我國是一個(gè)季風(fēng)氣候明顯的國家，降水季節分配差異大。每年4月，我國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，鐵路路基極易軟化、沖蝕，致使路基本體強度降低，誘發(fā)各種病害；而良好的排水設計可確保路基安全穩定，杜絕運營(yíng)期間多數路基病害發(fā)生。

小編

 

鐵路路基排水二維設計一般采用斷面法。

 

斷面法不能體現斷面間排水，而B(niǎo)IM依托三維地形曲面和影像數據，排水設計的系統性和直觀(guān)性顯著(zhù)增強，工程數量計算更加精確。

 

二編

 

 BIM作為推進(jìn)鐵路工程建設信息化的主要技術(shù)支撐，其價(jià)值和重要性已得到行業(yè)的持續關(guān)注和普遍認可，推廣應用BIM技術(shù)已成為建設數字化鐵路的必然選擇。

 在達索系統下直接進(jìn)行排水溝平縱斷面骨架線(xiàn)設計，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(xiàn)設計，再導入達索系統進(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設計。

BIM排水：AutoCAD & 達索的接力

 ObjectARX是AutoCAD新一代的二次開(kāi)發(fā)工具，能快速訪(fǎng)問(wèn)AutoCAD圖形數據庫，以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式實(shí)現許多復雜功能。

小編

 

在此主要探討在VS2008平臺上采用ObjectARX，實(shí)現排水溝溝底空間曲線(xiàn)的平縱協(xié)同設計方法。

 

1 創(chuàng )建數模、視口，導入路橋隧模型和地面影像

 利用測繪專(zhuān)業(yè)采集并進(jìn)行分類(lèi)處理后的雷達點(diǎn)云數據，構建數字地面模型，按照種類(lèi)不同，可分為Delaunay三角網(wǎng)和方格網(wǎng)數模。在進(jìn)行排水設計之初，完成數模初始化，并常駐內存，保證設計期間可以重復使用數模計算地面高程，直至退出CAD程序時(shí)，清理數模對象。

 在CAD中創(chuàng )建2個(gè)視口作為路基排水設計的平縱視口，平面視口在上方，顯示鐵路路基排水的平面自定義實(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)自定義調整。

 將達索系統下創(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(xiàn)，并結合地面坡度走向，設計排水溝的初始平面位置。

濟青高鐵青陽(yáng)隧道洞口排水平縱協(xié)同設計

2 排水平面交互式設計

 基于ObjectARX進(jìn)行CAD二次開(kāi)發(fā)時(shí)，常用到字典來(lái)管理數據庫對象，自定義實(shí)體技術(shù)創(chuàng )建定制多種屬性和方法的設計模型，夾點(diǎn)拖動(dòng)技術(shù)進(jìn)行模型的交互式編輯。

 字典是AutoCAD的一種容器對象，用于組織和管理數據庫實(shí)體對象。在排水設計中，通過(guò)派生構建自定義字典，包括各條水溝平面、當前水溝平面、各條水溝縱斷面、當前水溝縱斷面的實(shí)體對象編碼。

 自定義實(shí)體是ARX為開(kāi)發(fā)者提供的具有圖形表現的定制數據庫對象類(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。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(xiàn)段和圓弧組成的平面水溝溝底中心線(xiàn)，曲線(xiàn)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(xiàn)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)化設計

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

 地面線(xiàn)自動(dòng)更新是根據平面位置調整，利用數模重新計算并繪制排水溝縱斷面地面線(xiàn)。

 坡度自動(dòng)模擬是基于最小二乘法原理，對地面線(xiàn)進(jìn)行直線(xiàn)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(cháng)、坡度及坡段線(xiàn)，并標注坡段上指定間隔位置處的填挖量，便于直觀(guān)地檢查水溝溝底高程是否滿(mǎn)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計，可減少手動(dòng)調坡的工作量。最后通過(guò)少量交互式調整，使排水縱斷面在滿(mǎn)足順坡要求的前提下與地面線(xiàn)更加貼合。

