冷水灣閘站的三維建模與模型信息應(yīng)用

尹華峰，郝素杰

（濱州市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山東 濱州 256600）

AutoCAD技術(shù)的應(yīng)用提高了工程圖紙的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，但圖紙的修改工作量較大，同時(shí)圖紙中包含的建筑物信息也難以方便地提取。將建筑實(shí)體與相關(guān)信息緊密聯(lián)系的三維信息模型建設(shè)技術(shù)（BIM）應(yīng)運(yùn)而生，AutoRevit技術(shù)為工程三維設(shè)計(jì)帶來了極大方便。

1 項(xiàng)目概況

冷水灣閘站位于浙江省秀洲區(qū)新塍鎮(zhèn)，所在河道為廟云橋冷水灣距河口30m處，2015年建成，屬河道新建水閘，用來?yè)跛艥?，啟閉機(jī)采用2×50 KN卷?yè)P(yáng)式。工程等別為Ⅳ等，主要水工建筑的級(jí)別為4級(jí)，臨時(shí)水工建筑級(jí)別為5級(jí)，外河設(shè)計(jì)水位為2.61m，內(nèi)河設(shè)計(jì)低水位為0.93m，閘站分為上游鋪蓋、閘室、下游消力池三部分，閘室設(shè)鋼閘門，兩側(cè)各有一個(gè)泵室。

2 冷水灣閘站建筑信息模型的創(chuàng)建

2.1 參數(shù)化建族

族就是帶有信息的“構(gòu)件”，依據(jù)參數(shù)（屬性）類型的共用、使用形式相同和圖形繪制的相似來對(duì)圖元進(jìn)行分組。實(shí)踐中按需選擇族類型對(duì)其屬性進(jìn)行修改以滿足各方需要。在Revit中，族包括系統(tǒng)族、可載入族、內(nèi)建族三種類型，系統(tǒng)族基本涵蓋了建筑、結(jié)構(gòu)、水電暖部分所需大部分基礎(chǔ)構(gòu)件，提高了土建工程的三維建模效率，簡(jiǎn)化了建模程序。主要用于房建工程的Revit軟件里找不到水利工程構(gòu)件，如護(hù)坡、鋪蓋、閘墩、土石壩等。實(shí)現(xiàn)水利工程的三維模型創(chuàng)建，需先自行創(chuàng)建相應(yīng)的可載入族，建族過程中對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的修改及生成二維圖紙的聯(lián)動(dòng)性。

可載入族是在族編輯器中創(chuàng)建的.rfa文件，即在revit界面中點(diǎn)擊“新建族”，然后打開“公制常規(guī)模型”，進(jìn)入族的創(chuàng)建。該閘站分為上游鋪蓋、閘室、下游消力池三部分，三個(gè)分項(xiàng)工程中有閘底板、護(hù)坦、反濾層、擋墻、閘墩等構(gòu)件組成，所有構(gòu)件需要一一創(chuàng)建，創(chuàng)建同一個(gè)或不同族構(gòu)件時(shí)可使用不同繪制方法如拉伸、融合、旋轉(zhuǎn)、放樣、放樣融合及空心拉伸等，并借助剪切、延伸、鏡像等修改工具以提高建族效率。最后一步就是在標(biāo)簽中對(duì)所添加的尺寸標(biāo)注進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置。另外，除了使用軟件系統(tǒng)族、自建族外，亦可嘗試在可載入族中尋找類似族，借助“復(fù)制到剪貼板”等工具加以提取和修改完善。

接下來是至關(guān)重要的一步是參數(shù)化，參數(shù)可以是模型的尺寸、材質(zhì)、溫度等屬性，族的參數(shù)化是對(duì)族添加參數(shù)信息，使有限模型能夠通過改變其參數(shù)值得以無限使用。在“標(biāo)簽”處單擊“添加參數(shù)”，并在彈出的“參數(shù)屬性”對(duì)話框中的“名稱欄”填寫參數(shù)名稱“閘底板厚度”，選中右側(cè)“實(shí)例”，單擊“確定”就完成了一個(gè)參數(shù)的設(shè)置。以此類推完成所有注釋的參數(shù)化。另外還能單擊“材質(zhì)”欄后面的空格出現(xiàn)帶三個(gè)黑點(diǎn)的小白塊，打開材質(zhì)瀏覽器，為族添加材質(zhì)、著色、填充圖案等。完成上述步驟后即可在“修改|創(chuàng)建拉伸”菜單欄下的“模式”工具欄內(nèi)單擊“對(duì)號(hào)”，實(shí)現(xiàn)完整族的創(chuàng)建。

