我國是一個季風氣候明顯的國家，降水季節分配差異大。每年4月，我國東南部雨季率先爆發，這個階段一般被稱為“江南春雨期”。

甘正倫版畫：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，杜絕運營期間多數路基病害發生。

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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BIM依托三維地形曲面和影像數據，排水設計的系統性和直觀性顯著增強，工程數量計算更加精確。

 

二編

 

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

 在達索系統下直接進行排水溝平縱斷面骨架線設計，開發周期和工作量都很大，如果通過AutoCAD二次開發技術，基于數字地面模型、地面影像、路基、橋梁、隧道等專業模型，先快速完成排水平縱斷面骨架線設計，再導入達索系統進行三維建模，進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新一代的二次開發工具，能快速訪問AutoCAD圖形數據庫，以動態鏈接庫的形式實現許多復雜功能。

小編

 

在此主要探討在VS2008平臺上采用ObjectARX，實現排水溝溝底空間曲線的平縱協同設計方法。

 

1 創建數模、視口，導入路橋隧模型和地面影像

 利用測繪專業采集并進行分類處理后的雷達點云數據，構建數字地面模型，按照種類不同，可分為Delaunay三角網和方格網數模。在進行排水設計之初，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，清理數模對象。

 在CAD中創建2個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體；平縱視口的大小比例可由用戶自定義調整。

 將達索系統下創建的路基、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，并結合地面坡度走向，設計排水溝的初始平面位置。

濟青高鐵青陽隧道洞口排水平縱協同設計

2 排水平面交互式設計

 基于ObjectARX進行CAD二次開發時，常用到字典來管理數據庫對象，自定義實體技術創建定制多種屬性和方法的設計模型，夾點拖動技術進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體對象。在排水設計中，通過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體對象編碼。

 自定義實體是ARX為開發者提供的具有圖形表現的定制數據庫對象類，一般由AcDbEntity類派生，開發者一般需要重載繪制、炸碎、夾點拖動等關鍵函數。創建排水平面自定義實體，是在平面視口中逐個添加水溝平面交點，創建由直線段和圓弧組成的平面水溝溝底中心線，曲線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、夾直線中點作為水溝平面交互式編輯的夾點，通過夾點拖動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 排水縱斷面自動化設計

 通過自動更新地面線、坡度自動模擬和順坡等手段，必要時輔以少量交互式調整，基本實現了縱斷面的自動化設計。

 地面線自動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。

 坡度自動模擬是基于最小二乘法原理，對地面線進行直線模擬并進行分坡處理，縱斷面自定義實體繪制時按照坡度向上和向下，采用不同的顏色繪制坡長、坡度及坡段線，并標注坡段上指定間隔位置處的填挖量，便于直觀地檢查水溝溝底高程是否滿足順坡要求。

 自動順坡是選擇一段水溝的最高點，進行單面坡或人字坡排水設計，可減少手動調坡的工作量。最后通過少量交互式調整，使排水縱斷面在滿足順坡要求的前提下與地面線更加貼合。

排水縱斷面圖

4 排水平縱協同設計

 應用ObjectARX反應器技術，實現排水平縱斷面實體按里程同步顯示、平縱斷面實體間的及時協同更新功能。ARX提供了一系列反應器類（Reactor）來監視不同類型的事件或者消息。在排水平縱協同設計中，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類派生，用來監視AutoCAD命令。在排水設計中，通過重載該類的viewChanged()函數，可計算鼠標所在位置對應的平面里程，進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類派生，用來監視數據庫對象的創建、修改或刪除。在排水設計中，通過重載該類的objectAppended()、objectModified()、objectErased()等關鍵函數，實現水溝平面創建、修改，刪除時自動創建、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坐標，在CAD里生成三維多段線，為滿足達索系統下水溝截面按此空間曲線掃掠成體的要求，在CAD里把該三維多段線轉換成三維樣條曲線。

 在達索系統內創建排水溝BIM模型，首先要結合鐵路BIM技術標準研究最新成果，完成排水IFC標準在達索系統的部署，然后創建參數化的排水設計模板，最后通過模板實例化完成排水溝BIM模型的創建。

1 排水IFC標準的應用

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

2 排水溝參數化模板的創建

 創建功能強大的參數化模板，并不斷積累豐富形成模板庫，實現專業設計功能，是達索系統BIM設計的主要特色。創建并優化后的等截面排水溝模板IFC分類為IfcPipeSegment，屬性集“Pset_PS_DitchSegmentCommon”，輸入元素為溝底空間曲線和兩側地面交線，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，應設置溝底寬度漸變率為1/20的過渡段，該段排水溝采用變截面排水溝模板，創建方法與等截面排水溝模板類似，不同之處在于輸入截面參數為起終點2個截面的參數，水溝本體為變截面掃掠。

 應用上述方法，先后在京沈客專、濟青高鐵、陽大鐵路BIM試點項目中，進行了排水BIM設計。

京沈客專路基及橋下排水

京沈客專含過渡段排水

濟青高鐵青陽隧道洞口排水

陽大鐵路隧道路基及橋下排水

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在實現路基排水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題，開展進一步研究。

 

       采用CAD二次開發實現排水平縱聯動協同設計，再將成果導入達索系統，創建排水BIM模型的方法，通過實際項目應用驗證，其自動化程度高，成功實現了鐵路路基排水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、直觀性和信息化水平，對開展給排水設計協調性檢查和推動BIM技術在施工中的應用具有重要價值。