土石坝工程基于Revit构件模型整体集成的设计研究

劳正绍 王作飞 裴 雄

(广西更维科技研发有限公司，广西 南宁 530000)

1 概 述

目前，随着信息技术的快速发展，BIM技术在工程设计领域的得到了广泛应用。众多主流BIM模型设计平台多采用先将不同工程构件分别创建之后，再将各工程构建拼装成整个项目模型的工作方式，造成叠加了众多类型的水工三维模型构件，在整体拼装时工作量巨大，且整体模型拼装难以快速准确定位，需手动拼装，大大增加了手动操作的失误概率，导致坝体各种结构体难以形成整体模型，造成信息丢失、不连续现象严重的不良后果。Revit作为一款建筑信息模型设计平台，在建筑中也得到广泛应用。但在水利工程领域，因水工建筑物形态多样，而Revit平台采用参数化族的方式来组织模型，造成水工建筑物族的可重复利用性低，导致Revit在水工建筑物设计中不能深入应用。牛立军等[1]探索了利用Revit对水利工程进行正向设计的方法，并以落地槽为例验证了方法的实用性。史修府等[2]利用Revit创建了管涵、墩柱等水工参数化族，探索了利用参数化族创建水工建筑物的方法。王延平[3]以涵洞为例运用Revit建模和配筋，为水利工程中用Revit进行施工图设计提供了借鉴。朱致远等[4]基于Revit和Revit API进行二次开发，实现了对水闸挡土墙稳定分析计算和计算结果的实时判别。前人的研究促进了Revit在水工建筑物模型设计中的应用，为土石坝集成设计奠定了基础。

本文在前人研究的基础上，通过对各种土石坝的构成分类进行分项研究，借鉴二维设计过程中的断面设计思路，利用面向对象的编程语言和Revit API，形成一套土石坝工程的模型快速创建方法，以期提高利用Revit创建土石坝模型的效率与模型数据完整性。

2 实现技术

利用面向对象编程语言C#，构建土石坝所涉及的各种水工构件对象，基于Revit的应用程序接口——Revit API对Revit进行二次开发，实现土石坝整体模型的快速创建。

2.1 Revit API功能扩展

Revit API是Revit的应用程序接口，提供了大量命名空间和丰富的函数，给Revit的二次开发功能订制提供支持，使得不同地区、不同行业用户可以根据自身需求开发Revit插件，扩展、丰富Revit的功能[5]。Revit平台本身的自有命令主要针对的是房屋建筑设计，水利行业可以参考房建行业命令与对象的构建方法，实现水工建筑物的模型构件创建。

2.2 水工构件对象

依据不同分类标准，土石坝可分为不同类型。本文重点研究了均质土坝、分区土坝、心墙堆石坝、面板堆石坝四种应用广泛的土石坝的典型断面设计方法，利用面向对象的程序设计方法，构建了可用于数据互相通信的程序对象。如：心墙堆石坝构建了主堆石区、下游堆石区、坝基、排水区、过渡区、垫层区、面板、趾板、建基面、防渗板等数十个程序对象。

3 实现方法

集成设计的实现思路是：针对特定的坝型，依据大坝平面轮廓信息、断面信息、地形信息，融合断面中各种构件信息，沿大坝不同里程桩号快速生成相应断面轮廓，通过选取模型中的坝线路径快速创建模型，同时创建各种水工构件的属性信息。

3.1 实现步骤

本文的集成设计方法用于解决土石坝BIM模型的快速创建，共分为8个步骤。

步骤1：获取选定的土石坝坝型，根据所述土石坝坝型设置属性项，并基于所述属性项构建对应所述土石坝坝型的构件模型属性集。

步骤2：获取大坝控制高程信息，设置大坝轴线，并设置大坝轴线的起点、拐点和终点的里程桩号，其中，所述大坝控制高程信息包括坝顶高程和水位信息。

步骤3：基于所设置的大坝轴线，以及选定的土石坝坝型，进行参数化设计，在所述大坝轴线的起点、拐点和终点的位置，分别创建坝体结构断面，形成断面轮廓集成族。

步骤4：根据所述断面轮廓集成族和各所述构件模型属性集，通过放样或放样融合的方式，将各相邻坝体结构断面对应的断面分区连接、填充，形成各构件三维模型，进而集成所述土石坝模型。

