CN112507425A - 一种基于bim技术的变电工程多级边坡建模方法 - Google Patents

一种基于bim技术的变电工程多级边坡建模方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，包括以下过程：步骤1、根据原始测量数据创建数字地形；步骤2、在数字地形上创建放坡路径；步骤3、创建多级边坡部件；步骤4、对创建多级边坡部件进行装配；步骤5、生成多级放坡模型。本发明基于Civil 3D离散测量高程数据生成的数字地形，并利用部件编辑器(SubAssembly Composer)创建包含放坡设计参数、挖填方判断的逻辑规则、放坡终止边界条件的多级边坡部件，快速生成多级边坡三维模型。应用此方法可根据设计需求自定义各级挖、填方边坡的坡比、坡高、马道宽度、马道高度等放坡设计参数，实现了多级边坡快速建模及模型参数化修改，设计过程简捷，设计成果准确。

Description

一种基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法
技术领域
本发明涉及变电站边坡设计领域，特别涉及一种基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法。
背景技术
本发明涉及近年来，BIM技术广泛地应用于各工程领域，BIM具有可视化、设计协同、仿真模拟等优势。对于变电工程而言，BIM技术的应用同样也是信息化、数字化发展的必然趋势。
在变电工程(换流站、变电站等)场地设计中，由于地形条件复杂多变，站区场地平整后通常会形成挖填交错的多级边坡，每处边坡的级数、坡高、坡比、放坡距离都不尽相同，如何准确实现多级边坡的三维设计是变电工程场地三维设计的最重要的环节。
目前，基于BIM软件的边坡三维设计主要有两种方法：一种是设定了挖方、填方坡比的单级挖填放坡，即一坡到底，此方法能同时对挖方和填方区进行放坡，仅适用于地形高差较小、坡型简单的单级边坡，不能完成包含马道的一级以上复杂多级边坡三维设计；另一种方法能定义边坡坡比、高度、马道等放坡参数，将挖方和填方分别进行放坡，此方法能实现地形高差较大、坡型较复杂的放坡，但首先需要判断挖、填方区域，然后分别进行挖方和填方放坡，设计工作繁琐，工作量大，当设计条件改变时，边坡模型需重新创建。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，提供了一种基于Civil 3D及其图形编程工具—部件编辑器(SubAssembly Composer)，准确而快速实现各种复杂地形条件下、任意坡型的多级边坡参数化建模的方法，为多级边坡三维设计提供了有效的解决方案，并提高了建模效率。
本发明采用的技术方案如下：一种基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，包括以下过程：
步骤1、根据原始测量数据创建数字地形；
步骤2、在数字地形上创建放坡路径；
步骤3、创建多级边坡部件；
步骤4、对创建多级边坡部件进行装配；
步骤5、生成多级放坡模型。
进一步的，所述步骤1的具体过程包括：提取测量地形图中的原始测量数据，包括等高线、高程点；将原始测量数据导入Civil 3D软件中，离散等高线和高程点，构建不规则三角网地形曲面，生成数字地形。
进一步的，所述步骤2的具体过程包括：在生成的数字地形中绘制场地的放坡路径线，并将路径线转换为Civil 3D的路线对象。
进一步的，所述步骤3的具体过程包括：在Civil 3D软件中的部件编辑器中进行多级边坡部件的创建，首先定义多级边坡的输入参数并赋值，以及定义放坡的目标参数；再进行挖方或填方的判断，然后设定放坡终止条件，最后定义第二级及以上放坡。
进一步的，所述步骤3中，输入参数及赋值的包括单级挖方或填方坡高h1为6m、填方坡比st为1:1，挖方坡比sw为1:1.5、马道宽度wmd为2m、马道坡度sm为0；放坡的目标参数类型为曲面，命名为目标曲面。
进一步的，所述步骤3中挖方或填方的判断过程为：在部件编辑器流程中添加点p1作为放坡起点，调用API函数DistanceToSurface(surface target)进行判断，若p1.distancetosurface(目标曲面)>0，则表示p1到目标曲面的垂直距离大于0，此时表示为填方；反之表示挖方；
在部件编辑器流程中创建一个判断序列，在序列中分别定义坡比变量sv、坡高变量hv、马道坡率变量smv，挖方和填方的每个变量取值不同，根据逻辑表达式IF(test,true_val,false_val)进行取值，坡比变量sv的取值为if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-st,0+sw)，坡高变量的取值为if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-h1,0+h1)，马道坡率变量smv的取值为if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-sm,0+sm)。
进一步的，所述步骤3中设定放坡终止的条件的具体方法为：在部件编辑器流程中创建一个判断工具Decision，在地形曲面上添加辅助点ap1，在判断工具中添加表达式math.abs(p1.y-ap1.y)<h1 or math.abs(p1.y-ap1.y)＝h1，表示当放坡点p1与ap1的高差绝对值小于或等于单级坡高h1时，直接放坡到地形曲面后停止放坡，反之继续下一级放坡。
