淺談Civil3D與InfraWorks360軟件在葉巴灘水電站施工總布置三維設(shè)計中的應(yīng)用

袁 木， 吳 瑩， 潘 勇

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

目前，我公司施工專業(yè)主要基于VPM平臺利用CATIA軟件開展三維協(xié)同設(shè)計工作，經(jīng)過近幾年對施工總布置三維設(shè)計的探索和研究，取得一些成果，先后完成了米林、兩河口、孟底溝、葉巴灘等水電站的施工總布置三維設(shè)計工作。但還存在不足之處，主要包括：(1)在CATIA中能夠快速實(shí)現(xiàn)橋梁和施工工廠設(shè)施的調(diào)用，但公路橋梁模板較為單一，施工設(shè)施資源庫也不夠完善，需要自行創(chuàng)建和完善；(2)“S”形公路難以一次完成三維設(shè)計，需分段進(jìn)行，分段設(shè)計結(jié)合部位以及明路與隧洞、橋梁結(jié)合部位存在較大的瑕疵，需要花費(fèi)較多的時間來進(jìn)行后期處理；(3)對于施工總布置三維設(shè)計，CATIA設(shè)計軟件環(huán)境較為復(fù)雜、步驟繁多，三維設(shè)計限制條件較多，總體設(shè)計效率較低。

針對上述問題，筆者基于葉巴灘水電站工程，初步考慮利用Atuodesk平臺下的Civil3D、Infraworks360軟件對施工總布置三維設(shè)計進(jìn)行初步探索和應(yīng)用，包括三維地形生成、施工道路、渣場規(guī)劃和場地平整等三維設(shè)計相關(guān)內(nèi)容。Civil3D軟件是Autodesk公司為土木與基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)提供的三維設(shè)計解決方案，適用于勘測、場地規(guī)劃、總圖、道路設(shè)計、水利水電、市政管網(wǎng)等多個不同行業(yè)領(lǐng)域；Infraworks360則適用于前期方案設(shè)計和后期設(shè)計成果整合、展示，其主要功能可劃分為創(chuàng)建基礎(chǔ)模型、方案設(shè)計及分析和漫游瀏覽及展示。

1 三維地形建模

Civil3D中的曲面是該軟件最基礎(chǔ)的部分，其曲面建模功能非常強(qiáng)大，可通過多種數(shù)據(jù)文件(點(diǎn)文件、等高線、GIS數(shù)據(jù)等)快速創(chuàng)建三維地形曲面模型。建模基本過程如下：

首先獲取原始地形數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；然后在工具欄中選擇曲面——創(chuàng)建曲面，并創(chuàng)建三角網(wǎng)曲面，設(shè)置其名稱、所在圖層、曲面樣式等，在曲面―定義―等高線或圖形對象中，添加原始等高線、地形點(diǎn)等地形數(shù)據(jù)，可快速生成三維地形曲面；最后可通過軟件自帶的對象查看器功能對三維地形曲面的合理性、正確性進(jìn)行檢查、修改。地形曲面精度可按需設(shè)置，添加原始數(shù)據(jù)越多，曲面精度越高，相應(yīng)模型存儲量則越大。

另外，還可快速對創(chuàng)建的三維地形曲面模型進(jìn)行智能可視化分析，包括高程分析、坡度分析、匯水流域分析等。葉巴灘水電站三維地形曲面如圖1所示。

將Civil3D軟件創(chuàng)建的三維地形導(dǎo)入Infraworks360并進(jìn)行貼圖展示的過程如下：將Civil3D三維地形曲面導(dǎo)出為.xml格式，再通過Infraworks360數(shù)據(jù)源導(dǎo)入數(shù)字地形模型；在谷歌地球上截取地形所在范圍的影像圖片，利用Civil3D插件工具RasterDesign賦予谷歌地球影像與原始地形數(shù)據(jù)相對應(yīng)的坐標(biāo)系，再將處理后的影像圖片導(dǎo)入Infraworks360，即可將谷歌地球影像與已經(jīng)導(dǎo)入的三維地形模型進(jìn)行較好的合成。若影像圖片精度足夠高，貼圖后的三維效果則越逼真。貼圖后的三維地形如圖2所示。

