我國(guó)是一個(gè)季風(fēng)氣候明顯的國(guó)家，降水季節(jié)分配差異大。每年4月，我國(guó)東南部雨季率先爆發(fā)，這個(gè)階段一般被稱(chēng)為“江南春雨期”。

甘正倫版畫(huà)：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(jì)可確保路基安全穩(wěn)定，杜絕運(yùn)營(yíng)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(jì)一般采用斷面法。

 

斷面法不能體現(xiàn)斷面間排水，而B(niǎo)IM依托三維地形曲面和影像數(shù)據(jù)，排水設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性和直觀性顯著增強(qiáng)，工程數(shù)量計(jì)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(jià)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(jì)，開(kāi)發(fā)周期和工作量都很大，如果通過(guò)AutoCAD二次開(kāi)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(zhuān)業(yè)模型，先快速完成排水平縱斷面骨架線設(shè)計(jì)，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(jì)。

BIM排水：AutoCAD & 達(dá)索的接力

 ObjectARX是AutoCAD新一代的二次開(kāi)發(fā)工具，能快速訪問(wèn)AutoCAD圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，以動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的形式實(shí)現(xiàn)許多復(fù)雜功能。

小編

 

在此主要探討在VS2008平臺(tái)上采用ObjectARX，實(shí)現(xiàn)排水溝溝底空間曲線的平縱協(xié)同設(shè)計(jì)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(cè)繪專(zhuān)業(yè)采集并進(jìn)行分類(lèi)處理后的雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)字地面模型，按照種類(lèi)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(jì)之初，完成數(shù)模初始化，并常駐內(nèi)存，保證設(shè)計(jì)期間可以重復(fù)使用數(shù)模計(jì)算地面高程，直至退出CAD程序時(shí)，清理數(shù)模對(duì)象。

 在CAD中創(chuàng)建2個(gè)視口作為路基排水設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)體；平縱視口的大小比例可由用戶(hù)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(jì)排水溝的初始平面位置。

濟(jì)青高鐵青陽(yáng)隧道洞口排水平縱協(xié)同設(shè)計(jì)

2 排水平面交互式設(shè)計(jì)

 基于ObjectARX進(jìn)行CAD二次開(kāi)發(fā)時(shí)，常用到字典來(lái)管理數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象，自定義實(shí)體技術(shù)創(chuàng)建定制多種屬性和方法的設(shè)計(jì)模型，夾點(diǎn)拖動(dòng)技術(shù)進(jìn)行模型的交互式編輯。

 字典是AutoCAD的一種容器對(duì)象，用于組織和管理數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體對(duì)象。在排水設(shè)計(jì)中，通過(guò)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(shí)體對(duì)象編碼。

 自定義實(shí)體是ARX為開(kāi)發(fā)者提供的具有圖形表現(xiàn)的定制數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象類(lèi)，一般由AcDbEntity類(lèi)派生，開(kāi)發(fā)者一般需要重載繪制、炸碎、夾點(diǎn)拖動(dòng)等關(guān)鍵函數(shù)。創(chuàng)建排水平面自定義實(shí)體，是在平面視口中逐個(gè)添加水溝平面交點(diǎn)，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(diǎn)、夾直線中點(diǎn)作為水溝平面交互式編輯的夾點(diǎn)，通過(guò)夾點(diǎn)拖動(dòng)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(dòng)化設(shè)計(jì)

 通過(guò)自動(dòng)更新地面線、坡度自動(dòng)模擬和順坡等手段，必要時(shí)輔以少量交互式調(diào)整，基本實(shí)現(xiàn)了縱斷面的自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

 地面線自動(dòng)更新是根據(jù)平面位置調(diào)整，利用數(shù)模重新計(jì)算并繪制排水溝縱斷面地面線。

 坡度自動(dòng)模擬是基于最小二乘法原理，對(duì)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(shí)體繪制時(shí)按照坡度向上和向下，采用不同的顏色繪制坡長(zhǎng)、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(dòng)順坡是選擇一段水溝的最高點(diǎn)，進(jìn)行單面坡或人字坡排水設(shè)計(jì)，可減少手動(dòng)調(diào)坡的工作量。最后通過(guò)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(jì)

