扶壁式擋土墻三維建模的二次開發(fā)

陳蕾蕾，左威龍，劉占午

(1.江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇 揚州 225127；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司，江蘇 揚州 225007)

水工擋土墻設(shè)計是水利工程項目整體設(shè)計的重要組成部分，它能夠保證水利工程實現(xiàn)長期、持續(xù)、穩(wěn)定、安全的運行，對水利工程功能的發(fā)揮起著非常重要的作用[1]。扶壁式擋土墻是水工擋土墻的一種類別，是一種鋼筋混凝土薄壁式擋土墻結(jié)構(gòu)，由立板、底板、齒坎及扶壁組成，在高度差大[2]的填方區(qū)建筑邊坡工程的建設(shè)中，扶壁式擋土墻可以很好地解決土地限制、施工速度慢、施工工藝繁瑣、材料浪費和質(zhì)量難控制等問題[3]。扶壁式擋土墻依靠扶壁把立板、墻踵板連接起來，共同承受土壓力產(chǎn)生的彎矩和剪力，具有加筋的作用[4]，可改善立板和墻踵板的受力條件，提高結(jié)構(gòu)的剛度和整體性，減小立板的變形。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，三維建模設(shè)計逐漸走進水利工程行業(yè)中[5]，三維建模可以直觀高效地展示模型的結(jié)構(gòu)信息，保存物體的三維數(shù)據(jù)，產(chǎn)生任意視圖[6]。由于三維建模設(shè)計的優(yōu)越性[7]，已有不少企業(yè)和科研單位將三維設(shè)計應(yīng)用于水利工程中[8]。扶壁式擋土墻三維建模主要考慮擋土墻截面輪廓和導(dǎo)線的繪制，可將截面輪廓劃分成底板、立板和扶壁等模塊，但現(xiàn)有的三維建模平臺主要是基于工業(yè)與民用建筑的通用三維設(shè)計平臺，界面內(nèi)提供的設(shè)計模塊(梁、板、柱)主要是面向建筑設(shè)計的[9]，為提高水工模型的建模效率，亟需對平臺進行二次開發(fā)。經(jīng)研究比對，Autodesk 公司的Revit軟件產(chǎn)品具有較好的兼容性，能靈活協(xié)同工作流程，價格適中，通用性更強[10]，且提供了二次開發(fā)接口，本文將基于Revit平臺，對扶壁式擋土墻數(shù)理模型的參數(shù)化、二次開發(fā)流程和應(yīng)用效果等方面進行闡述。

1 扶壁式擋土墻三維建模的參數(shù)化

參數(shù)化建模主要是將實體對象進行參數(shù)化描述的過程[11]，扶壁式擋土墻模型參數(shù)化主要包括截面輪廓和導(dǎo)線形式2個方面，需將它們各自獨立參數(shù)化。

1.1 扶壁式擋土墻截面的參數(shù)化

扶壁式擋土墻截面參數(shù)化主要將擋土墻模型拆成若干模塊，如墻體、扶壁、壓頂、齒坎等，分別建成獨立的參數(shù)模塊[12]，每個模塊設(shè)置本模塊需要的參數(shù)，且均可通過參數(shù)驅(qū)動獨立模型變換，最后通過調(diào)入獨立模塊形成一個嵌套的模塊整體，以此將復(fù)雜圖形的參數(shù)化問題簡單化。扶壁式擋土墻的模塊框架圖和截面參數(shù)的詳細注解如圖1所示。

1.2 扶壁式擋土墻導(dǎo)線的參數(shù)化

扶壁式擋土墻導(dǎo)線參數(shù)化首先需要考慮導(dǎo)線[13]的布置方式是圓弧型還是直線型。若是圓弧型導(dǎo)線需要考慮圓弧半徑(通常設(shè)定為前墻前沿線的半徑)、起始角度、終止角度和圓心坐標；若是直線型導(dǎo)線需要考慮直線長度、起點坐標和擴散角度，若是異型擋土墻還需要考慮首末端斷面的夾角參數(shù)，當首末端斷面夾角之和，即β1+β2=180°時可設(shè)置“扶壁與截面平行”，達到扶壁旋轉(zhuǎn)方向與擋土墻截面平行的效果，導(dǎo)線的參數(shù)情況如圖2所示。

