□劉燕強 張延忠 朱建和

基于Bent ley Microsation的水工鋼閘門三維參數(shù)化設計

□劉燕強 張延忠 朱建和

以Bent1ey Microsation軟件為平臺，通過二次開發(fā)，進行水工鋼閘門三維參數(shù)化設計；以數(shù)字驅動模型，用模型更新圖紙，實現(xiàn)對鋼閘門的自動建模和三維圖紙的繪制，同時增加鋼閘門的設計直觀效果，提高設計效率。

三維設計；平面鋼閘門；參數(shù)化

1.概述

本文利用Bent1eyMicrosation軟件進行二次研發(fā)，建立了水工鋼閘門三維參數(shù)化數(shù)字模型，通過人機交互輸入鋼閘門設計基本參數(shù)，即可實現(xiàn)對鋼閘門的參數(shù)化建模、重心計算、工程量統(tǒng)計以及三維圖紙繪制，大大提高了工作效率和設計精度。

1.1 軟件簡介

隨著科學技術的不斷發(fā)展和人們對效率及效果的不斷追求，三維設計在水利工程中逐漸成熟并發(fā)展起來，三維設計也從真正意義上做到了“所建即所想”。三維設計構建的三維模型是設計產品的精確映射，可方便地生成多個相互鏈接的多角度視圖；可以提取計算模型，進行相關計算；也可以進行設備仿真運行；還可以提供精確的工程量。Bent1ey公司的Microsation是一款強大的三維建模軟件。本文利用Microsation軟件中VBA項目管理工具進行了閘門參數(shù)化建模研究。

1.2 參數(shù)化設計

參數(shù)化設計包括參數(shù)化圖元和參數(shù)化修改引擎。Microsation軟件的VBA二次開發(fā)功能為閘門參數(shù)化建模提供了強大的支撐平臺，利用VBA編程語句以閘門零部件基本形式為閘門參數(shù)化圖元，以閘門各零部件裝配關系為閘門參數(shù)化修改引擎，進而實現(xiàn)閘門的參數(shù)化建模。

2.鋼閘門參數(shù)化設計

對于同一類型的閘門，可以采用相同的結構布置型式。比如對于所有低水頭露頂式閘門，均可以采用雙主梁（前止水）型式的閘門門型。設計時僅需要對面板、主梁、次梁、邊梁等零部件尺寸進行調整，就可以通過參數(shù)化修改引擎驅動來實現(xiàn)參數(shù)化設計。

2.1 定義參數(shù)化圖元

要獲得閘門參數(shù)化圖元必須先定義閘門參數(shù)化變量，閘門參數(shù)化變量包括孔口寬度（B）、閘門高度（H）、面板厚度（MH）等一系列變量。

下面以生成面板為例介紹如何形成面板圖元。面板是一個立方體，可以通過一個平面四邊形通過拉升形成。

首先利用Microsation中繪制平面命令（Set Shape E1ement=object.Create Shape E1ement1 （Temp1ate，Vertices[，F(xiàn)i11Mode]））獲得閘門參數(shù)化圖元的平面圖形。

其次通過Microsation中拉伸命令（Set SmartSo1idE1ement=SmartSo1id.ExtrudeC1osedP1anarCurve(ShapeE1ement, 0，a，True)）形成閘門參數(shù)化圖元實體。最后利用object.Co1or[=Long]功能和[Set]object.Leve1[=Leve1]功能將其賦予一定的顏色和圖層，得到一個完整的閘門面板的參數(shù)化圖元。

2.2 定義參數(shù)化修改引擎

閘門參數(shù)化修改引擎滲透在整個參數(shù)化圖元建模過程中，在參數(shù)化圖元建模中每一個零部件的主動尺寸由用戶自行設定，從動尺寸與放置位置等都在預先設置好的計算框架中進行。

以閘門邊梁為例簡單說明閘門參數(shù)化驅動引擎。首先確定邊梁圖元平面圖形的繪制起點應考慮的面板厚度、邊梁自由端等因素，最終確定起點坐標為（MH,10+BZ-BFH/2,0），而非（0,0,0）(BZ為邊梁自由端寬度，BFH為邊梁腹板厚度)。由此可見，閘門零部件中存在一大部分從動尺寸，而這些從動尺寸都可以通過主動尺寸計算可得，這個計算過程綜合起來就得到了閘門參數(shù)化修改引擎。

3.鋼閘門重心計算

鋼閘門的重心在工程設計中非常重要，它決定著上部啟閉機室梁系布置，是閘門計算中的一個重要計算內容，因而在生成閘門模型過程中需要融入閘門重心計算。閘門重心計算是通過將閘門各零部件重量分別對閘門面板求重力矩來求得。

利用Microsation中計算實體體積函數(shù)object.ComputeVo1ume，結合鋼材及橡膠密度，得到閘門的各零部件重量，同樣也可以利用其求質心函數(shù)，得到各零部件對面板的力矩。這樣可以在計算閘門重量過程中得到閘門的重心，將繁瑣的閘門重心計算過程程序化。

4.參數(shù)化建模應用

以河北省引黃入冀補淀工程吳沙閘重建工程為例，詳細說明參數(shù)化建模在實際工程中的應用。吳沙閘共2孔，孔口寬度5.0m，正向設計水頭5.15m，反向設計水頭4.68m，閘門門型選擇為雙主梁露頂式（前止水）。首先輸入初始參數(shù)，閘門的寬度、高度、梁格間距及梁的截面參數(shù)等。

圖1 閘門軸測圖

待閘門參數(shù)信息輸入完畢后，點擊生成閘門按鈕，就可以獲得閘門模型。同時還能計算出吳沙閘閘門總重為6139.83kg，閘門止水重422.01kg，閘門重心距離閘門面板153.55mm。最后可以通過Microsation的幾個不同視圖來直觀顯示閘門的三維細節(jié)，如圖1所示。

5.結束語

本成果應用于水工鋼閘門設計中，能夠快捷、準確的建立鋼閘門的三維模型，為工程整體布置提供方便。該模型還可用于工程量提取以及有限元結構分析，為整個工程的協(xié)同設計提供保障。同時可將模型置于Microsation中預先設定好的剪切立方體中，當修改模型參數(shù)時與之相關聯(lián)的工程圖紙將自動進行修改，實現(xiàn)了以數(shù)字驅動模型、用模型更新圖紙，能極大的提高設計效率。□

2016-09-10

劉燕強，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設計研究院，助理工程師。

張延忠，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設計研究院，工程師。

朱建和，男，漢族，河北省水利水電第二勘測設計研究院，正高級工程師。