跨平台联合应用强化三维设计价值

　　河南省水利勘测设计研究有限公司以Bentley公司三维设计平台为核心，联合其他多个顶级专业应用平台，共同设计和开发了部分工程项目，通过取长补短，发挥了三维设计的优势，并在各个阶段充分挖掘三维设计成果的利用价值。

　　跨平台设计是趋势

　　随着信息技术的飞速发展，三维协同设计、BIM技术逐渐成为主流，不断引领包括水利工程在内的各传统行业向前发展。为顺应时代发展潮流，国内各设计公司均纷纷成立数字工程中心，采用目前主流三维设计平台软件——AutoDesk公司的三维设计系列软件、Bentley公司的MicroStation三维设计系列软件和达索公司的Catia系列三维设计软件对传统水利工程进行三维协同设计。

　　从2012年底至今，通过采用Bentley公司的MicroStation系列平台软件，河南省水利勘测设计研究有限公司先后完成了前坪水库、南水北调沙河渡槽工程等近20个水利工程项目。在项目进行的过程中，我们一直在思考如何才能更好地利用三维协同设计以取得最好的设计效果，充分发挥三维设计成果的价值，并总结了很多有用的经验，其中很重要的一条就是要善于跨平台联合应用。

　　在水利工程设计领域，涉及技术非常多，如工程位置和线路规划、建筑物选型、水力计算、结构计算、水文、地质和特殊土处理等，采用单一平台软件往往无法满足工程设计要求，也不可能在各方面都做得最好。为此，在进行三维协同设计时，跨平台联合应用就显得尤为重要，通过发挥不同平台的优势，取长补短，可高效、高质量地完成工程设计。

　　在部分工程项目设计和开发中，我们尝试以Bentley公司的MicroStation系列三维设计平台为核心，联合Esri公司的ArcGis地理信息系列平台、DHI公司的Mike洪水分析平台、World Machine地形制作平台，以及Epic公司的Unreal Engine三维开发平台，共同完成了从前期工程三维设计到后期应用管理各阶段的工作，充分发挥了三维设计的优势。

　　前坪水库溃坝分析工程实例

　　在前坪水库工程设计和其后的溃坝分析工程设计中，我们首先采用了Bentley公司的三维设计平台对前坪水库工程进行三维设计，利用了基础平台MicroStation（Ss3）、场地开挖GEOPAK Civil和建筑设计AECOsim Building等模块，然后联合DHI公司的Mike洪水分析平台，包括Mike 11、Mike 21、Mike Flood等模块完成了前坪水库工程溃坝分析，并通过洪水分析，进一步改善了工程设计。项目设计主要分五步完成：

　　第一步，采用Bentley公司的MicroStation（Ss3）和AECOsim Building进行三维设计，得到各建筑物精确三维信息模型。

　　第二步，以工程三维模型为参考，采用Bentley公司的场地开挖模块GEOPAK Civil进行三维开挖设计，包括各建筑物地基开挖和河道治理扩挖设计，最后得到开挖后的地形场景。

　　第三步，将开挖后的场地以.xml格式导出，并在DHI公司的Mike洪水分析软件中作为基础DEM地形进行网格剖分和高程插值，以便进行洪水分析计算。

　　第四步，采用DHI公司的Mike 11、Mike 21和Mike Flood模块构建溃坝洪水分析计算模型，得到各时刻洪水要素，包括水深、流速、流向、水位等在二维空间中的分布数据。

　　第五步，将MicroStation平台得到的各建筑物三维模型、开挖后的场地模型和洪水计算结果在DHI公司的MIKE Animator模块中整合起来，制作前坪水库三维溃堤洪水模拟场景，实现洪水的动态演示、洪水要素实时查询等功能。