步骤5：构造坝址区域三维地质模型。

步骤6：获取坝顶高程和开挖扩展距离、放坡坡度信息，结合所集成的土石坝模型和所构造的坝址区域三维地质模型，生成开挖之后的三维地质模型。

步骤7：合成所述土石坝模型和所述开挖之后的三维场地模型，构成土石坝工程整体模型。

步骤8：输出所述土石坝工程整体模型、所述土石坝模型、各构件三维模型以及土方开挖量。

3.2 程序设计

土石坝中的均质土坝、分区土坝，其结构相对简单，通过整体断面集成来实现模型构件的创建。其构件对象由上游坝坡、防渗体、排水结构、下游结构、坝顶结构、坝体结构等构件对象构成(见图1)。

图1 分区土石坝

心墙堆石坝与混凝土面板堆石坝结构相对复杂，分为坝顶结构与坝体结构两部分分别集成设计。坝顶结构的构件对象由防浪墙、下游挡墙、路面构成。心墙堆石坝的坝体结构由大坝、心墙、堆石三种数据对象描述。面板堆石坝的坝体由堆石坝体、垫层与过渡区、面板与趾板三种数据对象描述(见图2、图3)。

图2 坝顶结构

图3 面板堆石坝坝体

3.3 属性数据

土石坝水工构件众多，属性数据存在差异，通过构件属性集的形式针对每一种坝型的水工构件构造一套属性集，以SQL数据库的形式存储于程序中，将相应的构件属性在Revit中以共享参数的形式挂接到模型中(见图4)。

图4 防浪墙构件属性

4 王岗山大坝设计

王岗山水库工程由大坝、左岸溢洪道、输水隧洞、导流隧洞、输水管线工程、防汛道路等组成。大坝坝型为分区土石坝，坝顶轴线长397m，坝顶宽度为8m，坝顶高程97.00m，最大坝高39.2m。本次模型设计依据本项目大坝的二维图纸(仅涉及大坝坝体模型)，汇总其断面数据信息，将由二维断面图所表示的信息转化为本程序所设计的数据参数信息，通过轴线定位与断面轮廓参数化设计，利用已开发的分区土坝生成工具，快速创建坝体三维模型。

基于Revit设计平台中的轴线功能，利用Revit API开发沿坝顶轴线的指定功能，在模型中快速生成大坝轴线，利用专门开发沿坝轴线的里程桩号的自动生成功能，快速批量生成里程桩号轴线，提高在按照断面集成法生成断面时的位置判断能力。

大坝坝型为典型的分区土石坝，依据断面组成及程序设计便利性，将大坝的典型断面分为上游坝坡、防渗体、排水结构、下游结构、坝顶结构、坝底结构六个大的分类。其中上游坝坡细分为护坡、马道、坝脚结构，排水结构提供竖式排水、褥垫排水、棱体排水、贴坡排水四种不同的排水体构件，本项目采用竖式排水与贴坡排水，下游结构分为坝壳、护坡、马道、坝脚排水沟四个部分，坝顶结构分为防浪墙、沟槽(截水沟)、路面结构三个部分，坝底结构为压浆板部分。其中防渗体为整体断面最主要的组成部分，分别设计两组数据，一组控制边坡数据，另一组控制分区数据，其余断面的组成部分皆依据这两部分数据按需定位。每个断面组成部分皆通过数据点连线的方式构造封闭的轮廓族。由程序自动生成断面轮廓族及三维模型图(见图5)，生成总耗时约2min。

图5 王岗山水库大坝

5 结 语

本文提出了基于Revit二次开发的土石坝模型集成设计方法，利用Revit API开发了三种土石坝坝型的快速创建程序，创建模型的同时为模型构件赋予相应的属性集，提高了模型的创建效率，使模型本身的属性信息数据结构化。在模型的生成过程中，主要采用了Revit中的放样融合功能，其在断面变化较大时存在生成的三维构建不够真实，马道在终端需要添加多个辅助断面才可生成，在参数设计过程中需要花费大量的时间确定各个参数的值等问题，这是笔者下一步将研究的方向。