圖1 扶壁式擋土墻截面幾何參數(shù)設(shè)置

圖2 導(dǎo)線參數(shù)設(shè)置

1.3 扶壁式擋土墻參數(shù)的讀取和存儲

根據(jù)參數(shù)化劃分的模塊分別創(chuàng)建Wall(墻體)、Arm(扶壁)和Curve(導(dǎo)線)3個類，Wall中包含Plate(立板)和Floor(底板)2個結(jié)構(gòu)體，這些類主要用于存儲操作中的參數(shù)，并在模型生成時自動保存在本地txt文件中，可以通過窗體界面修改txt的存儲路徑，如果需要變更生成的扶壁式擋土墻只需在窗體界面中導(dǎo)入txt文件即可得到擋土墻的所有建模信息，包括截面參數(shù)和導(dǎo)線信息，修改對應(yīng)參數(shù)就能完成變更。

2 扶壁式擋土墻二次開發(fā)的流程

Autodesk Revit提供了應(yīng)用程序編程接口API(Application Programming Interface)，用戶可以使用API來開發(fā)自己的應(yīng)用程序操縱和訪問Revit，從而實現(xiàn)不同的標準和需求[14]。扶壁式擋土墻三維建模的二次開發(fā)主要使用Visual C#語言，基于Revit提供的API 編程接口進行定制化開發(fā)，二次開發(fā)插件會在Revit啟動時以按鈕的形式自動加載。

2.1 設(shè)計流程

Revit拓展功能分為2個步驟：首先創(chuàng)建一個外部命令(External Command)，主要用于實現(xiàn)目標功能，外部命令中可調(diào)用Revit提供的API接口，如放樣、拉伸、旋轉(zhuǎn)等命令以完成程序代碼；其次創(chuàng)建一個外部應(yīng)用(External Application)，主要用于在Revit界面中添加菜單或工具欄，可將外部命令代碼封裝到按鈕中放置在Revit界面上，方便用戶便捷實用，主要實現(xiàn)方法是OnStartup和OnShutdown[15]。扶壁式擋土墻二次開發(fā)外部命令流程圖如圖3所示，外部應(yīng)用開發(fā)步驟與外部命令一樣，只是派生類與實現(xiàn)方法不一致。

2.2 應(yīng)用流程

在Revit平臺上手動建模步驟[16]繁瑣，二次開發(fā)插件可簡化建模過程，用戶只需要了解擋土墻的基本結(jié)構(gòu)并輸入對應(yīng)參數(shù)就可以生成模型，可有效提高工程效率。手動建模與插件建模過程對比見表1。

圖3 外部命令二次開發(fā)流程圖

表1 手動建模與插件建模對比表

3 扶壁式擋土墻三維建模二次開發(fā)應(yīng)用效果

扶壁式擋土墻二次開發(fā)插件可快速生成三維擋土墻模型，以圓弧型和異形直線型扶壁式擋土墻創(chuàng)建為例，其參數(shù)設(shè)置見表2，生成的擋土墻效果如圖4所示。

4 結(jié)語

扶壁式擋土墻三維建模的二次開發(fā)包含模型的參數(shù)化和API接口的使用。模型的參數(shù)化是將復(fù)雜模型拆分成獨立模型，以子模型驅(qū)動整體模型的過程，每個子模型的參數(shù)獨立設(shè)置，需注意模型間的關(guān)聯(lián)性，避免參數(shù)重復(fù)劃分。API接口的使用主要涉及平臺提供的接口數(shù)據(jù)和手動建模的過程，通過代碼將手動建模的步驟分解成程序段，利用命令逐一有序的運行程序段最終生成模型。二次開發(fā)插件可有效提高模型的創(chuàng)建效率，且操作簡單便捷，但插件依賴于Revit平臺，如需轉(zhuǎn)換平臺，需先在Revit

表2 扶壁式擋土墻參數(shù)設(shè)置

圖4 扶壁式擋土墻應(yīng)用效果圖

上創(chuàng)建模型再導(dǎo)出成其他平臺支持的格式。本文論述的二次開發(fā)設(shè)計模式為水閘、泵站等模型的開發(fā)提供了借鑒經(jīng)驗。