　　从该项目我们发现，Bentley公司以MicroStation为核心的三维设计平台系列软件具有很多独特的优点：第一，覆盖面广，几乎涵盖所有专业；第二，拥有一套严格的坐标定位体系，为精确建模和模型定位组装奠定坚实的基础；第三，具有参数化建模和信息化模型体系，既提升了工作效率，又能充分发挥三维模型的价值，并便于后期的管理；第四，以ProjectWise为核心的多专业协同设计平台，真正实现了多专业在线协同设计。而DHI公司的Mike洪水分析平台软件则是全球领先的洪水分析计算软件，可构建包括湖泊、海洋、河流等各类型水力分析计算模型，得到洪水演进过程中任意时刻和位置的洪水要素。本项目通过跨两个平台的联合应用，既解决了工程设计过程中的重要难题，也充分发挥了三维协同设计的优势，充分发挥了三维信息化模型在各阶段的利用价值。

　　尼日尼亚菲利亚公路项目实例

　　尼日尼亚菲利亚公路项目由于处于早期立项阶段，缺乏实测资料，仅有的资料是从Google地图上得到的航拍图和低精度高程数据。为使业主对工程充分了解，掌握工程全貌，促进工程尽早实施，我们联合了Esri公司ArcGis地理信息平台、World Machine地形制作平台，以及以MicroStation为核心的三维设计平台共同完成了工程的前期三维协同设计，顺利完成了该公路的三维设计工作，取得了较好的视觉效果，说服业主使得工程最终得以实施。项目设计过程为：

　　第一步，采用Esri公司的ArcGis从航拍影像图、地势图中提取了等高线、公路、房屋、河流等特征地形地物轮廓，生成低精度地形等高线和DEM高程灰度图。

　　第二步，由于等高线和DEM精度较低，无法描绘河流、公路、冲沟形态，以此建立的地形模型将无法满足工程三维设计需要。为此，在保证地形整体高程不变的情况下，通过采用World Machine地形制作平台，以低精度DEM数据为基础，通过导入公路、河流轮廓走向，并设置相应高程和形态参数，逐步将低精度地形雕刻成包含河流、冲沟、雨水冲刷与侵蚀痕迹的高精度逼真地形，最终生成高精度地形模型和地面纹理图，以供三维设计平台使用。

　　第三步，将高精度地形模型、公路居民房屋等地物轮廓、地形纹理图等导入以MicroStation为核心的三维设计平台里进行工程三维设计，建立公路、跨河桥梁、居民房屋等地面附属物的精确三维模型，顺利完成三维设计。

　　在尼日尼亚菲利亚公路项目中，我们通过采用多平台联合应用，实现了无资料的三维协同设计，满足了工程早期设计阶段各方面的要求，在不影响工程布置准确度的前提下，得益于World Machine的强大地形处理功能，得到了非常逼真的三维地形场景。而要做到这些，仅靠单一的平台是不行的。

　　其他拟开发项目的应用探索

　　目前，我们正着力于水利工程信息化系统的开发，其主要路径有两条：其一，基于Arcgis等GIS平台，采用B/S架构进行的水利信息化系统开发，比如智慧沙颍河项目；其二，基于Unreal Engine等三维引擎平台，采用C/S架构进行的水利信息化系统开发，比如前坪水库仿真项目。而无论是基于GIS平台的水利信息化系统开发还是基于Unreal Engine等三维引擎平台的水利信息化系统开发，均需要与以MicroStation为核心的三维设计平台联合，且需要专业计算软件的支持，将三维设计成果应用于水利信息化系统中，在后期运行管理阶段发挥三维设计成果的最大利用价值。

　　无论是基于GIS平台采用B/S架构进行的水利信息化系统开发，还是基于Unreal Engine等三维引擎平台采用C/S架构进行的水利信息化系统开发，要充分发挥其实用价值，必须有专业应用服务的支持，这是系统的灵魂所在，比如洪水计算、结构计算等水利工程中常见的专业分析计算。

　　从事水利工程行业BIM设计三年以来，我们经历了从新奇，到茫然，再到如今思路逐步清晰的过程。在此过程中，通过采用Bentley公司的MicroStation系列三维设计平台完成了近20个大中型水利和市政工程项目，通过在各个项目中对BIM技术的探索和价值的挖掘，确立了目前跨平台联合应用的方向。也许只有这样，才能取长补短，充分发挥三维设计的优势，并在各个阶段发挥三维设计成果的最大价值。

　　■河南省水利勘测设计研究有限公司 屈志刚