鐵路設(shè)計
鐵路路基排水BIM設(shè)計
我國是一個季風(fēng)氣候明顯的國家,降水季節(jié)分配差異大。每年4月,我國東南部雨季率先爆發(fā),這個階段一般被稱為“江南春雨期”。
甘正倫版畫:江南春雨
在雨水豐富的季節(jié),鐵路路基極易軟化、沖蝕,致使路基本體強(qiáng)度降低,誘發(fā)各種病害;而良好的排水設(shè)計可確保路基安全穩(wěn)定,杜絕運營期間多數(shù)路基病害發(fā)生。
小編
鐵路路基排水二維設(shè)計一般采用斷面法。
斷面法:在路基橫斷面兩側(cè)設(shè)置水溝,結(jié)合平面地形確定排水流向,逐個斷面檢查并調(diào)整水溝高程及橫向位置,完成水溝的橫斷面和平面設(shè)計。
斷面法不能體現(xiàn)斷面間排水,而BIM依托三維地形曲面和影像數(shù)據(jù),排水設(shè)計的系統(tǒng)性和直觀性顯著增強(qiáng),工程數(shù)量計算更加精確。
二編
BIM作為推進(jìn)鐵路工程建設(shè)信息化的主要技術(shù)支撐,其價值和重要性已得到行業(yè)的持續(xù)關(guān)注和普遍認(rèn)可,推廣應(yīng)用BIM技術(shù)已成為建設(shè)數(shù)字化鐵路的必然選擇。
在達(dá)索系統(tǒng)下直接進(jìn)行排水溝平縱斷面骨架線設(shè)計,開發(fā)周期和工作量都很大,如果通過AutoCAD二次開發(fā)技術(shù),基于數(shù)字地面模型、地面影像、路基、橋梁、隧道等專業(yè)模型,先快速完成排水平縱斷面骨架線設(shè)計,再導(dǎo)入達(dá)索系統(tǒng)進(jìn)行三維建模,進(jìn)行三維展示和合理性檢查,可高效完成排水BIM設(shè)計。
BIM排水:AutoCAD & 達(dá)索的接力
ObjectARX是AutoCAD新一代的二次開發(fā)工具,能快速訪問AutoCAD圖形數(shù)據(jù)庫,以動態(tài)鏈接庫的形式實現(xiàn)許多復(fù)雜功能。
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在此主要探討在VS2008平臺上采用ObjectARX,實現(xiàn)排水溝溝底空間曲線的平縱協(xié)同設(shè)計方法。
1 創(chuàng)建數(shù)模、視口,導(dǎo)入路橋隧模型和地面影像
利用測繪專業(yè)采集并進(jìn)行分類處理后的雷達(dá)點云數(shù)據(jù),構(gòu)建數(shù)字地面模型,按照種類不同,可分為Delaunay三角網(wǎng)和方格網(wǎng)數(shù)模。在進(jìn)行排水設(shè)計之初,完成數(shù)模初始化,并常駐內(nèi)存,保證設(shè)計期間可以重復(fù)使用數(shù)模計算地面高程,直至退出CAD程序時,清理數(shù)模對象。
在CAD中創(chuàng)建2個視口作為路基排水設(shè)計的平縱視口,平面視口在上方,顯示鐵路路基排水的平面自定義實體;縱斷面視口在下方,顯示鐵路路基排水的縱斷面自定義實體;平縱視口的大小比例可由用戶自定義調(diào)整。
將達(dá)索系統(tǒng)下創(chuàng)建的路基、橋梁、隧道模型連同地面影像的俯視圖片插入CAD圖,勾繪路基邊坡和隧道洞口刷坡的邊界線,并結(jié)合地面坡度走向,設(shè)計排水溝的初始平面位置。
濟(jì)青高鐵青陽隧道洞口排水平縱協(xié)同設(shè)計
2 排水平面交互式設(shè)計
基于ObjectARX進(jìn)行CAD二次開發(fā)時,常用到字典來管理數(shù)據(jù)庫對象,自定義實體技術(shù)創(chuàng)建定制多種屬性和方法的設(shè)計模型,夾點拖動技術(shù)進(jìn)行模型的交互式編輯。