2.2 模型的裝配

標(biāo)高和軸網(wǎng)的作用是為每個(gè)項(xiàng)目構(gòu)件確定一個(gè)空間位置，如同X、Y、Z軸一樣，確定構(gòu)筑物構(gòu)件的空間坐標(biāo)。繪制原則是按照構(gòu)筑物具有的節(jié)點(diǎn)性高程點(diǎn)繪制標(biāo)高后統(tǒng)籌布置水平面軸網(wǎng)，以便提高模型裝配效率。然后利用“載入族”工具將族構(gòu)件載入到項(xiàng)目中，借助“參照平面”與“模型線”等輔助工具或通過修改偏移量來確定構(gòu)件的精確位置，以完成該閘站的建筑模型裝配。

2.3 鋼筋的繪制

繪制鋼筋的前提是在建族時(shí)勾選屬性對(duì)話框中的“可將鋼筋附著到主體”選項(xiàng)，否則無法在“修改|放置鋼筋截面”狀態(tài)下捕捉到配筋主體。繪制鋼筋時(shí)，首先在構(gòu)件屬性對(duì)話框中選擇鋼筋保護(hù)層厚度，然后在“鋼筋形狀瀏覽器”中選擇所需鋼筋形狀并選擇適當(dāng)放置平面、放置方向及鋼筋型號(hào)，沿構(gòu)件保護(hù)層放置鋼筋，鋼筋形狀不滿足需求還可通過“編輯草圖”對(duì)鋼筋形狀進(jìn)行修改；然后可利用剖面圖查看鋼筋放置位置是否準(zhǔn)確，并利用復(fù)制、陣列、參照平面等工具快速完成批量配筋。利用Revit進(jìn)行配筋，不僅實(shí)現(xiàn)其可視化，而且更能直觀反映鋼筋的搭接和后期鋼筋用量的統(tǒng)計(jì)。

3 模型信息的應(yīng)用

3.1 生成二維圖紙

項(xiàng)目三維模型建成后，就可對(duì)其內(nèi)置信息加以提取和利用。最具有優(yōu)勢(shì)的利用之一是圖紙的自動(dòng)生成。生成圖紙的來源大致分三種：平面圖、立面圖和剖面圖。首先，在平面圖上，利用Revit剖切功能對(duì)三維模型進(jìn)行剖切，通過拖動(dòng)視圖手柄、隱藏或隔離無關(guān)圖元、添加文字注釋、圖案填充等手段，整理剖切圖并將其拖拽到新建的圖框中即可實(shí)現(xiàn)二維圖紙的繪制。

傳統(tǒng)的CAD出圖是通過線條繪制，各圖紙之間無任何聯(lián)系，一張圖紙中某一部位有所變動(dòng)，所有相同部位的圖紙都需逐一修改，費(fèi)時(shí)費(fèi)力易出現(xiàn)錯(cuò)誤；Revit則是生成完全與模型相關(guān)聯(lián)的圖紙，模型中任意細(xì)微的改動(dòng)都能即時(shí)體現(xiàn)于圖紙，自動(dòng)調(diào)整為修改后的圖形樣式，大大提高了出圖效率和精確度。三維模型到二維圖紙關(guān)聯(lián)式設(shè)計(jì)方式，必將逐漸取代傳統(tǒng)的二維繪圖模式。

3.2 工程量統(tǒng)計(jì)與概預(yù)算

Revit軟件除了能進(jìn)行三維模型創(chuàng)建、二維圖紙生成，亦可通過應(yīng)用程序編程接口（API）與Visual studio等編程軟件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以便于外部程序?qū)evit進(jìn)行操縱和訪問。Revit軟件會(huì)自動(dòng)將冷水灣閘站模型各圖元的參數(shù)、尺寸、材料信息及圖紙等詳盡收錄于參數(shù)庫(kù)中。

本次開發(fā)設(shè)計(jì)利用Visual studio中的C#語言進(jìn)行編程，通過編程語言提取出閘站模型的工程名稱、工程量、尺寸及材質(zhì)等信息導(dǎo)出至新建的Excel表格中，與概預(yù)算表鏈接，實(shí)現(xiàn)模型與概預(yù)算的結(jié)合；例如常規(guī)概預(yù)算表中的“工程或費(fèi)用名稱”“單位”“數(shù)量”三列名稱或數(shù)據(jù)信息均可方便地通過API插件在閘站的三維模型中自動(dòng)提取。

4 結(jié)語

通過冷水灣閘站的建模，示例性地介紹了三維建模及其在水利水電工程中的相關(guān)應(yīng)用，設(shè)計(jì)階段圖紙的生成、工程量的統(tǒng)計(jì)及概算的編制，通過與常規(guī)的AutoCAD繪圖和概預(yù)算編制進(jìn)行了驗(yàn)證對(duì)比，提高了設(shè)計(jì)精度和出圖效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，方便了信息的提取和應(yīng)用，為三維建筑信息模型在水利工程中的推廣起到了拋磚引玉的作用。