基于Civil3D的二次開(kāi)發(fā)在河道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

孫亞男

（招遠(yuǎn)市金都水利勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

水利工程設(shè)計(jì)中最為繁瑣的工作莫過(guò)于修改，評(píng)審專(zhuān)家或者校審人員短短的一條意見(jiàn)就可能讓整個(gè)項(xiàng)目從頭再來(lái)一遍，特別在河道、供水管線(xiàn)、渠道等項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)路修改，平面、縱斷面、橫斷面就得從頭再來(lái)一遍。為提高長(zhǎng)線(xiàn)路帶狀工程的設(shè)計(jì)效率，解放勞動(dòng)生產(chǎn)力，很多設(shè)計(jì)人員通過(guò)編程相繼開(kāi)發(fā)出了不同的CAD插件，通過(guò)這些插件的運(yùn)用在一定程度上取得了良好的效果[1-4]。文章結(jié)合多年的水利工程設(shè)計(jì)實(shí)踐介紹長(zhǎng)線(xiàn)路帶狀工程設(shè)計(jì)中相關(guān)軟件的優(yōu)劣，并基于Civil3D的二次開(kāi)發(fā)介紹其在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用流程，該方法對(duì)水利工程設(shè)計(jì)人員提高河道等項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效率具有一定的參考價(jià)值。

1 常規(guī)設(shè)計(jì)軟件及其瓶頸

ZDM是基于A(yíng)utoCAD平臺(tái)結(jié)合水利工程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)，是水利工程設(shè)計(jì)人員必備的AutoCAD插件，運(yùn)用ZDM進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)對(duì)工作效率的提高極為顯著，也正如其用戶(hù)手冊(cè)開(kāi)篇介紹“使用通用功能部分，綜合效率可提高50%以上；使用專(zhuān)業(yè)通用部分，綜合效率可提高數(shù)倍以上；使用專(zhuān)業(yè)部分，綜合效率可提高數(shù)10倍以上。對(duì)于小型水利水電設(shè)計(jì)單位，該軟件提供了CAD 輔助設(shè)計(jì)的全套解決方案”[5]。ZDM軟件在渠道改造、堤防加固、河道開(kāi)挖疏浚、供水線(xiàn)路等帶狀水利工程設(shè)計(jì)上應(yīng)用廣泛，雖然ZDM極大地提高了水利設(shè)計(jì)人員的生產(chǎn)效率，但還是有不少瓶頸，比如平面、縱斷面、橫斷面不能同步更新，用戶(hù)界面老化等。

遠(yuǎn)盛水工是基于A(yíng)utoCAD平臺(tái)按照水利行業(yè)CAD制圖標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的大型輔助設(shè)計(jì)繪圖軟件。該軟件包括了很多功能，其中有地圖摘高程點(diǎn)、縱斷面與橫斷面自動(dòng)關(guān)聯(lián)、縱斷面拉坡設(shè)計(jì)、引入場(chǎng)地概念等功能。由于整個(gè)軟件都是基于二維的設(shè)計(jì)思路[6]，操作上沒(méi)有延續(xù)性，數(shù)據(jù)不能相互關(guān)聯(lián)，雖然設(shè)計(jì)出圖智能化程度高，不過(guò)軟件的用戶(hù)使用量還是較少。

PowerCivil是一款以Bentley的MicroStation為基礎(chǔ)平臺(tái)并面向交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的軟件[7]，通過(guò)該軟件可在一個(gè)應(yīng)用程序中同時(shí)提供三維建模、設(shè)計(jì)階段、可視化、設(shè)計(jì)意圖、信息傳遞等諸多內(nèi)容；可對(duì)用戶(hù)在標(biāo)準(zhǔn)、交付項(xiàng)和歷史數(shù)據(jù)方面的權(quán)益加以保護(hù)，同時(shí)還提供信息建模功能，以構(gòu)建智能化的基礎(chǔ)設(shè)施。其核心思想是將平縱曲線(xiàn)、橫斷面、超高漸變、曲線(xiàn)加寬等數(shù)據(jù)全部集中一個(gè)信息模型上，需要相應(yīng)數(shù)據(jù)時(shí)直接從模型上提取所需數(shù)據(jù)、平縱橫圖紙等。并可直接在模型上模擬施工、制作漫游動(dòng)畫(huà)、模擬交通等。將其應(yīng)用到水利工程堤防設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)較復(fù)雜的堤防設(shè)計(jì)斷面難以建模，實(shí)用性上受到一定的限制。

