【摘要】为解决在土石坝BIM模型设计时构件参数缺失，各构件位置调整复杂，提升利用Revit创建模型时的模型信息与设计效率，以土石坝相关设计规范为依据，利用Revit API对Revit二次开发，快速创建项目的各种高程信息，融合多种水工构件的相关属性，形成了一套完整的土石坝工程BIM模型设计方法与程序。以王岗山水利枢纽工程为例，应用该方法进行模型快速创建，所生成的水工模型具有完整基本信息、设计参数、设计性能指标、工程量参数，基于模型生成相关里程桩号的断面图等设计成果，为土石坝工程BIM模型的快速创建提供参考。
【关键词】土石坝BIM；集成设计；Revit API；模型参数
1. 引言
目前，随着信息技术的快速发展，BIM技术在工程设计领域的得到了广泛应用。众多主流BIM模型设计平台多采用不同工程构件分别创建之后，再将各工程构建拼装成整个项目模型的工作方式，造成叠加众多类型的水工三维模型构件，整体拼装成为一项工作量巨大的工作,且整体模型拼装难以进行快速准确定位，需手动拼装，大大增加了手动操作的失误概率，导致坝体各种结构体难以形成整体模型，造成信息丢失、不连续现象严重的不良后果。Revit作为一款建筑信息模型设计平台，在建筑也中得到广泛应用，但在水利工程领域，因水工建筑物形态多样，而Revit平台采用参数化族的方式来组织模型，造成水工建筑物族的可重复利用性低，导致Revit在水工建筑物设计中不能深入应用。牛立军[1]等人利用探索了利用Revit针对水利工程进行正向设计的方法，并以落地槽为例验证了方法的实用性。史修府[2]等利用Revit创建了管涵、墩柱等水工参数化族，探索了参数化族创建水工建筑物的方
法。王延平[3]等以涵洞为例运用Revit建模和配筋，为水利工程中用Revit进行施工图设计提供借鉴。朱致远[4]等基于Revit和Revit API进行二次开发，实现了对水闸挡土墙稳定分析计算和计算结果实时判别。前人的研究促进了Revit在水工建筑物模型设计中的应用，为土石坝集成设计奠定了基础。
笔者在前人研究的基础上，通过对各种土石坝的构成分类进行分项研究，借鉴二维设计过程中的断面设计思路，利用面向对象的编程语言和Revit API，形成一套土石坝工程的模型快速创建方法，以期提高利用Revit创建土石坝模型的效率与模型数据完整性。
2. 实现技术
利用面向对象编程语言C#，构件土石坝所涉及的各种水工构件对象，基于Revit的应用程序接口-Revit API对Revit进行二次开发，实现土石坝整体模型的快速创建。
2.1 Revit API功能扩展
Revit API是Revit的应用程序接口，提供了大量命名空间和丰富的函数，给Revit的二次开发功能订制提供支持，使得不同地区、不同行业用户可以根据自身需求开发Revit插件，扩展、丰富Revit的功能[5]。Revit平台本身的自有命令主要是针对房屋建筑设计，水利行业可以参考房建行业命令与对象的构建方法，实现水工建筑物的模型构件创建。
2.2 水工构件对象
依据不同的分类标准，土石坝也分为不同的类型，本文重点研究了均质土坝、分区土坝、心墙堆石坝、面板堆石坝四种应用广泛的土石坝的典型断面设计方法，利用面向对象的程序设计方法，构建了可用于数据互相通信的程序对象。如：心墙堆石坝构建了主堆石区、下游堆石区、坝基、排水区、过渡区、垫层区、面板、趾板、建基面、防渗板等数十个程序对象。
3. 实现方法
集成设计的实现思路是：针对特定的坝型，依据大坝平面轮廓信息、断面信息、地形信息，融合断面中各种构建信息，沿大坝不同里程桩号快速生成相应断面轮廓，通过选取模型中的坝线路径快速创建模型，同时创建各种水工构件的属性信息。