字典是AutoCAD的一種容器對象,用于組織和管理數(shù)據(jù)庫實體對象。在排水設(shè)計中,通過派生構(gòu)建自定義字典,包括各條水溝平面、當(dāng)前水溝平面、各條水溝縱斷面、當(dāng)前水溝縱斷面的實體對象編碼。
自定義實體是ARX為開發(fā)者提供的具有圖形表現(xiàn)的定制數(shù)據(jù)庫對象類,一般由AcDbEntity類派生,開發(fā)者一般需要重載繪制、炸碎、夾點拖動等關(guān)鍵函數(shù)。創(chuàng)建排水平面自定義實體,是在平面視口中逐個添加水溝平面交點,創(chuàng)建由直線段和圓弧組成的平面水溝溝底中心線,曲線半徑采用不小于溝底寬度的10倍,且不小于5m。
將排水溝平面交點、夾直線中點作為水溝平面交互式編輯的夾點,通過夾點拖動修改排水溝平面位置。此外,還包含排水溝平面模型的拆分、連接、倒置等編輯功能。
3 排水縱斷面自動化設(shè)計
通過自動更新地面線、坡度自動模擬和順坡等手段,必要時輔以少量交互式調(diào)整,基本實現(xiàn)了縱斷面的自動化設(shè)計。
地面線自動更新是根據(jù)平面位置調(diào)整,利用數(shù)模重新計算并繪制排水溝縱斷面地面線。
坡度自動模擬是基于最小二乘法原理,對地面線進(jìn)行直線模擬并進(jìn)行分坡處理,縱斷面自定義實體繪制時按照坡度向上和向下,采用不同的顏色繪制坡長、坡度及坡段線,并標(biāo)注坡段上指定間隔位置處的填挖量,便于直觀地檢查水溝溝底高程是否滿足順坡要求。
自動順坡是選擇一段水溝的最高點,進(jìn)行單面坡或人字坡排水設(shè)計,可減少手動調(diào)坡的工作量。最后通過少量交互式調(diào)整,使排水縱斷面在滿足順坡要求的前提下與地面線更加貼合。
排水縱斷面圖
4 排水平縱協(xié)同設(shè)計
應(yīng)用ObjectARX反應(yīng)器技術(shù),實現(xiàn)排水平縱斷面實體按里程同步顯示、平縱斷面實體間的及時協(xié)同更新功能。ARX提供了一系列反應(yīng)器類(Reactor)來監(jiān)視不同類型的事件或者消息。在排水平縱協(xié)同設(shè)計中,使用最多的2種反應(yīng)器是編輯器反應(yīng)器和數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器。
編輯器反應(yīng)器由AcEditorReactor類派生,用來監(jiān)視AutoCAD命令。在排水設(shè)計中,通過重載該類的viewChanged()函數(shù),可計算鼠標(biāo)所在位置對應(yīng)的平面里程,進(jìn)而在縱斷面視口中將該里程的水溝縱斷面顯示到縱斷面視口中央;反之,移動查看縱斷面,也可按里程同步顯示對應(yīng)位置的水溝平面。
數(shù)據(jù)庫反應(yīng)器由AcDbDatabaseReactor類派生,用來監(jiān)視數(shù)據(jù)庫對象的創(chuàng)建、修改或刪除。在排水設(shè)計中,通過重載該類的objectAppended()、objectModified()、objectErased()等關(guān)鍵函數(shù),實現(xiàn)水溝平面創(chuàng)建、修改,刪除時自動創(chuàng)建、修改、刪除對應(yīng)的縱斷面。
5 成果導(dǎo)入達(dá)索系統(tǒng)
根據(jù)排水平縱斷面設(shè)計成果及標(biāo)準(zhǔn)溝深,按1m間隔計算排水溝溝底空間曲線坐標(biāo),在CAD里生成三維多段線,為滿足達(dá)索系統(tǒng)下水溝截面按此空間曲線掃掠成體的要求,在CAD里把該三維多段線轉(zhuǎn)換成三維樣條曲線。
