CN108614950A - 一种基于bim的河道类线性工程设计建模方法 - Google Patents

Abstract

一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法：步骤一，完成BIM工作环境的设定；步骤二，基于实测高程点与等高线建立三维地形模型；步骤三，确定主要平面定位线及次要平面定位线；步骤四，确定主要空间定位线及次要空间定位线；步骤五，完成横断面基本模板；步骤六，沿主要空间定位线进行扫掠建模，完成初步BIM模型；步骤七，对初步BIM模型进一步修正，得到完成的BIM模型；步骤八，基于完成的BIM模型进行出图操作并批量标注。利用河道两侧的左护岸轴线与右护岸轴线两条空间定位线，为河道两侧工程灵活应对两岸不同设计方案与不同实际地形提供了可能；基本模板上的特征点沿次要空间定位线路径扫掠，实现了河道工程两岸护岸轴线的高低起伏变化。

Description

一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法

技术领域

本发明涉及一种工程设计建模方法，具体地说是涉及一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法。

背景技术

随着时代的发展，在水利工程中开展三维设计实现工程数字化现在渐渐成为不可避免的选择。近年来国家对BIM（建筑信息模型）设计技术日趋重视。随着发达地区（如北京、上海、深圳）对工程企业明确的BIM要求的提出，将来的设计行业甚至总承包领域向三维设计转型已是大势所趋。与传统的二维设计相比，三维设计可以提高设计效率、减少错误，同时由于BIM模型是面向对象的设计产品，因此其模型上附带的信息可以很好地为工程的全生命周期管理运维提供支撑。

然而，虽然现在工程数字化发展势头迅猛，但尚未达到在设计的各个环节都普及的程度，在以河道工程为代表的线性水利工程上，BIM运用的“最后一公里”本土化实用化的问题还有待解决。

一是在设计手段上的变化：传统的河道类线性工程设计依据二维总平面图上的定位线（河道中心线、堤轴线等）来确定工程位置与范围，随后依靠河道轴向位置处孤立的实测断面图开展设计。这种方法不能将现场地形的实际变化情况充分体现到设计成果中，存在很大的局限性。

二是要适应河道工程的特点：虽然同样是线性工程，但与道路工程不同的是，河道类线性工程的设计具有防洪排涝要求高、与实际地形关系大、与周边建筑物衔接多、灵活性强、景观要求高等特点。也正因此，河道类先行工程设计常面临大量的断面套绘与反复修改的问题，这大大降低了河道类线性工程的设计效率。所以，要在河道类线性工程上推进能切实提高设计效率的BIM设计，应尽可能解决这些方面的问题。

1）对于河道，虽然断面形式大多类似，但由于防洪排涝的要求，所以每个断面其护岸顶高程、过水断面尺寸都要根据水文的计算结果来确定，这就导致每个控制断面上护岸轴线与河道中心线之间在空间上相对位置关系的不确定。

2）因为河道类工程常常要适应地形、周围建筑物去建设工程，因此地形与周边建筑物情况对设计结果的影响很大，在传统平面作图中地形并不直观，而在空间中则非常明显，故如何适应新的设计环境也十分重要。

3）由于河道类工程的地形多变，为适应地形导致断面形式灵活性强。

总的来说，由于设计手段的变化与工程特点的适应要求，所以基于BIM的河道类线性工程设计建模方法急需研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法。因此，本发明采用以下技术方案。

一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一，完成BIM工作环境的设定；

步骤二，完成地形处理，基于实测高程点与等高线建立三维地形模型；

步骤三，确定工程的主要平面定位线及次要平面定位线；

步骤四，绘制主要平面定位线及次要平面定位线对应的纵断面线，以确定三维空间中的主要空间定位线及次要空间定位线；

步骤五，利用模板库各类构件拼接完成横断面基本模板；

步骤六，基于所述横断面基本模板，沿所述主要空间定位线进行扫掠建模，完成初步BIM模型；

步骤七，基于所述次要空间定位线和特征点进行局部修正，对所述初步BIM模型进一步修正，得到完成的BIM模型；

步骤八，基于完成的BIM模型进行出图操作并批量标注，由此完成整个河道三维BIM模型的设计建模。

优选的，所述主要平面定位线为河道中心线和/或堤轴线。

优选的，所述次要平面定位线为左护岸轴线和右护岸轴线。

优选的，所述主要空间定位线为三维河道中心线。

优选的，所述次要空间定位线为三维左护岸轴线和三维右护岸轴线。

优选的，步骤七进一步包括，指定横断面基本模板上的特征点沿次要空间定位线路径扫掠，以此实现河道工程两岸护岸轴线的高低起伏变化，实现初步BIM模型的进一步修正。

优选的，所述横断面基本模板的原点设为河底中心点，即河道中心线在河底上的投影位置所在的点。

优选的，步骤八中的出图操作包含各典型断面的横断面图以及平面布置图的生成，批量标注以断面尺寸标注以及断面结构材料标注为主。

本发明的有益效果是：利用河道两侧的左护岸轴线与右护岸轴线两条空间定位线，为河道两侧工程灵活应对两岸不同设计方案与不同实际地形提供了可能；完整地提出了针对河道类项目的三维设计建模流程方法；基本模板上的特征点沿次要空间定位线路径扫掠，对三维模型进行了进一步修正，实现了河道工程两岸护岸轴线的高低起伏变化。