HintCAD是基于A(yíng)utoCAD平臺(tái)[8]，結(jié)合多個(gè)交通工程實(shí)踐研制開(kāi)發(fā)大型專(zhuān)業(yè)CAD軟件，該軟件利用實(shí)時(shí)拖動(dòng)技術(shù)，使用戶(hù)直接在計(jì)算機(jī)上動(dòng)態(tài)交互式完成線(xiàn)路的平(縱、橫)設(shè)計(jì)、繪圖、出表；更可以利用三維電子地形圖，建立三維數(shù)模并直接獲得準(zhǔn)確的縱、橫斷地面線(xiàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行平、縱、橫系統(tǒng)化設(shè)計(jì)；在省去外業(yè)測(cè)量的人馬勞頓和縮短設(shè)計(jì)周期的同時(shí)，更使得大范圍的路線(xiàn)方案深度比選方便快捷。將其運(yùn)用到水利工程設(shè)計(jì)上，最終成圖需要在CAD中進(jìn)行二次加工，工作量較大。

2 Civil3D的優(yōu)勢(shì)

Civil3D是一款面向?qū)ο蟮能浖瑢?duì)象與對(duì)象之間相互關(guān)聯(lián)，在對(duì)象模型中，一個(gè)對(duì)象中發(fā)生的更改可以自動(dòng)傳遞給目標(biāo)關(guān)聯(lián)對(duì)象。例如，如果重新設(shè)計(jì)了一條路線(xiàn)曲線(xiàn)，則所有將該路線(xiàn)作為基準(zhǔn)線(xiàn)的放坡都會(huì)被相應(yīng)修改；此外，所有相關(guān)的樁號(hào)標(biāo)注、標(biāo)簽和其他特定于此路線(xiàn)的數(shù)據(jù)都將得到更新[9]；也就是“一處變，處處變”，這樣可以解決讓設(shè)計(jì)師頭大的版本修改問(wèn)題。

3 Civil3D的河道設(shè)計(jì)流程

利用Civil3D進(jìn)行河道設(shè)計(jì)[10]的主要設(shè)計(jì)流程為：曲面生成→平面堤線(xiàn)設(shè)計(jì)→縱斷面設(shè)計(jì)→裝配設(shè)計(jì)→河道模型生成→生成橫斷面圖→工程量計(jì)算→出圖。

3.1 曲面生成

Civil3D生成曲面的方式有很多種方式，如果有CAD測(cè)量圖的話(huà)，可以通過(guò)等高線(xiàn)和高程點(diǎn)生成地形曲面，當(dāng)然除此之外，也可以通過(guò)DEM、點(diǎn)云、GIS數(shù)據(jù)等文件創(chuàng)建地形曲面。

地形曲面的創(chuàng)建是設(shè)計(jì)流程的第一步，也是非常重要的一步，因?yàn)樗秃竺娴臄嗝鎴D以及土方工程量有著直接的關(guān)系，Civil3D中生成曲面效果見(jiàn)圖1。

圖1 Civil3D中生成曲面效果圖

3.2 平面堤線(xiàn)設(shè)計(jì)

路線(xiàn)設(shè)計(jì)在Civil3D中是非常強(qiáng)大的功能。在做河道堤線(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)可以人為拖動(dòng)交點(diǎn)的位置，并保持圓弧半徑不變，且始終保持與直線(xiàn)的相交狀態(tài)。

3.3 縱斷面設(shè)計(jì)

在生成完曲面和平面堤線(xiàn)后就可以在其基礎(chǔ)之上做縱斷面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)縱斷面的繪制流程基本與路線(xiàn)繪制流程相似，除此之外也可以通過(guò)數(shù)據(jù)文件、CAD直線(xiàn)和樣條曲線(xiàn)生成縱斷面。

3.4 裝配設(shè)計(jì)

裝配設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)流程中的核心。Civil3D中的裝配可以理解成典型橫斷面設(shè)計(jì)，裝配是由部件組成的，部件又可以理解成典型橫斷面中的擋墻、馬道、路面、邊坡等。Civil3D有內(nèi)置的部件和裝配，但大部分是基于道路與橋梁專(zhuān)業(yè)，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于水利工程的部件或裝配，這就造成很多設(shè)計(jì)師止步于此。若想攻克此難關(guān)，必須借助二次開(kāi)發(fā)。Autodesk公司給Civil3D搭配了一個(gè)強(qiáng)大的可視化二次開(kāi)發(fā)軟件：部件編輯器，利用部件編輯器基本可以完成任一部件的生成。Civil3D中部件生成的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖2。