排水縱斷面圖

4 排水平縱協(xié)同設計

 應用ObjectARX反應器技術(shù)，實(shí)現排水平縱斷面實(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提供了一系列反應器類(lèi)（Reactor）來(lái)監視不同類(lèi)型的事件或者消息。在排水平縱協(xié)同設計中，使用最多的2種反應器是編輯器反應器和數據庫反應器。

 編輯器反應器由AcEditorReactor類(lèi)派生，用來(lái)監視AutoCAD命令。在排水設計中，通過(guò)重載該類(lèi)的viewChanged()函數，可計算鼠標所在位置對應的平面里程，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應位置的水溝平面。

 數據庫反應器由AcDbDatabaseReactor類(lèi)派生，用來(lái)監視數據庫對象的創(chuàng )建、修改或刪除。在排水設計中，通過(guò)重載該類(lèi)的objectAppended()、objectModified()、objectErased()等關(guān)鍵函數，實(shí)現水溝平面創(chuàng )建、修改，刪除時(shí)自動(dòng)創(chuàng )建、修改、刪除對應的縱斷面。

5 成果導入達索系統

 根據排水平縱斷面設計成果及標準溝深，按1m間隔計算排水溝溝底空間曲線(xiàn)坐標，在CAD里生成三維多段線(xiàn)，為滿(mǎn)足達索系統下水溝截面按此空間曲線(xiàn)掃掠成體的要求，在CAD里把該三維多段線(xiàn)轉換成三維樣條曲線(xiàn)。

 在達索系統內創(chuàng )建排水溝BIM模型，首先要結合鐵路BIM技術(shù)標準研究最新成果，完成排水IFC標準在達索系統的部署，然后創(chuàng )建參數化的排水設計模板，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標準的應用

 根據鐵路管線(xiàn)系統IFC標準研究成果，使用IfcDistributionSystem表達各種類(lèi)型的排水溝構成的排水系統，預定義類(lèi)型屬性取值“STORMWATER”，屬性集“Pset_D S_DrainageDitchCommon”。使用IfcPipeSegment表達整個(gè)排水系統中的一段排水溝、槽、管，預定義類(lèi)型屬性取值為“GUTTER”，屬性集“Pset_PS_DitchSegmentCommon”。在達索系統Enovia平臺通過(guò)定義擴展類(lèi)型方式，完成IFC分類(lèi)和屬性集在達索系統的部署，為應用和驗證排水IFC標準創(chuàng )造前提條件。

2 排水溝參數化模板的創(chuàng )建

 創(chuàng )建功能強大的參數化模板，并不斷積累豐富形成模板庫，實(shí)現專(zhuān)業(yè)設計功能，是達索系統BIM設計的主要特色。創(chuàng )建并優(yōu)化后的等截面排水溝模板IFC分類(lèi)為IfcPipeSegment，屬性集“Pset_PS_DitchSegmentCommon”，輸入元素為溝底空間曲線(xiàn)和兩側地面交線(xiàn)，輸入參數包括水溝底寬、溝深、底厚、壁厚等，輸出為水溝截面沿溝底空間線(xiàn)掃掠形成的水溝本體、水溝兩側延伸到地面的曲面、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、參數及輸出成果

 不同截面之間的排水溝相連時(shí)，應設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為起終點(diǎn)2個(gè)截面的參數，水溝本體為變截面掃掠。

 應用上述方法，先后在京沈客專(zhuān)、濟青高鐵、陽(yáng)大鐵路BIM試點(diǎn)項目中，進(jìn)行了排水BIM設計。

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)現路基排水BIM設計的主體部分后，還應對排水末端的消能設施，排水溝的交匯，排水溝與涵洞、路塹側溝的銜接等建模問(wèn)題，開(kāi)展進(jìn)一步研究。

 

       采用CAD二次開(kāi)發(fā)實(shí)現排水平縱聯(lián)動(dòng)協(xié)同設計，再將成果導入達索系統，創(chuàng )建排水BIM模型的方法，通過(guò)實(shí)際項目應用驗證，其自動(dòng)化程度高，成功實(shí)現了鐵路路基排水BIM設計的整體解決方案，深化了排水設計成果，提高了排水的系統性、直觀(guān)性和信息化水平，對開(kāi)展給排水設計協(xié)調性檢查和推動(dòng)BIM技術(shù)在施工中的應用具有重要價(jià)值。