附图说明

图1是本发明的基于BIM的河道类线性工程设计方法建模流程图。

图2是本发明中用于定位的中心线、左护岸轴线和右护岸轴线三维空间形式示意图。

图3是本发明中基于三维河道中心线与典型断面经扫掠建模生成的全程断面相同的河道工程BIM模型示意图。

图4是本发明中经三维左护岸轴线和三维右护岸轴线进行空间位置控制后的河道工程BIM模型示意图。

图5是利用三维左护岸轴线对典型断面进行空间位置控制后的局部效果示意图。

图6是用来拼接的模板构件库中挡墙构件的对外接口点示意图。

附图标记说明：1、三维河道中心线；2、三维左护岸轴线；3、三维右护岸轴线；4、最初建立的河道工程三维模型；5、经过空间位置控制后的河道工程三维模型；A、第一构件定位点；B、第二构件定位点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示的一种基于BIM的河道类线性工程设计方法建模流程图，其主要工作流程如下：

步骤一：设定工作环境：需要准备好可能用到的信息分类，如构件属性分类、基本图层及对应颜色、材质等，并为后续的实际使用中对环境的修改提供操作路径与修改窗口。

步骤二：地形处理：利用现有技术，基于实测高程点与等高线建立三维地形模型。

步骤三：确定平面定位线：按照工程规划与设计要求，在BIM设计软件中确定总平面上主要平面定位线（用于定位桩号的线，如河道中心线、堤轴线等）与次要平面定位线的布置（用于进一步确定工程形式的线，如河道两侧的护岸轴线），并完成主要平面定位线的桩号设置。

所述平面定位线，针对河道类工程，主要平面定位线为河道中心线，次要平面定位线为河道两侧护岸轴线；针对堤防类工程，仅堤顶轴线即可确定工程走向的，仅有主要平面定位线。

步骤四：绘制纵断面线并确定空间定位线：依据规划等上游专业提供的“桩号-设计河底高程/设计堤顶高程/设计洪水位高程”等资料，在BIM软件中自动由数据驱动绘制平面上主要、次要平面定位线对应的纵断面线。此时在三维空间中，有了总平面上的位置信息与纵断面的高程信息，主要、次要定位线均可表现为空间中的三维曲线，该类三维曲线称为主要空间定位线与次要空间定位线。

在各平面定位线对应的纵断面上，实现由TXT或EXCEL驱动，根据“桩号-XX高程”的信息直接生成纵断面线。

步骤五：拼接制作横断面基本模板：根据工程从模板库中抽取斜坡构件、平台构件、挡墙构件等组件进行拼接，制作横断面基本模板。模板末端条件（与地形相交的部分）可自动适应地形。

横断面基本模板的原点设为河底中心点，即河道中心线在河底上的投影位置所在的点，原则上位于河底的中间。

模板库包含挡墙构件、平台构件、斜坡构件、末端构件等多种构件类型，以方便灵活配置组装。所述模板库中所有构件整体位置均由对外接口点控制实现点控制，即移动对外接口点则整个构件随之移动，该对外接口点用于与其他构件相连接。

步骤六：扫掠建模：以步骤四中得到的主要空间定位线，即图2中的三维河道中心线1与三维左护岸轴线2、三维右护岸轴线3，作为骨架，以步骤五中制成的横断面模板沿主要空间定位线（河道工程可沿三维河底中心线，堤防工程可沿三维堤轴线）进行扫掠建模。所述扫掠建模在本步骤并不考虑加宽加高，与水位的适应，仅依靠基本模板做出大致样子。

步骤七：基于次要空间定位线和特征点进行局部修正：对于河道工程等有其他空间线定位要求的，可指定横断面基本模板上某特征点（如平台的路肩顶点或挡墙顶前端点等）沿次要空间定位线路径扫掠，以此实现河道工程两岸护岸轴线的高低起伏变化。针对局部有加宽等要求的部分（如加宽出景观平台），可通过增加多条局部次要空间定位线来进一步确定工程形式。本步骤中，除主要空间定位线优先级最高外，其他特征点的控制无优先级区别，但需要保证其控制的范围互不影响，如控制平台宽度的特征点不能影响护坡斜率等。