圖1 葉巴灘水電站三維地形曲面

圖2 Infraworks360中貼圖后的葉巴灘水電站三維地形

2 施工道路三維設(shè)計

施工道路三維設(shè)計有兩種不同的方法，分別介紹如下：

第一種方法，利用Civil3D 軟件創(chuàng)建道路模型，該軟件具有豐富的道路設(shè)計功能，基本設(shè)計流程為：路線平面設(shè)計→縱斷面設(shè)計→橫斷面設(shè)計→道路模型創(chuàng)建，可對道路平曲線、縱斷面、橫斷面等進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，且能夠與道路模型之間數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)。設(shè)計過程中可在Civil3D中觀察設(shè)計路線的三維效果，根據(jù)規(guī)范對路線和縱斷面進(jìn)行組合檢查，并可實(shí)時動態(tài)調(diào)整和更新，快速計算設(shè)計路線的挖填方工程量，最終設(shè)計成果能按照模板生成二維CAD圖紙。最后可將Civil3D設(shè)計道路模型的最終成果導(dǎo)入Infraworks 360進(jìn)行三維集成與展示。

第二種方法，直接在Infraworks360對道路、橋梁進(jìn)行三維設(shè)計，利用該軟件自帶的道路設(shè)計模塊，模塊中自帶有較多的道路模板，同時模板可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改。選擇所需要的道路模板，根據(jù)三維地形初步規(guī)劃道路平曲線，完成后自動生成地形縱斷面，然后進(jìn)行道路豎曲線設(shè)計，并可根據(jù)相關(guān)規(guī)范對道路平曲線、豎曲線進(jìn)行調(diào)整，使道路線型符合設(shè)計要求。

圖3 道路縱斷面設(shè)計界面

圖4 葉巴灘水電站進(jìn)場公路三維效果(Civil3D)

同時，可利用橋梁設(shè)計模塊，結(jié)合三維地形快速實(shí)現(xiàn)橋梁的三維設(shè)計與修改，道路、橋梁、隧洞相交處可實(shí)現(xiàn)自動接合，設(shè)計效率較高，三維展示效果較好。

圖5 葉巴灘水電站401#道路三維設(shè)計

兩種道路三維設(shè)計方法的區(qū)別在于：Civil3D可對道路進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，計算統(tǒng)計道路工程量，且能夠?qū)崿F(xiàn)二維出圖，適用于工程全階段；而在Infraworks360里進(jìn)行道路三維設(shè)計只能作為展示，適用于前期規(guī)劃和方案設(shè)計階段。

3 渣場三維設(shè)計

渣場三維設(shè)計可在Civil3D軟件里進(jìn)行，Civil3D具有強(qiáng)大的放坡設(shè)計功能，其設(shè)計過程是先確定渣場頂部高程及邊界，計算渣場容量，如果與設(shè)計要求不符，則調(diào)整渣頂高程或坡頂線位置，直至渣場容量滿足要求為止。筆者基于葉巴灘水電站俄德西溝渣場進(jìn)行三維設(shè)計，其具體步驟為：

圖6 葉巴灘水電站上游7#臨時橋三維設(shè)計

圖7 隧洞三維設(shè)計

圖8 葉巴灘水電站場內(nèi)道路三維模型

圖9 葉巴灘水電站場內(nèi)道路模型透視

確定渣場頂部邊界→放坡→計算體積→調(diào)整頂部邊界或高程→直至體積達(dá)到目標(biāo)值，最終快速、準(zhǔn)確地輸出渣場的容量、渣頂面積等數(shù)據(jù)信息。在Civil3D軟件里完成渣場三維設(shè)計后，可將其存為.xml格式，然后再導(dǎo)入至Infraworks360里進(jìn)行三維展示，賦予其一種與實(shí)際相符的材質(zhì)，實(shí)現(xiàn)渣場三維可視化。