进一步的，所述步骤3中定义第二级及以上边坡的方法为：当放坡点p1与ap1的高差绝对值大于单级坡高h1时需设马道和第二级放坡，添加嵌套工具，在嵌套工具中定义马道部件、挖填方判断序列和放坡终止条件的判断工具，若进行第二级放坡后还未达到放坡终止条件，则重复添加嵌套工具并在嵌套工具中定义马道部件、挖填方判断序列和放坡终止条件的判断工具直到最后一级边坡与地形曲面相交即完成放坡。
进一步的，所述步骤4中多级边坡部件进行装配方法为：将步骤3中创建的多级边坡部件导入Civil 3D的部件库，创建一个空的“装配”对象进行多级边坡部件的装配。
进一步的，所述步骤5中生成多级放坡模型的方法为：在Civil 3D中执行“道路”命令，在路线、纵断面、装配、目标曲面选项栏中依次选择创建好的放坡路径线、纵断线、多级放坡装配、地形曲面，生成多级边坡模型。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明基于Civil 3D离散测量高程数据生成的数字地形，并利用部件编辑器(SubAssembly Composer)创建包含放坡设计参数、挖填方判断的逻辑规则、放坡终止边界条件的多级边坡部件，快速生成多级边坡三维模型。应用此方法可根据设计需求自定义各级挖、填方边坡的坡比、坡高、马道宽度、马道高度等放坡设计参数，实现了多级边坡快速建模及模型参数化修改，设计过程简捷，设计成果准确。
附图说明
图1是本发明的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法流程图。
图2是本发明一实施例中的放坡路径示意图。
图3是本发明一实施例中的定义输入参数界面示意图。
图4是本发明一实施例中的定义目标参数界面示意图。
图5是本发明一实施例中的设计判断挖方或填方界面示意图。
图6是本发明一实施例中的设计判断放坡终止条件界面示意图。
图7是本发明一实施例中的设计第二级边坡部件界面示意图。
图8是本发明一实施例中的设计多级边坡部件界面示意图。
图9是本发明一实施例中的多级边坡部件装配界面示意图。
图10是本发明一实施例中的多级边坡模型示意图。
图11是本发明一实施例中的场地放坡后的地形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
为解决现有技术方法存在的不足，如图1，本发明提出了一种基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，包括以下过程：
步骤1、根据原始测量数据创建数字地形；
步骤2、在数字地形上创建放坡路径；
步骤3、创建多级边坡部件；
步骤4、对创建多级边坡部件进行装配；
步骤5、生成多级放坡模型。
具体实现步骤如下：
(1)创建数字地形
Civil 3D中的数字地形通过“曲面”对象来表示，提取测量地形图中的等高线和高程点等原始测量数据，导入Civil 3D软件中，离散等高线和高程点，构建不规则三角网地形曲面，即生成原始地形曲面，实现对地形的数字化模拟，用于放坡设计。
(2)创建放坡路径
如图2所示，绘制场地的放坡路径线，并将路径线转换为Civil 3D的“路线”对象。
(3)创建多级边坡部件
部件是Civil 3D中由“点”、“连接”和“闭合区域”三类元件组成的几何图形对象，需在部件编辑器中完成多级边坡部件的创建，多级边坡部件类似于边坡横断面用于放坡设计。
1)定义设计参数
如图3所示，自定义边坡设计输入的参数并赋值，其中，单级挖方或填方坡高h1均为6m、填方坡比st为1∶1、挖方坡比sw为1∶1.5、马道宽度wmd为2m、马道坡度sm为0，以上参数均为常量参数。
如图4所示，定义放坡的目标参数，类型为“曲面”，命名为“目标曲面”，当“目标曲面”在Civil 3D中选择为地形曲面时，即表示指向地形的放坡。
2)判断挖方或填方
如图5所示，在部件编辑器流程中添加点p1，作为放坡起点，此时要判断p1位于挖方还是填方区，判断原理是比较p1到目标曲面的垂直距离，要借助API函数DistanceToSurface(surface target)来实现，当p1到目标曲面(即地形曲面)的垂直距离大于0时表示填方，即“p1.distancetosurface(目标曲面)>0”，反之表示挖方。
因挖方和填方的坡比、坡高、马道坡率的设计参数值不同，须要进行区分。创建一个判断序列(Sequence)，在序列中分别定义三个变量sv(坡比变量)、hv(坡高变量)、smv(马道坡率变量)，借助逻辑表达式IF(test,true_val,false_val)来实现。首先是坡比的取值，即if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-st,0+sw)，填方时坡比变量sv取值-st，挖方时取值sw，如图5所示；同样地，坡高取值表达方式为if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-h1,0+h1)，马道坡率取值表达方式为if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-sm,0+sm)。
3)设定放坡终止的条件
每个断面处的边坡级数及边坡高度不尽相同，须设定放坡终止的条件。添加辅助点ap1位于地形曲面之上，创建一个判断工具(Decision)，在判断工具中编辑表达式“math.abs(p1.y-ap1.y)<h1 or math.abs(p1.y-ap1.y)＝h1”，表示当放坡点p1与ap1的高差绝对值小于或等于单级坡高h1(6m)时，直接放坡到地形曲面后停止放坡，反之继续下一级放坡，如图6所示。
4)定义第二级及以上边坡
当放坡点p1与ap1的高差绝对值大于单级坡高(6m)时需设马道和第二级放坡，添加嵌套工具(Flowchart)，在嵌套工具中定义马道部件、挖填方判断序列和放坡终止条件的判断工具，方法同上，如图7所示。
