一种基于BIM技术的土石堤坝智能化设计方法与流程

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体地指一种基于bim技术的土石堤坝智能化设计方法。

背景技术：

目前，我国很多城镇防洪形势严峻，土石堤坝是我国防洪工程体系的重要组成部分，是防御洪水的最后屏障。

土石堤坝一般具有以下特点：1、线性工程；2、土石堤坝轴线较长；3、体型轮廓变化不大。当土石堤坝轴线较长时，设计工作量大，但根据其线性工程及体型轮廓变化不大的特点，具备可创建参数化模型，开展智能化设计的可能。

目前主要结合人工经验以二维设计为主，bim技术作为提高设计质量和效率的重要技术手段，在土石堤坝工程中也开展了相关应用，但尚无智能化三维建模设计方法，一般根据不同断面型式分段细化建模，当土石堤坝线路较长，断面型式较多时，工作量较大；另外，目前暂无智能化设计模型，可通过改变参数任意改变体型轮廓，包括边坡级数、坡比、高度等，模型不能重复利用，设计效率较低；第三，目前关于土石堤坝的三维建模思路与方法尚停留在二维设计翻模阶段，通常在二维断面确定后，根据二维设计方案创建土石堤坝三维模型，不能直接进行土石堤坝的三维设计。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种基于bim技术的土石堤坝智能化设计方法，其在确定土石堤坝轴线的基础上，快速导入模板分段设计，且可通过修改参数快速改变土石堤坝断面型式，并能与各类地形智能贴合，由三维翻模设计提升到三维正向设计的高度，实现快速智能化设计，可大幅提高设计效率，形成通俗易懂的设计流程，对于设计经验尚浅的设计人员亦可快速设计、建模，大幅提升制图效率，使设计人员有更多时间、精力优化设计。

为实现上述目的，本发明所设计一种基于bim技术的土石堤坝智能化设计方法，包括如下步骤：

步骤1：创建土石堤坝的三维模型骨架；

步骤2：创建定位平面；

步骤3：创建参数集；

步骤4：创建知识工程规则；

步骤5：建立土石堤坝轮廓；

步骤6：建立分段土石堤坝模型。

步骤7：创建土石堤坝用户特征模板；

步骤8：实例化土石堤坝用户特征模板；

步骤9：统计土石堤坝工程量及各段参数信息；

步骤10：基于创建的全线土石堤坝三维模型进行工程出图。

进一步地，所述步骤1中，

所述三维模型骨架包括土石堤坝中心轴线、分段起点、分段终点及地形面。这样，在后期设计人员实例化模板时，只需选取设计好的堤坝中心轴线、起点、终点及地形面，便可快速生成堤坝模型，且已被地形面切割好，不用再进行二次切割，快捷简便。

更进一步地，所述步骤2中，

所述定位平面为基于三维模型骨架的分段起点和分段终点，创建以土石堤坝中心轴线为法线的分段起点平面和分段终点平面。这样，将分段起点平面与分段终点平面与输入参数分段起点、分段终点关联起来，作为中间隐藏条件控制模型起止位置。

进一步地，所述步骤3中，

所述参数集包括土石堤坝总控制参数集、土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集及内部参数集。更进一步地，所述步骤3中，

所述土石堤坝总控制参数集包括土石堤坝顶宽、迎水侧马道级数及背水侧马道级数；

所述土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集及内部参数集包含各级边坡坡比、高度及马道宽度等参数。这样，堤防总控制参数集、堤防迎水侧参数集、堤防背水侧参数集为后期模板输出参数，用户可通过修改此三个参数集中参数更改模型。内部参数集为模板内部隐藏参数集，通过内部参数集建立输出参数集与模型间关系，将不同断面型式可通过参数：马道级数即可进行切换。

进一步地，所述步骤4中，

所述知识工程规则为，当改变土石堤坝总控制参数集中的马道级数时，改变土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集与内部参数集之间的相互关系。这样，当控制马道级数改变时，模型断面型式将发生改变，若将每种断面型式分开建模，将需分别建9个模型，通过编写规则，可将9个模型合成一个模型，只需改变参数马道级数即可，大大减小了建模工作量。堤防线路较长，断面型式变化较多，当设计人员建模时，如果每种断面型式均是独立模板，则实例化模板和后期修改时工作量均较大且繁琐。通过将9个模板合成1个，设计人员实例化模板较为方便，且后期修改较便捷，只需修改参数，而不用删掉模型再重新实例化另外一个模板，大幅减小工作量。另外，当建立模型后，若发现设计方案不合适，可立马修改参数以改变模型，实现快速智能化正向设计。

