张 成，王 双

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

河道工程主要包含河道疏浚、堤防加固、护岸护砌等工程措施，各措施中的构筑物尺寸通常随着地形变化而变化，设计人员往往需要逐个断面调整，使其与地形相适应。该工作主要靠手工绘制完成，不仅需要花费大量时间、效率低下，而且容易出错。行业中虽然有百图、远盛、ZDM等插件可供使用[9]，但是相较于Civil 3D、PowerCivil等BIM设计软件而言，功能相对较弱，不能实现二维和三维图元的的联动，断面设计和平面设计相互隔离，不满足精细化设计要求。

Civil 3D是一款专门为土木基础设施行业提供的三维设计解决方案，不仅地形处理功能强大，设计的河道工程措施可自动适应地形变化；
而且生成的横断面图和数量表与三维模型动态关联，当调整三维模型的“平纵横”时，横断面图和数量表可实现自动更新。设计人员在设计过程中还可通过三维视图随时查看三维设计效果[1]。Civil 3D经过定制开发后，即可批量生成满足出图要求断面图图纸，同时可以快速的生成工程数量统计表[2- 3]。

Civil 3D软件虽然功能强大，但是操作复杂，默认设置都是针对道路工程设计而设定，出图样式不能符合国内相关行业的制图规范要求，其自带的部件也都是用于道路设计，其他专业可用的部件非常少[4]。为此，笔者根据河道工程设计习惯对Civil 3D软件进行定制开发，设计了一套河道工程设计的功能菜单，包括项目、地形曲面、平面设计、纵向设计、标准横断面设计、河道模型、采样线及材质、横断面图及数量表、常用工具共9个模块，将相对固定的步骤写入程序后台，使复杂过程简单化、零散操作流程界面化[4]，设计人员依次完成各个模块的操作即可初步完成设计任务。

各模块中的具体功能，相对于Civil 3D的默认操作进行了适当简化，根据河道设计规范隐藏了不必要的参数或样式的设置(设定为默认值)，仅保留河道工程设计所需的参数与用户进行交互，用户更加容易掌握。

针对Civil 3D自带部件不能满足河道设计要求的问题，设计开发了一套较通用的部件，可自由组装成常用的河道设计断面模板，从而创建河道三维模型，然后与定制的样板文件、图框模板、打印样式相配合，可批量创建符合行业习惯的图纸及工程数量表。

Civil 3D提供了一系列访问、创建和修改Civil 3D各种对象及样式的.NET API，开发人员可使用任何支持.NET的语言对Civil 3D进行二次开发[2- 3]。

本系统采用Visual Studio软件开发环境，通过C#语言对Civil 3D进行二次开发，关键技术研究及实现如下所述。

2.1 简化Civil 3D的复杂操作

在Civil 3D中，用户可以通过功能区“常用”选项板中的一系列下拉按钮，创建各种对象。以曲面创建为例：①用户需展开常用-曲面-创建曲面，以创建空白曲面对象，需点击3次鼠标；
②用户需继续展开新建曲面的结构树，右击定义标签下的等高线，添加等高线对象，需点击7次鼠标；
③添加高程文本、添加高程块等对象，各需点击鼠标5次。一共单击鼠标约20次。经过定制开发后，在一个对话框中即可完成上述操作，还可同时添加txt文本格式的高程数据、cad图元，总共只需单击4次鼠标。曲面创建对话框如图1所示。

图1 创建曲面对话框

Civil 3D提供了功能强大的路线布局工具栏，可通用导线法或线元法创建包含直线、曲面、缓和曲面的复杂路线[1]，但是河道工程中用不到缓和曲线，河道中心线的创建相对比较简单，这些功能用于河道设计反而显得累赘。本系统在中心线创建对话框中提供了2种创建方式，即从现有多段线转为路线，或逐段绘制中心线，并且设计人员可选择是否在拐点处添加圆弧，如图2所示。

图2 创建中心线对话框

纵向设计线创建与平面路线创建类似，系统也对该功能进行了简化，并且增加了从文件创建纵向设计线的功能，可利用水文计算直接创建纵向设计线(例如水面线等)，如图3所示。

图3 绘制纵断面设计线对话框

2.2 通用部件设计与实现

“部件”作为Civil 3D的特殊对象，由点(Point)、连接(Link)、造型(Shape)3种基本单元组成，将多种部件进行拼装后可以完成各个结构体标准横断面的设计，然后利用“平纵横”即可构建三维设计模型。但是，Civil 3D自带的部件都是为道路设计而创建，其他专业可用的部件非常较少，需要用户创建自定义部件。自定义部件的创建方式有3种[5]，其中部件编辑器(Subassembly Composer)是Autodesk公司提供的一款专门用于创建部件的工具软件，用户可通过绘制流程图的方式，在可视化的界面中，创建带有参数驱动的复杂部件[7- 9]。

