OpenRoads Designer在河道三维正向设计的应用

潘涛

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

目前，数字化、信息化已经成为新时代各行各业发展的主流。2018 年以来，水利部在水利信息化建设上多次提出发展要求，并出台了水利行业BIM 应用指导意见和有关标准，全力推进BIM 在水利工程的应用。响应国家政策与行业发展需要，BIM 技术在水利工程领域应用越来越广泛，特别是水闸、泵站、船闸、水电站等单体工程，相关软件较为成熟，已经基本满足设计的需要。但在河道、堤防等复杂线性工程方面，BIM 技术应用推广速度滞缓[1，2]。

由于传统二维设计出图已经能够满足目前国内设计院业务上的需要，加上BIM 正向设计尚不成熟，国内各设计单位在河道方面的BIM 推广应用持观望态度。BIM 正向设计的不成熟主要体现在：无专业的设计软件、缺乏相应的设计标准与交付标准、学习成本较高、前期标准化设置工作复杂等[3，4]。本文以吴淞江工程（上海段）苏州河西闸工程河道部分为例，探索OpenRoads Designer（简称ORD）在河道正向设计中的应用，深度挖掘其优势，打通三维设计与二维出图的流程。

1 工程概况

吴淞江为黄浦江最大支流，流经江苏省和上海市，历史上是太湖排水入海的重要通道，吴淞江工程是解决太湖流域水利问题的一项重要民生工程[5]。苏州河西闸位于苏州河与藻温藻浜交汇口以东，是吴淞江工程的有机组成部分，其建设对统筹洪涝矛盾、保障上海市中心城区的防洪排涝安全、保障苏州河成为上海建设“卓越的全球城市”的代表性空间和标志性载体新使命等均具有重要意义。项目主要工程内容包括新建苏州河西闸和苏州河（温藻藻浜～苏州河西闸段）河道工程。

该工程河道段起点为苏州河与温藻藻浜的交叉口，终点为苏州河西闸，河道总长2.08 km，其中新、改建护岸2.64 km。对该段河道进行疏浚，河口宽度维持现状，底高疏浚至-2.0 m，底宽不小于30.0 m。

2 正向设计总体思路

ORD 是Bentley 公司旗下一款专业的道路设计BIM 软件，广泛应用于道路、地下管线、给排水设计等[6]。从软件的功能来看，适用于长距离线性工程的三维设计，因此可以变相地用于河道三维设计中。

该工程运用ORD 软件进行河道正向设计总体思路如图1 所示，主要包括以下内容。

图1 河道正向设计流程图

1）基础资料收集。进行河道三维建模前，需收集工程范围内地形地质三维模型、设计河道中心线、规划蓝线。

2）河道三维模型建立。使用ORD 软件进行三维建模，建模主要分为地形模型导入、河道中心线导入、符合工程实际的材料定义、横断面模板设计、廊道生成、现状护岸线控制。

3）生成图纸及工程量。在最终模型中进行平面分幅图、典型断面图、河道套绘图出图，利用软件工程量生成功能，进行项目工程量统计。

4）拓展应用。运用ORD建模成果可进一步进行动拆迁统计、三维实景模型展示、方案比选等。

3 正向设计操作流程

3.1 导入地形

ORD 中生成地形模型的方法有很多，如导入TXT 文件创建地形、通过筛选方式创建地形、利用点云数据创建地形、导入其它文件创建地形等。由于地勘专业已提供工程范围内地形的.tin文件，该项目采用导入其他文件的方式创建地形模型。

3.2 定义河道中心线及设计护岸线

ORD 软件生成廊道的基础是需创建廊道基线，对于该工程而言，廊道基线即为设计河道中心线，可从通过导入ASCII 文件创建，也可以直接在模型中进行绘制。

根据河道工程项目的特点，河道中心线一般由规划专业提供，故该项目直接提取二维文件中河道中心线的坐标、转弯半径、转角等信息，通过导入ASCII 文件创建河道中心线，赋予其-2.00 m高程并设为激活纵断面。创建完成的河道中心线如图2。

图2 河道中心线

3.3 横断面模板

创建横断面模板为该项目三维建模最重要的部分，其直接影响最终三维模型的展示效果。通过廊道-模板-创建模板，进行横道面模板的设计。

该项目共设计5 种护岸形式：A 型、B1 型、B2型、B2（掌心湖）型和C 型护岸。以河道中心线为廊道基线，共有4 种左右岸组合：B1+A 型、B1+C型、B1+B2 型和B1+B2（掌心湖）型。

为保证模型的材料属性符合河道工程的实际特点，并方便最终工程量统计，在创建横断面模板前需要进行特征定义文件的创建。

3.4 生成廊道

根据河道中心线及横断面模板，按照桩号生成廊道（护岸）。通过创建点控制，将横断面模板中护岸参考点控制到已经生成的设计护岸线上。另需说明的是，在后续出图过程中发现，若按规划提供的设计护岸线生成模型，新建护岸存在偏离现状护岸的现象，这与工程实际不符，因此，该项目根据地形模型重新拟合护岸线，进行护岸控制，最终三维模型如图3—4 所示。

图3 三维模型总览

图4 三维模型局部

3.5 出图

该项目三维出图包含3 部分。

1）平面分幅图，出图步骤：命名平面图边界→生成图纸→在视图视口中隐去不需要的图层→进行尺寸及文字标注→在图纸视口中引用图框→添加图纸说明→生成PDF 图纸。

2）典型护岸断面图，出图步骤：命名典型断面图边界→生成图纸→材料图案填充→进行尺寸及文字标注→在图纸视口中引用图框→添加图纸说明→生成PDF 图纸。

3）河道套绘图，出图步骤：设置Drawing model及Sheet model→创建Cross section start seed file→创建出图种子文件→命名套绘图边界→生成图纸→进行尺寸及文字标注→在图纸视口中引用图框→添加图纸说明→生成PDF 图纸。

3.6 计算工程量

ORD 软件可在元素组件工程量或者组件数量工具中提取工程量，其中元素组件工程量可选多个廊道，但无法生成挖填方工程量；组件数量只可选择一个廊道，但可生成挖填方工程量。该工程采用组件数量工具生成工程量表。

4 结语

综合研究成果，基于ORD 进行河道正向设计是可行的，且在很多方面相较于二维设计存在优势：1）河道三维模型可以更好地展示设计意图，相比传统二维设计更好地指导施工。2）定义好出图种子后，可批量出河道套绘图，尤其对于长距离河道，极大地提高了出图效率与准确性。3）软件自带的工程量统计功能，可以更加方便快捷准确地提取工程量。4）工程设计内容与地形模型直接交互，在设计过程中可及时发现设计护岸线拟合不准确的情况等。

虽然ORD 进行河道正向设计存在优势，但由于该软件本身是一款道路设计软件，在运用到河道设计中仍存在一些问题：1）横断面出图时，会出现河底、边坡或桩长过大的情况，目前软件无法对剖切出的模型进行打断或者删除处理。2）对于不规则岸线，ORD 需利用点控制的命令进行护岸的拟合，对于圆弧段或者较曲折段，拟合效果不佳。3）目前存在无法实现二维设计中直接生成河道中心线、设计护岸线等控制点坐标问题。4）无法直接对标注的文字进行拖拽，导致在标连续小长度标注时存在文字重叠问题。5）标十字坐标、高程、添加二维绿化、指北针等功能，目前需要二次开发。因此，为尽快推广BIM 技术在河道设计方面应用，设计单位急需提高自身软件二次开发能力或与Bentley 软件公司合作，解决目前正向设计过程中所遇问题，使得ORD 软件更好地为河道设计服务。