綜合建模在河道治理工程中的探索與實(shí)踐

李錫均，何付明，李海華

(云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

1 工程概況

近幾年，我國(guó)政府已經(jīng)把生態(tài)文明建設(shè)作為國(guó)家發(fā)展的大政方針，提倡尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念，不斷加大生態(tài)保護(hù)力度，頒發(fā)了水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)方針政策，要求正確處理開(kāi)發(fā)與保護(hù)的關(guān)系，在保護(hù)生態(tài)的基礎(chǔ)上積極開(kāi)發(fā)水能資源，大力推進(jìn)生態(tài)脆弱地區(qū)的生態(tài)修復(fù)工程[1]。

該河道治理工程位于云南省滇西南旅游勝地境內(nèi)，該項(xiàng)目的實(shí)施十分必要。

(1)開(kāi)展本河道的防洪治理工程，對(duì)于保障整個(gè)縣白族鄉(xiāng)廣大人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和旅游開(kāi)發(fā)地區(qū)的穩(wěn)定和安寧具有十分重要的意義。目前兩岸部份河道沖刷加劇，河岸垮塌，河床加寬、抬高，導(dǎo)致洪水改道，危害農(nóng)田、村莊、橋涵、公路等安全。下游河段無(wú)系統(tǒng)的堤防工程，絕大多數(shù)仍屬天然河岸，極少部分河堤是老百姓自然堆砌的土堤和石堤。因此，開(kāi)展河道防洪治理工程是保障鄉(xiāng)鎮(zhèn)廣大人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全的重要舉措，對(duì)于增進(jìn)地區(qū)民族穩(wěn)定團(tuán)結(jié)具有重要的戰(zhàn)略意義。

(2)開(kāi)展河道防洪治理工程，是加強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。加緊實(shí)施該河道的防洪治理工程，是鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，對(duì)于保障鄉(xiāng)鎮(zhèn)的防洪安全，吸引資金，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。

(3)開(kāi)展河道防洪治理工程，是維護(hù)民族團(tuán)結(jié)，提高廣大人民群眾生產(chǎn)生活水平的需要。實(shí)施該防洪治理工程，提高河段防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善周邊廣大人民群眾生產(chǎn)生活條件，對(duì)于促進(jìn)各民族安居樂(lè)業(yè)，加強(qiáng)民族團(tuán)結(jié)都具有重要意義。

(4)防洪治理工程的實(shí)施，可以形成完整的防洪工程體系，保障河沿岸的防洪安全。現(xiàn)狀河道沖刷凹岸，淤積凸岸，連年作用下，使河道極不穩(wěn)定，河兩岸的內(nèi)澇，淹沒(méi)兩岸農(nóng)田、道路、橋涵。由于河床逐年沖毀，洪水泛濫，洪水對(duì)兩岸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活造成了巨大的威脅，河道治理工作勢(shì)在必行。為保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)的防洪安全，形成完整的防洪工程體系，提高河的防洪能力，盡快開(kāi)展防洪治理工程是非常必要的。

K0+690.00～K3+474.22段(模型為K0+690至K1+850)，為本次治理上段，全為土堤，兩岸為農(nóng)田，河道寬3～14m。由于該段河道位于上游，河床坡度較陡，屬于典型洪水陡漲陡落山區(qū)河道，沖刷和淤積交替出現(xiàn)。河堤兩岸田地比河床高1～5m，大部分區(qū)域與兩岸田地相平。

工程地質(zhì)勘察成果表明，該治理段的地層巖性為第四系沖坡積第一層(Qalp1)棕紅色、黃褐色耕植土，第四系沖坡積第二層(Qalp2)黑褐色淤泥質(zhì)粉土，河床上部有0.2～0.5m厚的砂卵礫石層，總體厚度均大于10m以上，是本治理段堤岸與堤基的主要持力層。下伏基巖為三疊系白衙組上段與下段的灰?guī)r與白云巖。

本治理段設(shè)計(jì)的堤型方案是兩岸新建格賓籠擋墻，兩岸布置綠化帶；左岸增加觀景公路，并設(shè)置寬500m左右的親水臺(tái)階；根據(jù)原有地形設(shè)計(jì)排水口和橋閘建筑物。

2 綜合建模的設(shè)想與解決方案

近年來(lái)，在水利水電規(guī)劃和水電工程建設(shè)中，信息化的重要地位日益突顯。信息化投入不斷增加，大數(shù)據(jù)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)、BIM技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用到時(shí)水利水電規(guī)劃、設(shè)計(jì)和水利水電工程的建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)中[2]。越來(lái)越多的工程在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)(也就是全生命周期)中應(yīng)用BIM技術(shù)。而B(niǎo)IM最大的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)可視化，即在設(shè)計(jì)階段建筑及構(gòu)件以三維方式呈現(xiàn)出來(lái)，設(shè)計(jì)人員能夠運(yùn)用三維方式有效完成建筑設(shè)計(jì)。

基于BIM模型的可視化交底，極大地提高了設(shè)計(jì)交底的質(zhì)量和效率[2]。對(duì)于復(fù)雜的工序、關(guān)鍵部位，在設(shè)計(jì)交底時(shí)輔助以BIM模型，參建各方可以直觀形象地理解設(shè)計(jì)意圖、把握施工要點(diǎn)。一些很難用言語(yǔ)清晰描述的問(wèn)題，可以直接借助于BIM模型進(jìn)行交流和溝通。