圖2 Civil3D中部件生成的參數(shù)設(shè)置

3.5 河道模型生成

在完成平縱橫的設(shè)計(jì)之后，通過(guò)Civil3D中道路模型生成功能即可生成模型。模型生成的過(guò)程就是裝配按路線(xiàn)和設(shè)計(jì)縱斷面放樣的過(guò)程，即從點(diǎn)生成線(xiàn)，線(xiàn)生成面。建模完成后，便可進(jìn)行三維查看，見(jiàn)圖3。

圖3 Civil3D中生成河道模型圖

3.6 生成橫斷面圖

對(duì)于設(shè)計(jì)而言，建模不是最終目的，設(shè)計(jì)的最終目的是出圖和工程量計(jì)算。利用采樣線(xiàn)功能，將曲面和河道模型添加為采樣源，之后利用橫斷面圖功能，生成橫斷面圖。當(dāng)然，生成標(biāo)準(zhǔn)的橫斷面圖是比較復(fù)雜的一個(gè)過(guò)程，因?yàn)樾枰玫酱a集，通過(guò)代碼集中的點(diǎn)、線(xiàn)、面代碼來(lái)控制橫斷面的樣式和標(biāo)簽。Civil3D代碼集的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖4。

圖4 Civil3D中代碼集的參數(shù)設(shè)置

3.7 工程量計(jì)算

工程量計(jì)算有兩個(gè)部分，即土方計(jì)算和材質(zhì)計(jì)算。開(kāi)挖回填計(jì)算屬于土方計(jì)算，混凝土、漿砌石方量計(jì)算屬于材質(zhì)計(jì)算。通過(guò)生成開(kāi)挖曲面并將其作為橫斷面的采樣源，與地形曲面做比較計(jì)算，最終可生成土方計(jì)算成果。同理可以生成材質(zhì)體積表。Civil3D生成的工程量計(jì)算表見(jiàn)表1、表2。

表1 Civil3D中生成土方計(jì)算成果表

表2 Civil3D中生成材質(zhì)體積表

3.8 出圖

出圖作為整個(gè)設(shè)計(jì)流程的最后一步，也是相對(duì)較復(fù)雜的一步，需要利用圖紙集功能并定制出圖樣板。前期的準(zhǔn)備工作可能需要花費(fèi)點(diǎn)精力，但準(zhǔn)備工作做完后，后面的出圖會(huì)非常高效。

由于Civil3D是面向?qū)ο蟮模幌衩嫦蜻^(guò)程的CAD軟件那樣靈活，平面圖控制點(diǎn)的標(biāo)注、縱斷面設(shè)計(jì)線(xiàn)的標(biāo)注、橫斷面坡面草的繪制等在現(xiàn)階段無(wú)法在Civil3D中實(shí)現(xiàn)。通常有兩種解決方案：即導(dǎo)出至CAD中進(jìn)行圖紙深化或者進(jìn)行Civil3D二次開(kāi)發(fā)。第一種方法需要手動(dòng)繪制工作量極大，對(duì)設(shè)計(jì)效率的提高顯然不夠。其次Autodesk軟件的通病是內(nèi)存占用大，打開(kāi)的*.dwg文件都存在內(nèi)存里，隨著文件越大，使用一些功能會(huì)特別卡頓。很多時(shí)間都浪費(fèi)在等待進(jìn)度條上。如果利用數(shù)據(jù)快捷方式的功能,基于Civil3D進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)批量處理標(biāo)注、符號(hào)繪制，這樣便可節(jié)省內(nèi)存，提高設(shè)計(jì)效率。通過(guò)Civil3D二次開(kāi)發(fā)進(jìn)行河道設(shè)計(jì)的出圖效果見(jiàn)圖5。

圖5 Civil3D中進(jìn)行河道設(shè)計(jì)的縱橫斷面圖

4 結(jié)語(yǔ)

Civil3D雖然和CAD的界面極其相似，但操作邏輯完全不同，對(duì)于一般設(shè)計(jì)師上手較難。但如果掌握了其面向?qū)ο蟮倪壿嫼兔總€(gè)對(duì)象的特點(diǎn)，使用起來(lái)會(huì)事半功倍。Civil3D并非為水利專(zhuān)業(yè)定制的軟件，所以在規(guī)范出圖上還存在諸多難題，但如果熟練掌握部件編輯器甚至二次開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)過(guò)程中很多難題便會(huì)迎刃而解。運(yùn)用Civil3D進(jìn)行河道等帶狀線(xiàn)路工程的設(shè)計(jì)，從地形圖處理、布線(xiàn)、縱斷面拉坡設(shè)計(jì)到工程量計(jì)算，一系列的設(shè)計(jì)流程可提高河道等項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效率，該方法對(duì)水利工程設(shè)計(jì)人員具有一定的參考價(jià)值。