在達(dá)索系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建排水溝BIM模型,首先要結(jié)合鐵路BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究最新成果,完成排水IFC標(biāo)準(zhǔn)在達(dá)索系統(tǒng)的部署,然后創(chuàng)建參數(shù)化的排水設(shè)計模板,最后通過模板實例化完成排水溝BIM模型的創(chuàng)建。
1 排水IFC標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用
根據(jù)鐵路管線系統(tǒng)IFC標(biāo)準(zhǔn)研究成果,使用IfcDistributionSystem表達(dá)各種類型的排水溝構(gòu)成的排水系統(tǒng),預(yù)定義類型屬性取值“STORMWATER”,屬性集“Pset_D S_DrainageDitchCommon”。使用IfcPipeSegment表達(dá)整個排水系統(tǒng)中的一段排水溝、槽、管,預(yù)定義類型屬性取值為“GUTTER”,屬性集“Pset_PS_DitchSegmentCommon”。在達(dá)索系統(tǒng)Enovia平臺通過定義擴(kuò)展類型方式,完成IFC分類和屬性集在達(dá)索系統(tǒng)的部署,為應(yīng)用和驗證排水IFC標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)造前提條件。
2 排水溝參數(shù)化模板的創(chuàng)建
創(chuàng)建功能強(qiáng)大的參數(shù)化模板,并不斷積累豐富形成模板庫,實現(xiàn)專業(yè)設(shè)計功能,是達(dá)索系統(tǒng)BIM設(shè)計的主要特色。創(chuàng)建并優(yōu)化后的等截面排水溝模板IFC分類為IfcPipeSegment,屬性集“Pset_PS_DitchSegmentCommon”,輸入元素為溝底空間曲線和兩側(cè)地面交線,輸入?yún)?shù)包括水溝底寬、溝深、底厚、壁厚等,輸出為水溝截面沿溝底空間線掃掠形成的水溝本體、水溝兩側(cè)延伸到地面的曲面、水溝本體的體積、水溝挖土方體積等,并對輸出成果進(jìn)行顏色配置。
排水溝模板截面、參數(shù)及輸出成果
不同截面之間的排水溝相連時,應(yīng)設(shè)置溝底寬度漸變率為1/20的過渡段,該段排水溝采用變截面排水溝模板,創(chuàng)建方法與等截面排水溝模板類似,不同之處在于輸入截面參數(shù)為起終點2個截面的參數(shù),水溝本體為變截面掃掠。
應(yīng)用上述方法,先后在京沈客專、濟(jì)青高鐵、陽大鐵路BIM試點項目中,進(jìn)行了排水BIM設(shè)計。
京沈客專路基及橋下排水
京沈客專含過渡段排水
濟(jì)青高鐵青陽隧道洞口排水
陽大鐵路隧道路基及橋下排水
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在實現(xiàn)路基排水BIM設(shè)計的主體部分后,還應(yīng)對排水末端的消能設(shè)施,排水溝的交匯,排水溝與涵洞、路塹側(cè)溝的銜接等建模問題,開展進(jìn)一步研究。
采用CAD二次開發(fā)實現(xiàn)排水平縱聯(lián)動協(xié)同設(shè)計,再將成果導(dǎo)入達(dá)索系統(tǒng),創(chuàng)建排水BIM模型的方法,通過實際項目應(yīng)用驗證,其自動化程度高,成功實現(xiàn)了鐵路路基排水BIM設(shè)計的整體解決方案,深化了排水設(shè)計成果,提高了排水的系統(tǒng)性、直觀性和信息化水平,對開展給排水設(shè)計協(xié)調(diào)性檢查和推動BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用具有重要價值。
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