同時(shí)，可以讓專家及業(yè)主在審查評(píng)審過(guò)程中更加直觀地了解設(shè)計(jì)意圖，通過(guò)三維的展現(xiàn)了解建筑物及構(gòu)件建成后的全貌。設(shè)計(jì)過(guò)程中的參數(shù)化設(shè)置提高了設(shè)計(jì)效率。

針對(duì)河道治理工程現(xiàn)狀與特點(diǎn)，綜合目前使用的設(shè)計(jì)軟件和設(shè)計(jì)流程，河道治理工程綜合建模設(shè)想與整體解決方案如圖1所示。

圖1 河道治理工程綜合建模整體解決方案

3 綜合建模的應(yīng)用

3.1 地質(zhì)三維模型的創(chuàng)建

根據(jù)河道地質(zhì)勘察資料和地形測(cè)繪數(shù)據(jù)，創(chuàng)建數(shù)值三維模型，如圖2所示。將該模型導(dǎo)入Revit 2020軟件，轉(zhuǎn)換為綜合模型的地質(zhì)部分，如圖3—8所示。

圖2 河道治理工程三維地質(zhì)數(shù)值模型

圖3 在Revit中地質(zhì)三維整體模型

圖4 在Revit中第四系第一層地層模型

圖5 在Revit中第四系第二層地層模型

圖6 在Revit中三疊系下段地層模型

圖7 在Revit中三疊系上段地層模型

圖8 在Revit中強(qiáng)風(fēng)化界面模型

3.2 河道治理段構(gòu)件的劃分和建筑物劃分

本河道治理工程治理段模型里程為K0+690.00至K1+850，根據(jù)河道的特點(diǎn)及治理堤型方案，將河道治理段劃分為9種類型構(gòu)件，見(jiàn)表1。將河道治理段建筑劃分為3種類型，見(jiàn)表2。

表1 河道治理段構(gòu)件表

表2 河道治理段建筑物表

3.3 地形等高線的轉(zhuǎn)換、標(biāo)高和軸網(wǎng)創(chuàng)建

為了提高Revit地形與地質(zhì)三維模型和設(shè)計(jì)的構(gòu)件、建筑物三維模型的吻合及精度，將在地質(zhì)三維模型的地形三角網(wǎng)曲面通過(guò)Civil 3D轉(zhuǎn)換成能在Revit中生成地形表面的地形等高線。將轉(zhuǎn)換好的地形等高線導(dǎo)入Revit中。根據(jù)治理段的治導(dǎo)線、中心線及里程剖面創(chuàng)建標(biāo)高、軸網(wǎng)，為統(tǒng)一各軟件的坐標(biāo)與高程，根據(jù)冶理段基點(diǎn)創(chuàng)建項(xiàng)目基點(diǎn)。

3.4 河道治理段的構(gòu)件及建筑物創(chuàng)建

將表1和表2中的所需構(gòu)件及建筑物創(chuàng)建三維模型所需的構(gòu)件簇和建筑物簇，如圖9所示。

圖9 構(gòu)件及建筑物簇

3.5 系統(tǒng)組裝

根據(jù)兩岸治導(dǎo)線軸網(wǎng)按里程高程用高程點(diǎn)控制進(jìn)行組裝，如圖10所示。

圖10 組裝過(guò)程

3.6 成果展示

按里程將各個(gè)構(gòu)件和建筑物組裝完成后在綠化帶內(nèi)種植所需樹(shù)種進(jìn)行裝配，完工后完成河治理工程的綜合建模過(guò)程。根據(jù)所建模型可進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)、所需剖面的剖切，二維圖紙的生成等工序工作。成果展示可根據(jù)需要進(jìn)行展示，含地質(zhì)內(nèi)容的成果展示如圖11所示，不含地質(zhì)內(nèi)容展示如圖12所示，各地質(zhì)層、風(fēng)化界面與模型關(guān)系的展示如圖13所示。工程量統(tǒng)計(jì)及二維圖紙較為簡(jiǎn)單，在此不再附圖說(shuō)明。

圖11 含地質(zhì)的三維模型

圖12 不含地質(zhì)的三維模型

圖13 三維模型與地質(zhì)層面和強(qiáng)風(fēng)化關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目的綜合建模，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)的不斷發(fā)展和給實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)的直接和間接效益[3]，也體現(xiàn)了模型給業(yè)主及相關(guān)人員親臨工程建筑后的超前感受，較直接地體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路和構(gòu)想。

在本項(xiàng)目綜合建模的實(shí)踐中，以下幾個(gè)方面需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高。

(1)基于軟件的不足，需進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)插件，實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖工程量的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，特別是地質(zhì)部分的開(kāi)挖。

(2)需解決地質(zhì)部分的材質(zhì)庫(kù)，以便更好地展示三維模型地質(zhì)層面的真實(shí)感。

(3)在滿足水力學(xué)和現(xiàn)有河態(tài)的情況下，河道治理工程應(yīng)盡量與BIM建模軟件相融合，更好地提高設(shè)計(jì)效率。