河道工程断面型式多种多样，对于一般常用的断面型式可开发成复合部件，减少部件组装步骤。不过，单个部件不宜过于复杂，一方面复杂部件的开发难度较大，另一方面复杂部件的控制参数一般较多，设计人员难以快速掌握。为此，除常用的复合部件外，笔者还根据河道工程设计经验，总结了一套较通用的部件单元，可灵活组装成常见的河道设计断面模板，分为标记点、连接线、结构物共3类。

2.3 部件管理面板

将自定义部件导入Civil 3D部件面板(引用或者说明导入方法)，即可同Civil 3D自带部件一样使用，但是当自定义部件较多时，不易快速查找到想用的部件。为此，系统定制开发了专门的部件管理面板，分为标记点、连接线、结构物、复合结构物、标注共5个选项卡。按照部件的创建方式进行分类管理，单击按钮时，缩略图可清晰显示各参数的意义，更加方便了用户使用。

2.4 部件与样板文件的配合使用

Civil 3D横断面图的标注功能相对较弱，只能通过部件代码的标签样式实现，部件与样板文件配合使用可实现横断面图的自动标注。部件代码(Code)是为部件中的点、连接、造型指定的具有特定工程含义的名称。部件中的每个基本单元可以指定多个代码，不同的单元可以指定相同的代码。样板文件是Civil 3D创建项目文件的基础，提前设定了各种对象的显示样式、标签标注样式、代码集样式等[5- 10]。

部件与样板文件的配合使用示例如下所述：①在样板文件的“标准”代码集样式中，为点、连接和造型配置显示样式和标签样式，例如为含有“dm_LengthTop”代码的连接配置了“zc长度标注(表面)”标签样式；
②用样板文件创建项目后，装配的代码集样式默认为“标准”；
③使用系统提供的标注功能为部件添加标注代码，或者手动为部件添加“标准”代码集样式中配置好的标注代码；
④创建横断面图时各断面即可按照代码集样式显示标注。标准代码集样式如图4所示。

图4 标准代码集样式

以武穴水铁联运项目码头后方护岸设计为例，为防止本码头区域岸坡冲刷，本工程在码头区域设置2级护坡结构，第一级护坡采用厚度为800mm的抛理块石护坡，抛石下铺设厚度为600mm的碎石垫层。在高程为15.0m处设置了宽度为5.0m的枯水平台，结构层从上往下依次为浆砌块石层(厚度h=300m)、碎石层(厚度h=200mm)及粗砂层(厚度h=150mm)。第二级护坡采用干砌块石护坡，坡顶与滩地高程平顺衔接，结构层从上往下依次为干砌块石层(厚度h=300m)、碎石层(厚度h=200mm)及粗砂层(厚度h=150mm)。二级坡顶设置浆砌块石截水沟，并在坡面每隔50m设置排水沟与坡顶截水沟连通，坡面排水沟采用C20砼现浇。

设计人员使用本系统快速创建了岸坡防护设计模型，并批量生成了横断面图纸和材质数量表，验证了通用部件、标注功能、批量出图和算量功能的有效性和实用性。经过与传统设计手段完成的设计成果对比分析，软件计算的材质数量准确，设计效率得到了极大的提高，线路越长效率提升越明显。使用本系统通用部件搭建的横断面模板(装配)如图5所示，横断面图纸效果如图6所示。

图5 护岸设计横断面模板(装配)

图6 护岸横断面图效果

针对传统河道工程设计中存在的不足，在总结河道工程设计经验的基础上，对Civil 3D进行定制开发，实现了河道工程批量绘图及算量功能，提高了设计效率和质量。定制开发的软件提供了一套符合河道工程设计习惯的功能菜单，通过自定义的对话框精简了Civil 3D的复杂操作，软件界面友好，有效降低了Civil 3D的使用门槛，完善了Civil 3D在河道设计中的功能。定制开发的软件还提供了一套较通用的基本部件，可灵活组装成常用的河道设计断面模板，提高了本河道设计软件的通用性。

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