BIM三维隧道设计

第1章三维隧道设计系统软件功能设计

1.1三维隧道设计系统技术路线概述

地质模型的建立涉及到大量的地质专业知识，从目前的实际形势看，在现有的设计平台中开发一套地质模块的功能，面临的技术风险、耗费的时间和费用都将是十分巨大的。有鉴于此，我们认为地质模型最好要建立在一套完善的地质平台之上，利用已有地质软件生成的地质网格模型进行优化后，转换成一个符合地质实体拟合需要的中间数据格式，以方便后续进行地质实体的重构和调整。从这一点来看，我们对地质模型平台没有特别要求，只要它最终能输出符合实体重构需要的数据格式，并附加地质实体对应的物理属性，就可以和后续的地质实体重构、隧道建模、隧道设计、隧道工程量统计、隧道工程施工图进行无缝接合。考虑到目前的技术积累和我们在数据转换方面已经有比较完整的数据接口，如果能采用武汉坤迪的地质模型建模平台，将可以节约开发时间和开发费用；当然如果采用其他地质系统，只要它能输出符合我们需要的中间交换数据，或者提供数据读取接口，都可以将地质实体和信息转入到三维设计平台中。以下以采用坤迪平台作为地质模型平台为例来说明整体方案及实施流程。

图1.1 三维隧道设计系统数据流程

1.2在GeoEngine软件中构建网格地质模型

根据地质勘测信息、点云扫描信息、探孔信息、地下水位信息等数据在地质软件中构建网格地质模型，如下图所示。

图1.2 网格地质模型

最后，从地质中导出网格地质模型为我们定义好的地质数据交换格式，为后续Rhino平台上的实体地质模型拟合的准备数据。

1.3在Rhino软件中构建真实的实体地质模型

由于点云和网格拟合生成三维地质地形实体技术复杂、对三维几何造型功能要求很高、要求能够对三维地质地形实体进行灵活的人工干预、要求对大体量数据的高效计算能力，鉴于以上的技术特点，提议将点云和网格拟合为实体的功能独立出来在Rhino平台上进行，以便能让Inventor平台以及后续可能考虑的Revit平台共享该部分功能。其工作流程图如下所示：

图1.3.1 实体地质模型拟合数据流程图

图1.3.2 Rhino平台地质实体拟合插件界面设计

在上述界面中，“所有子面”列表的每一项对应一个单独的曲面，该列表显示每个曲面的名称、颜色、顶点数量、三角面片数量、关联实体以及其他附加属性。“类型面”列表的每一项对应一种类型面，该列表显示每个类型面的名称、顶点数量、三角面片数量、面积和其他附加属性。当勾选某个类型面后，将会在Rhino的图形窗口中预览其对应的点云或网格对象。“实体”列表的每一项对应于一个地质模型实体，通常代表不同地质特点的地层，该列表显示每个实体的名称，关联的曲面数量等属性。当勾选某个实体后，将会在Rhino图形窗口中做出预览，而对无法围合成实体的应该给出明显标识和可能的解决方法。

图1.3.3 Rhino平台完成的地质实体拟合

最后，将拟合好地质实体模型导出为Revit或Inventor可以识别的数据格式，以便继续进行隧道的建模等其他工作。

1.4三维隧道设计系统的平台选择

考虑到隧道建模中需要比较复杂的空间拓扑运算、灵活的三维控制、参变及大量的出图，所以基于目前的技术积累和研究，建议优先采用Autodesk Inventor 平台作为集成及后续平台来实现后续专业功能的软件定制开发。

1.4.1 Inventor平台进行三维隧道设计系统的定制开发

Inventor是专用于制造业设计的软件，具有强大的几何造型功能和丰富的加工制造拼装功能。在该平台开发，可以和Inventor建造的制造业的模型完美接合。另外，我们已经在Inventor平台上做过类似的软件定制功能，这也可以帮助我们缩短开发时间。

图 1.4.2a Inventor中隧道模型

、

图 1.4.2b Inventor中构建的地质开挖模型

图 1.4.2c Inventor中完成的地质开挖工程图

1.5隧道路线生成及地质纵断面

在地质实体模型和隧道三维模型已经建好并通过坐标系统整合在一起后，我们再根据线路提供的控制点坐标和平面曲线要素表在Revit或Inventor中通过参数化或交互手工绘制的方式生成控制曲线，根据控制曲线来生成地质纵断面并展开，即沿着路线控制曲线用垂直面去切割前面的地质实体模型和隧道三维模型即可以获得地质纵断面图，并且在图面上可以灵活查询各地层的属性信息。

图 1.5 地质纵断面图

1.6隧道断面的参数化建模

根据隧道设计中的各种隧道断面类型，建立一个参数化的隧道部件库，允许用户以参数化的方式进行隧道断面轮廓的设计，同时，依照地质断面图中的地层信息，用户可以分段设定不同的支护及相关结构信息，并根据轮廓按照线路进行分段的放样，从而实现隧道的快速参数化建模。

要实现隧道断面的参数化建模，双方需要密切合作对每种常用的断面形式归纳总结出一组对应的几何参数，然后就可以在Inventor中用参数建模的方式完成断面几何轮廓的生成。用户在此基础上仍然可以继续进行手工编辑修改。

图 1.6 隧道参数化建模

图 1.7 Inventor中的隧道参数化断面

1.7三维隧道的参数化建模

基于前面生成的隧道路线和隧道断面，在Inventor中把隧道断面沿着隧道路线进行扫掠来生成隧道的三维实体模型。再根据已经生成的隧道实体模型和地质实体模型进行空间布尔运算，即用地质实体模型扣减隧道实体模型即可完成隧道模型的三维建模。

图 1.7 三维隧道模型的参数化建模

1.8工程图及其他

根据隧道设计中的地层及各分段信息，按照设计规范要求生成和标注大致符合实际使用需要的工程图，并允许用户对自动生成的工程图进行进一步的深化，从而在Inventor/Revit中实现全套的工程施工图的出图功能。并可基于真实的三维隧道模型统计各种工程材料用户和工程量统计表等。