工程量及三维可视化成果展现时使用。显示规则即通过制定逻辑关系，设定组件显示及计量等的条件，在水利行业设计过程中常涉及到的是石笼挡土墙模板建立，石笼挡土墙层数随挡土墙高度变化而变化，如5m高石笼挡土墙一般为5层1m厚石笼，4m高则为4层。父组件是指当前组件依附于父组件，父组件不显示或不计量时，当前组件亦不显示不计量。另外，重叠/剥离中有重叠/剥离属性选项，须确定顶部、底部构成和组件或表面深度。

e.新建廊道及三维路面(套图)。平面、纵断、横断面模板确定后，在廊道菜单里选择新建廊道、新建三维路面，设定廊道范围、断面间距(间距越小，精度越高)，完成套图工作，生成三维立体模型。

f.廊道报表(工程量清单)。选择廊道菜单下的廊道报表→组件数量，一键读取工程范围内的工程量清单，导出样式可根据需要自行选择。

g.制图出图。在制图菜单下分别选择组件标准、标注模型、命名边界，完成平面、纵断、横断的制图和出图工作。需要说明的是，制图出图过程中涉及到的组件标注、标注模型需要自行在工作空间中进行设置，模型标准过程中可单个视口标注，亦可对整个模型进行标注。

3 应用效果

3.1 速度大幅提升

辽干防洪提升工程采用CNCCBIM OPENROADS软件进行三维设计后，工作效率提升了3倍，按传统二维方式设计可能需要1个月，采用三维设计仅需1周左右时间；传统二维设计需要反复修改核对的工作在三维设计中大部分可以一键完成，包括平面、纵断、横断及工程量的联动，后期制图、出图的一键化处理等。

3.2 三维设计计算成果相对准确

传统二维设计成果受断面间距影响较大，水利行业线性工程设计过程中，断面间距在可研阶段要求为50～100m，地形突变处不能完全体现；三维设计过程中，断面间距可根据计算机配置情况设定为个位数(一般为5m左右)，大大提高了计算成果的准确性，缺点就是三维设计对三维地形精度要求较高，测绘成本相对较大。本次选取了辽河干流沿线昌图县堤防工程进行了工程量及占地面积成果对比(见表1)。

表1 工程量及占地面积对比

3.3 查看方便

未来BIM普及后，三维设计成果在工程施工及后期管护过程中亦将有着不可忽视的作用，比如施工过程中通过手机端或其他移动端查看工程立体模型及相关图纸，能大范围地实现无纸化办公；比如通过查看三维设计成果，能切实保证堤防工程隐患的排查及堤防工程的日常养护到位等。

3.4 提高了设计数值可靠度

由表1可知，三维计算成果与传统二维计算成果相差较小，均在3%以内。总体而言，三维计算数值成果较为可靠，加之三维设计过程中断面间距较二维设计密，成果可信度较传统二维设计高。

3.5 可实现成果可视化

三维设计实现了成果可视化，辅以VR灵境技术，能立体、完美地展现设计成果，大大提升设计效果(见图2)。

图2 三维全景视图

4 结 语

BIM设计是整个设计行业大势所趋，各地方政府相继出台推行BIM设计的政策文件。目前，尚无完全针对水利行业线性工程设计研发的软件，考虑公路行业与水利行业线性工程有很多相似之处，经实践分析，采用公路行业线性工程设计软件CNCCBIM OPENROADS进行堤防工程设计是可行的。