更进一步地，所述步骤5中，

所述土石堤坝轮廓的建立方法为，以分段起点平面为草图支持面，创建草图，建立土石堤坝轮廓，并将草图结构轮廓与步骤3中内部参数集中的参数关联。

进一步地，所述步骤6中，

所述分段土石堤坝模型的建立方法为，以土石堤坝中心轴线为中心曲线，创建土石堤坝肋，并利用分段起点平面、分段终点平面及步骤1中的三维模型骨架的地形面切割土石堤坝轮廓，从而得到分段土石堤坝模型。

更进一步地，所述步骤7中，

所述土石堤坝用户特征模板的创建方法为，以步骤1中三维模型骨架的土石堤坝中心轴线、分段起点、分段终点及地形面为输入元素创建土石堤坝用户特征模板。

进一步地，所述步骤8中，

所述土石堤坝用户特征模板的实例化方法为，在实例中分段实例化土石堤坝户特征模板，并根据各段情况改变相关参数，快速生成全线土石堤坝三维模型。

本发明的优点在于：

其在确定土石堤坝轴线的基础上，快速导入模板分段设计，且可通过修改参数快速改变土石堤坝断面型式，并能与各类地形智能贴合，由三维翻模设计提升到三维正向设计的高度，实现快速智能化设计，可大幅提高设计效率，形成通俗易懂的设计流程，对于设计经验尚浅的设计人员亦可快速设计、建模，大幅提升制图效率，使设计人员有更多时间、精力优化设计。

附图说明

图1为土石堤坝模型的三维模型骨架示意图；

图2为土石堤坝模型的定位平面示意图；

图3为土石堤坝轮廓的示意图；

图4为土石堤坝三维模型的示意图；

图5为实施例1中导出后的土石堤坝三维模型示意图；

图6为实施例2中导出后的土石堤坝三维模型示意图；

图7为实施例3中导出后的土石堤坝三维模型示意图；

图8为实施例4中导出后的土石堤坝三维模型示意图。

图中：土石堤坝中心轴线1、分段起点2、分段终点3、地形面4、分段起点平面5、分段终点平面6、土石堤坝轮廓7、骨架地形面与草图平面的交线8、土石堤坝迎水侧9、土石堤坝背水侧10、水面11。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施对本发明作进一步的详细描述：

如图1～2，图中所示一种基于bim技术的土石堤坝智能化设计方法，包括如下步骤：

步骤1：创建土石堤坝的三维模型骨架；

所述三维模型骨架包括土石堤坝中心轴线1、分段起点2、分段终点3及地形面4。

步骤2：创建定位平面；

所述定位平面为基于三维模型骨架的分段起点2和分段终点3，创建以土石堤坝中心轴线1为法线的分段起点平面5和分段终点平面6。

步骤3：创建参数集；

所述参数集包括土石堤坝总控制参数集、土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集及内部参数集。

所述土石堤坝总控制参数集包括土石堤坝顶宽、迎水侧马道级数及背水侧马道级数；所述土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集及内部参数集包含各级边坡坡比、高度及马道宽度等参数。

步骤4：创建知识工程规则；

所述知识工程规则为，当改变土石堤坝总控制参数集中的马道级数时，改变土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集与内部参数集之间的相互关系。

步骤5：建立土石堤坝轮廓；

所述土石堤坝轮廓的建立方法为，以分段起点平面5为草图支持面，创建草图，建立土石堤坝轮廓，并将草图结构轮廓与步骤3中内部参数集中的参数关联。

步骤6：建立分段土石堤坝模型。

所述分段土石堤坝模型的建立方法为，以土石堤坝中心轴线1为中心曲线，创建土石堤坝肋，并利用分段起点平面5、分段终点平面6及步骤1中的三维模型骨架的地形面4切割土石堤坝轮廓，从而得到分段土石堤坝模型。

步骤7：创建土石堤坝用户特征模板；

所述土石堤坝用户特征模板的创建方法为，以步骤1中三维模型骨架的土石堤坝中心轴线1、分段起点2、分段终点3及地形面4为输入元素创建土石堤坝用户特征模板。

步骤8：实例化土石堤坝用户特征模板；

所述土石堤坝用户特征模板的实例化方法为，在实例中分段实例化土石堤坝户特征模板，并根据各段情况改变相关参数，快速生成全线土石堤坝三维模型。

步骤9：统计土石堤坝工程量及各段参数信息；

步骤10：基于创建的全线土石堤坝三维模型进行工程出图。

本发明在实际使用时：

步骤4中，所述知识工程规则包括迎水侧马道级数及背水侧马道级数，编写规则如下：

当迎水侧马道级数/背水侧马道级数为2时，内部参数集中一级、二级、三级边坡坡比、坡高及马道宽度均与土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集中相应参数相等。