在本实施例中，如图8所示，基于上述方法添加六个嵌套工具定义了六级边坡，直到最后一级边坡与地形曲面相交即完成放坡，高差达不到六级边坡的断面在到达地形曲面时也会停止放坡。
(4)装配多级边坡部件
如图9所示，将多级边坡部件导入Civil 3D的部件库，创建一个空的“装配”对象，即可装配多级边坡部件。
(5)创建多级放坡模型
如图10、11所示，Civil 3D中执行“道路”命令，在路线、纵断面、装配、目标曲面选项栏中依次选择创建好的放坡路径线、纵断线、多级放坡装配、地形曲面，生成多级边坡模型
本发明的优点如下：
(1)此方法能自定义放坡设计参数和边坡构件，满足不同型式的边坡设计需求。
(2)此方法创建的多级边坡模型与输入数据具有动态联动性，修改地形、放坡设计参数、放坡路径线等任意设计环节的数据，都可以及时对边坡模型进行更新，不必重新建模，减少了设计返工工作量，提高了设计效率。
(3)此方法定义的多级边坡部件能应用于多个不同的工程中，只需要修改部件中的参数值即可。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤1、根据原始测量数据创建数字地形；
步骤2、在数字地形上创建放坡路径；
步骤3、创建多级边坡部件；
步骤4、对创建多级边坡部件进行装配；
步骤5、生成多级放坡模型。
2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程包括：提取测量地形图中的原始测量数据，包括等高线、高程点；将原始测量数据导入Civil3D软件中，离散等高线和高程点，构建不规则三角网地形曲面，生成数字地形。
3.根据权利要求2所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程包括：在生成的数字地形中绘制场地的放坡路径线，并将路径线转换为Civil3D的路线对象。
4.根据权利要求3所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程包括：在Civil 3D软件中的部件编辑器中进行多级边坡部件的创建，首先定义单级边坡的输入参数并赋值，以及定义放坡的目标参数；再进行挖方或填方的判断，然后设定放坡终止条件，最后定义第二级及以上放坡。
5.根据权利要求4所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤3中，输入参数及赋值的包括单级挖方或填方坡高h1为6m、填方坡比st为1:1，挖方坡比sw为1:1.5、马道宽度wmd为2m、马道坡度sm为0；放坡的目标参数类型为曲面，命名为目标曲面。
6.根据权利要求5所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤3中挖方或填方的判断过程为：在部件编辑器流程中添加点p1作为放坡起点，调用API函数DistanceToSurface(surface target)进行判断，若p1.distancetosurface(目标曲面)>0，则表示p1到目标曲面的垂直距离大于0，此时表示为填方；反之表示挖方；
在部件编辑器流程中创建一个判断序列，在序列中分别定义坡比变量sv、坡高变量hv、马道坡率变量smv；挖方和填方的每个变量取值不同，根据逻辑表达式IF(test,true_val,false_val)进行取值，坡比变量sv的取值为if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-st,0+sw)，坡高变量的取值为if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-h1,0+h1)，马道坡率变量smv的取值为if(p1.distancetosurface(目标曲面)>0,0-sm,0+sm)。
7.根据权利要求6所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤3中设定放坡终止的条件的具体方法为：在部件编辑器流程中创建一个判断工具Decision，在地形曲面上添加辅助点ap1，在判断工具中添加表达式math.abs(p1.y-ap1.y)<h1 or math.abs(p1.y-ap1.y)＝h1，表示当放坡点p1与ap1的高差绝对值小于或等于单级坡高h1时，直接放坡到地形曲面后停止放坡，反之继续下一级放坡。
8.根据权利要求1所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤3中定义第二级及以上放坡的方法为：当放坡点p1与ap1的高差绝对值大于单级坡高h1时需设马道和第二级放坡，添加嵌套工具，在嵌套工具中定义马道部件、挖填方判断序列和放坡终止条件的判断工具，若进行第二级放坡后还未达到放坡终止条件，则重复添加嵌套工具并在嵌套工具中定义马道部件、挖填方判断序列和放坡终止条件的判断工具直到最后一级边坡与地形曲面相交即完成放坡。
9.根据权利要求1所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤4中多级边坡部件进行装配方法为：将步骤3中创建的多级边坡部件导入Civil 3D的部件库，创建一个空的“装配”对象进行多级边坡部件的装配。
10.根据权利要求1所述的基于BIM技术的变电工程多级边坡建模方法，其特征在于，所述步骤5中生成多级放坡模型的方法为：在Civil 3D中执行“道路”命令，在路线、纵断面、装配、目标曲面选项栏中依次选择创建好的放坡路径线、纵断线、多级放坡装配、地形曲面，生成多级边坡模型。
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