3.1 实现步骤
本文的集成设计方法用于解决土石坝BIM模型的快速创建，总共分为8个步骤。
步骤1：获取选定的土石坝坝型，根据所述土石坝坝型设置属性项，并基于所述属性项构建对应所述土石坝坝型的构件模型属性集；
步骤2：获取大坝控制高程信息，设置大坝轴线，并设置大坝轴线的起点、拐点和终点的里程桩号，其中，所述大坝控制高程信息包括坝顶高程和水位信息；
步骤3：基于所设置的大坝轴线，以及选定的土石坝坝型，进行参数化设计，在所述大坝轴线的起点、拐点和终点的位置，分别创建坝体结构断面，形成断面轮廓集成族；
步骤4：根据所述断面轮廓集成族和各所述构件模型属性集，通过放样或放样融合的方式，将各相邻坝体结构断面对应的断面分区连接、填充，形成各构件三维模型，进而集成所述土石坝模型；
步骤5：构造坝址区域三维地质模型；
步骤6：获取坝顶高程和开挖扩展距离、放坡坡度信息，结合所集成的土石坝模型和所构造的坝址区域三维地质模型，生成开挖之后的三维地质模型；
步骤7：合成所述土石坝模型和所述开挖之后的三维场地模型，构成土石坝工程整体模型；
步骤8：输出所述土石坝工程整体模型、所述土石坝模型、各构件三维模型以及土方开挖量。
3.2 程序设计
土石坝中的均质土坝、分区土坝其结构相对简单，通过整体断面集成来实现模型构件的创建。其构件对象由上游坝坡、防渗体、排水结构、下游结构、坝顶结构、坝体结构等构件对象构成。程序界面设计如图1所示。
图1 分区土石坝
心墙堆石坝与混凝土面板堆石坝结构相对复杂，分为坝顶结构与坝体两部分分别集成设计。坝顶结构的构件对象由防浪墙、下游挡墙、路面构成。 心墙堆石坝的坝体结构由大坝、心墙、堆石三种数据对象描述。面板堆石坝的坝体由堆石坝体、垫层与过渡区、面板与趾板三种数据对象描述。程序界面设计如图2、图3所示。
图 2 坝顶结构
图 3 面板堆石坝坝体
3.3 属性数据
土石坝水工构件众多，属性数据存在差异，通过构件属性集的形式针对每一种坝型的水工构件构造一套属性集，以SQL数据库的形式存贮于程序中，将相应的构件属性在Revit中以共享参数的形式挂接到模型中。防浪墙的属性集信息如图4所示。
图 4 防浪墙构件属性
4. 王岗山大坝设计
王岗山水库工程由大坝、左岸溢洪道、输水隧洞、导流隧洞、输水管线工程、防汛道路等组成。大坝坝型为分区土石坝，坝顶轴线长397m，坝顶宽度为8m，坝顶高程97m，最大坝高39.2m。大坝依据本方法所开发的分区土坝快速创建程序，输入大坝构件的各项参数，总共创建多个里程断面，在极短的时间即可创建大坝的BIM模型。
5. 结语
提出了基于Revit二次开发的土石坝模型集成设计方法，利用Revit API开发了三种土石坝坝型的快速创建程序，创建模型的同时为模型构件赋予相应的属性集，提高了模型的创建效率，使模型本身的属性信息数据结构化。
[1] 牛立军，梁燕迪，王程．基于Revit二次开发的水利工程BIM正向设计研究[ J].人民黄河，2022,44(3):155-159.
[2] 史修府，杨猛，杰德尔别克·马迪尼叶提，等. 基于Revit软件的水利水电工程参数化建族[J]. 水利水电快报,2021,42(3): 85-88.
[3] 王延平 Revit在水利工程施工图设计中的应用初探[ J].中国水运，2019，19(7)
[4] 朱致远，牛志伟，张宇，等．Revit二次开发在水闸工程挡土墙设计中的应用[J]．人民长江,2021,52(2): 117-121．
[5] Autodesk Asia Pte Ltd.AUTODESK REVIT二次开发基础教程[M].上海：同济大学出版社，2015: 16-18.