步骤八：栏杆类单元的布置：将栏杆、路灯等部件做成可沿线条布置的单元（族），快速地沿其对应的空间定位线或模型表面提取出的线进行布置。

步骤九：景观的布置：在BIM模型中没有必要过分追求景观的仿真，而应以展现方案为主要目的，因此仅做到快速建模示意即可。相关景观元素的布置，可以借助现有三维素材进行拼接完成。

步骤十：出图：利用BIM软件实现自动出图，包含横断面切图与平纵断面出图。智能标注：标注应实现“智能化”、“批量化”才能具备真正的运用价值。智能化要求计算机能够直接识别模板上的各个点，批量化则要求可以根据这些点进行批量化的标注，标注内容主要包括尺寸、材质等内容。但是由于标注存在许多人为因素（包括美感等），因此在很长一段时间内，人工标注与计算机智能批量标注并存也是合理的。

变更：当总平面发生变化，由于河道空间中心线发生变化，因此上述过程均需重做；非总平面线变化（如横断面局部调整斜坡坡度、纵断面河底高程坡降改变等）时，BIM软件可以做到可以实时更新变化与修正。

实时变更可以做到横断面模板、局部放坡变化、河底高程坡降改变等状况发生时发生更新，设计可以自动更新所建模型。

图2所示的是本发明中用于定位的中心线、左护岸轴线和右护岸轴线三维空间形式示意图。以河道工程为例，由图中可以明显看到，主要、次要定位线均可表现为空间中的三维曲线，可以明显看出三维河道中心线1与三维左护岸轴线2、三维右护岸轴线3均是具有明显高程特征的空间线。所述三维左护岸轴线2与三维右护岸轴线3的沿桩号高程是根据设计洪水位等因素由规划人员计算确定的。

图3是本发明中基于三维河道中心线与典型断面经扫掠建模生成的全程断面相同的河道工程BIM模型示意图。由本图可以明显看到，最初建立的河道工程三维模型4，其断面不具有变化性。这是因为最初的模型依靠典型断面扫掠建模生成，还需要进一步修正。

图4是本发明中经三维左护岸轴线和三维右护岸轴线进行空间位置控制后的河道工程BIM模型示意图。由本图可以明显看出，经过空间位置控制后的河道工程三维模型5整体上明显在断面形式上与定位线保持一致。

图5是利用三维左护岸轴线对典型断面进行空间位置控制后的局部效果示意图。由本图可以明显看出，经过空间位置控制后的河道工程三维模型明显在挡墙顶部位置与次要空间定位线保持一致。

图6是用来拼接的模板构件库中挡墙构件的对外接口点示意图。由本图可以看出，第一构件定位点A与第二构件定位点B位于构件两端，该对外接口点用于与其他构件相连接，以定位该构件在断面模板中的位置，实现移动对外接口点则整个构件随之移动。这些点位也是后期标注时计算机识别的基础。

在BIM设计中，二维总平面图与定位线变为了空间三维地形曲面与空间曲线。在此基础上进行的设计是在三维地形曲面上以空间线位作为定位资料，开展的断面、平、纵断面协同的设计，因此在设计手段上有较大的变化。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一，完成BIM工作环境的设定；

步骤二，完成地形处理，基于实测高程点与等高线建立三维地形模型；

步骤三，确定工程的主要平面定位线及次要平面定位线；

步骤四，绘制主要平面定位线及次要平面定位线对应的纵断面线，以确定三维空间中的主要空间定位线及次要空间定位线；

步骤五，利用模板库各类构件拼接完成横断面基本模板；

步骤六，基于所述横断面基本模板，沿所述主要空间定位线进行扫掠建模，完成初步BIM模型；

步骤七，基于所述次要空间定位线和特征点进行局部修正，对所述初步BIM模型进一步修正，得到完成的BIM模型；

步骤八，基于完成的BIM模型进行出图操作并批量标注，由此完成整个河道三维BIM模型的设计建模。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，其特征在于，所述主要平面定位线为河道中心线和/或堤轴线。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，其特征在于，所述次要平面定位线为左护岸轴线和右护岸轴线。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，其特征在于，所述主要空间定位线为三维河道中心线。

5.据权利要求1或4所述的一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，其特征在于，所述次要空间定位线为三维左护岸轴线和三维右护岸轴线。

6.根据权利要求1所述的一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，其特征在于，步骤七进一步包括，指定横断面基本模板上的特征点沿次要空间定位线路径扫掠，以此实现河道工程两岸护岸轴线的高低起伏变化，实现初步BIM模型的进一步修正。

7.据权利要求1所述的一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，其特征在于，所述横断面基本模板的原点设为河底中心点，即河道中心线在河底上的投影位置所在的点。

8.据权利要求1所述的一种基于BIM的河道类线性工程设计建模方法，其特征在于，步骤八中的出图操作包含各典型断面的横断面图以及平面布置图的生成，批量标注以断面尺寸标注以及断面结构材料标注为主。