 應(yīng)用ObjectARX反應(yīng)器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)排水平縱斷面實(shí)體按里程同步顯示、平縱斷面實(shí)體間的及時(shí)協(xié)同更新功能。ARX提供了一系列反應(yīng)器類(lèi)（Reactor）來(lái)監(jiān)視不同類(lèi)型的事件或者消息。在排水平縱協(xié)同設(shè)計(jì)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(kù)反應(yīng)器。

 編輯器反應(yīng)器由AcEditorReactor類(lèi)派生，用來(lái)監(jiān)視AutoCAD命令。在排水設(shè)計(jì)中，通過(guò)重載該類(lèi)的viewChanged()函數(shù)，可計(jì)算鼠標(biāo)所在位置對(duì)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(dòng)查看縱斷面，也可按里程同步顯示對(duì)應(yīng)位置的水溝平面。

 數(shù)據(jù)庫(kù)反應(yīng)器由AcDbDatabaseReactor類(lèi)派生，用來(lái)監(jiān)視數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象的創(chuàng)建、修改或刪除。在排水設(shè)計(jì)中，通過(guò)重載該類(lèi)的objectAppended()、objectModified()、objectErased()等關(guān)鍵函數(shù)，實(shí)現(xiàn)水溝平面創(chuàng)建、修改，刪除時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建、修改、刪除對(duì)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(jì)成果及標(biāo)準(zhǔn)溝深，按1m間隔計(jì)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(jì)模板，最后通過(guò)模板實(shí)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(lèi)型的排水溝構(gòu)成的排水系統(tǒng)，預(yù)定義類(lèi)型屬性取值“STORMWATER”，屬性集“Pset_D S_DrainageDitchCommon”。使用IfcPipeSegment表達(dá)整個(gè)排水系統(tǒng)中的一段排水溝、槽、管，預(yù)定義類(lèi)型屬性取值為“GUTTER”，屬性集“Pset_PS_DitchSegmentCommon”。在達(dá)索系統(tǒng)Enovia平臺(tái)通過(guò)定義擴(kuò)展類(lèi)型方式，完成IFC分類(lèi)和屬性集在達(dá)索系統(tǒng)的部署，為應(yīng)用和驗(yàn)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(kù)，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)功能，是達(dá)索系統(tǒng)BIM設(shè)計(jì)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(lèi)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(duì)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(shí)，應(yīng)設(shè)置溝底寬度漸變率為1/20的過(guò)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(lèi)似，不同之處在于輸入截面參數(shù)為起終點(diǎn)2個(gè)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(zhuān)、濟(jì)青高鐵、陽(yáng)大鐵路BIM試點(diǎn)項(xiàng)目中，進(jìn)行了排水BIM設(shè)計(jì)。

京沈客專(zhuān)路基及橋下排水

京沈客專(zhuān)含過(guò)渡段排水

濟(jì)青高鐵青陽(yáng)隧道洞口排水

陽(yáng)大鐵路隧道路基及橋下排水

小編

 

在實(shí)現(xiàn)路基排水BIM設(shè)計(jì)的主體部分后，還應(yīng)對(duì)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(wèn)題，開(kāi)展進(jìn)一步研究。

 

       采用CAD二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)排水平縱聯(lián)動(dòng)協(xié)同設(shè)計(jì)，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(guò)實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用驗(yàn)證，其自動(dòng)化程度高，成功實(shí)現(xiàn)了鐵路路基排水BIM設(shè)計(jì)的整體解決方案，深化了排水設(shè)計(jì)成果，提高了排水的系統(tǒng)性、直觀性和信息化水平，對(duì)開(kāi)展給排水設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性檢查和推動(dòng)BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用具有重要價(jià)值。