圖10 俄德西溝渣場三維設(shè)計(Civil3D)

圖11 俄德西溝渣場三維展示(Infraworks360)

與傳統(tǒng)計算渣場容量的方法相比，利用Civil3D軟件進(jìn)行渣場三維設(shè)計，其計算結(jié)果更為準(zhǔn)確，渣場布置調(diào)整快速、便捷。

4 場地平整三維設(shè)計

場地平整三維設(shè)計也有兩種不同的方法，分別介紹如下：

在Civil3D軟件里的場地平整操作流程與渣場三維設(shè)計基本一致，可以對施工場地進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，實(shí)現(xiàn)場地位置、占地面積以及邊坡面貌能夠隨著地形變化實(shí)時動態(tài)更新，不僅直觀可視，而且能夠快速計算挖填方工程量，便于設(shè)計人員實(shí)時調(diào)整場地布置方案，具體步驟在此不再敘述。場地平整三維設(shè)計完成后同樣可導(dǎo)入Infraworks360里進(jìn)行三維集成展示。

設(shè)計人員也可在Infraworks360里直接進(jìn)行

圖12 右岸低線混凝土系統(tǒng)場地設(shè)計(Civil3D)

圖13 場地三維集成展示(Infraworks360)

場地平整三維設(shè)計。進(jìn)入相關(guān)設(shè)計模塊后，選擇“覆蓋范圍”，根據(jù)地形初選場地邊界，設(shè)置場地高程，完成場地平整；同時在“建筑”和“城市家具”工具欄里可直接調(diào)用部分部件(人物、房屋、施工車輛、樹木等)對施工場地進(jìn)行裝飾，使場地更加美觀。部分場地平整三維效果圖如下所示。

圖14 場地平整規(guī)劃三維設(shè)計(Infraworks360)

兩種場地平整三維設(shè)計方法的區(qū)別在于：Civil3D場地平整設(shè)計可快速輸出挖填方工程量、實(shí)現(xiàn)二維出圖；而Infraworks360場地平整設(shè)計只能用于規(guī)劃和三維展示。

5 結(jié) 語

筆者基于葉巴灘水電站工程，利用Civil3D&infraworks360對施工總布置三維設(shè)計進(jìn)行初步探索與應(yīng)用，取得了一些成果，可以總結(jié)如下：

(1)基于Civil3D&Infraworks 360可快速生成三維地形模型，完成施工道路、場地平整以及渣場規(guī)劃的三維設(shè)計，并可實(shí)現(xiàn)工程量的快速統(tǒng)計與輸出；

(2)利用Civil 3D與Infraworks 360 協(xié)同設(shè)計，三維設(shè)計成果在Infraworks 360里集成，可較好的對外進(jìn)行三維展示，三維設(shè)計成果可視化程度較高、美觀、明了；

(3)Civil3D&Infraworks 360操作流程相對簡單，較為符合設(shè)計人員的使用習(xí)慣，比較利于施工總布置三維設(shè)計，可提高三維設(shè)計工作效率。

但是，基于Civil3D&InfraWorks360的施工總布置三維設(shè)計還存在一些問題有待解決，主要有：如何快速、高效地實(shí)現(xiàn)施工輔助企業(yè)的三維數(shù)字化設(shè)計與集成；如何實(shí)現(xiàn)CATIA水工建筑物模型在Infraworks360平臺上快速、準(zhǔn)確無誤的集成與展示；如何實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、流程化、標(biāo)準(zhǔn)化的施工總布置三維設(shè)計。這些問題都將制約著施工總布置三維設(shè)計的進(jìn)一步向前發(fā)展，下一步將著重對以上問題進(jìn)行探討和研究。