当迎水侧马道级数/背水侧马道级数为1时，边坡级数从上往下依次为一级、二级、三级，则内部参数集中一级边坡坡比、坡高、马道宽度与土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集中一级边坡坡比、坡高、马道宽度相等；内部参数集中二级边坡坡比与土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集中二级边坡坡比相等；内部参数集中二级马道宽度为0；二级边坡高度为0；内部参数集中三级边坡坡比与土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集中二级边坡坡比相等；

当迎水侧马道级数/背水侧马道级数为0时，内部参数集中一级边坡坡比与土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集中一级边坡坡比相等；内部参数集中一级马道宽度和一级边坡高度为0；内部参数集中二级边坡坡比与土石堤坝迎水侧参数集、土石堤坝背水侧参数集中二级边坡坡比相等；内部参数集中二级马道宽度和边坡高度为0；内部参数集中三级边坡坡比与一级边坡坡比相等；

当马道级数改变时，断面型式也会发生相应改变，参数集中堤防总控制参数集、堤防迎水侧参数集、堤防背水侧参数集为建成模板后输出用户可更改以控制断面特征的参数；内部参数集为模板内部参数，当马道级数改变时，断面型式改变，通过改变内部参数集中参数与输出参数的对应关系，以达到改变参数：堤防迎水侧马道级数、堤防背水侧马道级数，可改变断面型式，从而将几种断面型式的模板合成一个模板。大大减少用户的实例化模板的工作量，且可便捷的改变断面。

实施例1：

如图5，当设定堤防总控制参数集中：堤顶宽度＝10m、迎水侧马道级数＝2、背水侧马道级数＝2；堤防迎水侧参数集中：迎水侧一级边坡坡比＝2.5、迎水侧二级边坡坡比＝3、迎水侧三级边坡坡比＝3、迎水侧一级马道宽度＝5m、迎水侧二级马道宽度＝10m、迎水侧一级边坡高度＝10m、迎水侧二级边坡高度＝10m；堤防背水侧参数集中：背水侧一级边坡坡比＝3、背水侧二级边坡坡比＝3.5、背水侧三级边坡坡比＝4、背水侧一级马道宽度＝5m、背水侧二级马道宽度＝10m、背水侧一级边坡高度＝10m、背水侧二级边坡高度＝10m时，结果为图5所示。

实施例2：

如图6，当设定堤防总控制参数集中：堤顶宽度＝10m、迎水侧马道级数＝1、背水侧马道级数＝2；堤防迎水侧参数集中：迎水侧一级边坡坡比＝2.5、迎水侧二级边坡坡比＝3、迎水侧一级马道宽度＝5m、迎水侧一级边坡高度＝15m；堤防背水侧参数集中：背水侧一级边坡坡比＝2.5、背水侧二级边坡坡比＝3.5、背水侧一级马道宽度＝10m、背水侧二级马道宽度＝20m、背水侧一级边坡高度＝10m、背水侧二级边坡高度＝10m时，结果为图6所示。

实施例3：

如图7，当设定堤防总控制参数集中：堤顶宽度＝20m、迎水侧马道级数＝1、背水侧马道级数＝0；堤防迎水侧参数集中：迎水侧一级边坡坡比＝3、迎水侧二级边坡坡比＝2.5、迎水侧一级马道宽度＝10m、迎水侧一级边坡高度＝12m；堤防背水侧参数集中：背水侧一级边坡坡比＝3时，结果为图7所示。

实施例4：

如图8，当设定堤防总控制参数集中：堤顶宽度＝10m、迎水侧马道级数＝1、背水侧马道级数＝2；堤防迎水侧参数集中：迎水侧一级边坡坡比＝3、迎水侧二级边坡坡比＝3、迎水侧一级马道宽度＝4m、迎水侧一级边坡高度＝30m；堤防背水侧参数集中：背水侧一级边坡坡比＝3、背水侧二级边坡坡比＝3、背水侧三级边坡坡比＝3、背水侧一级马道宽度＝4m、背水侧二级马道宽度＝4m、背水侧一级边坡高度＝30m、背水侧二级边坡高度＝30m时，结果为图8所示。本发明为水利水电工程领域土石堤坝三维建模创建了一套快速智能化设计思路，填补了该领域关于土石堤坝基于bim技术三维建模的空白，实现了土石堤坝长线路、多断面型式的快速三维建模。本发明基于编写知识工程规则，可通过仅改变参数，实现不同土石堤坝断面的快速转化，使原本需建立9个模板到只用建立1个模板，后期实例化模板及修改也能较为简便；能适应各种地形面，自动切割，形成完整的土石堤坝分段模型；另外，还可快速重复引用，对于长线路土石堤坝建模有较大优势；当实际工程情况或设计方案改变时，在改变土石堤坝中心线或土石堤坝断面情况下，均可快速修改模型，实现快速建模，为方案比选提供有力建模支撑，从多方面实现土石堤坝智能化设计。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。