林 峰,劉仁德,冷園園

(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計研究院,江西 南昌 330029;2.江西省水工結(jié)構(gòu)工程技術(shù)中心,江西 南昌 330029)

三維軟件平臺在面板堆石壩設(shè)計中的應(yīng)用

林 峰1,2,劉仁德1,2,冷園園1,2

(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計研究院,江西 南昌 330029;2.江西省水工結(jié)構(gòu)工程技術(shù)中心,江西 南昌 330029)

混凝土面板堆石壩工程傳統(tǒng)的設(shè)計方式,是從趾板"x"線展開圖到平面圖,再進行反向驗證與修改.水工與地勘專業(yè)進行重復(fù)工作,具有一定的局限性,對布置的優(yōu)化缺乏控制,設(shè)計效率很低.Bentley三維設(shè)計平臺結(jié)合"華東院"地質(zhì)模型軟件,可以提高混凝土面板堆石壩的設(shè)計參數(shù)精準度和設(shè)計品質(zhì),縮短計周期,提高設(shè)計質(zhì)量,同時又可以對設(shè)計流程進行優(yōu)化.

BIM技術(shù):Bentley三維設(shè)計平臺:面板堆石壩

0 引言

目前BIM技術(shù)已經(jīng)家喻戶曉了,不僅在我國的大面積應(yīng)用,在全球范圍內(nèi)也得以推廣應(yīng)用,現(xiàn)在越來越多的基礎(chǔ)設(shè)施類工程也開始逐漸應(yīng)用,相比房建類工程來說,基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用BIM技術(shù)可以說是我國建筑類的一次進步,那么BIM技術(shù)在水利水電工程中有什么優(yōu)勢,Bentley三維設(shè)計軟件作為典型的BIM軟件,在混凝土面板堆石壩工程設(shè)計中又有哪些進步與不足.

1 BIM技術(shù)在設(shè)計中的優(yōu)勢

采用BIM軟件進行三維建模,能夠精確剖切大壩任意位置剖面圖,避免傳統(tǒng)的二維設(shè)計中通過點線面方式繪制剖面圖的繁瑣工作,提升設(shè)計人員工作效率;在傳統(tǒng)二維設(shè)計中,因設(shè)計人員的疏忽,繪圖錯誤難以避免.采用三維建模,全部的視圖、剖面以及二維圖紙具有聯(lián)動性,一處改動,相關(guān)文件自動匹配更新,使修改設(shè)計便捷化;水利樞紐工程設(shè)計中不同專業(yè)的最新工作成果實時出現(xiàn)在同一總裝模型中,錯誤碰撞、交叉干擾的問題一目了然.傳統(tǒng)的二維設(shè)計對工程設(shè)計人員空間想象力的要求很高,標準不一.應(yīng)用BIM技術(shù)可以有效減少一些因設(shè)計人員空間想象不正確而產(chǎn)生的錯誤.

2 Bentley三維設(shè)計的一般流程

通過對"江西省尋烏縣太湖水庫工程"混凝土面板堆石壩樞紐段以及"江西省浯溪口水利樞紐工程"重力壩段的三維建模實訓(xùn),對三維設(shè)計的基本流程有了初步總結(jié):

我們在進行三維建模之前,首先應(yīng)該明確建筑物的主要控制軸線,該控制軸線上建筑物的典型橫剖面,剖面沿軸線的空間伸展形式(沿路徑掃描生成體、沿路徑漸變生成體等等),將這幾點理清楚之后,再開始我們的三維建模工作,選擇相應(yīng)的軟件操作命令即可,當(dāng)然這個過程中會遇到各種各樣的問題.

面板堆石壩相對于重力壩來說,控制軸線多了不少,趾板"x"線、大壩軸線、溢洪道各段軸線等等,并且這些軸線大都是空間曲線,比重力壩單一的大壩軸線復(fù)雜很多.例如.溢洪道泄槽段的軸線需要用到專門的三維道路軟件制作,給建模帶來比較大的困難.另外,由于面板堆石壩的軸線是空間曲線,例如趾板"x"線是相對于大壩軸線和水平面都有夾角的空間直線,在沿軸線生成趾板實體的操作中,我們需要通過將局部坐標系切換到垂直這一軸線后,進行斷面沿軸線的掃描,趾板分段越多,工作量越大.在面板堆石壩建模中,周邊縫位置的模型處理也同樣涉及到局部坐標系的轉(zhuǎn)換問題,因此,局部坐標系在三維建模中有著相當(dāng)重要的運用.

3 開展三維設(shè)計的優(yōu)勢與必要性

江西省尋烏縣太湖水庫工程擋水建筑物采用混凝土面板堆石壩,筆者參與了該項目從可行性研究到施工圖階段混凝土面板堆石壩部分的設(shè)計計算工作,對混凝土面板堆石壩傳統(tǒng)二維設(shè)計手段與全新的Bentley三維解決方案之間的優(yōu)缺點有如下認識:

1)在三維模型中,可以采用垂直趾板"x"線剖切面板的方法得出趾板的仰角,以驗證計算的準確性,甚至于直接在剖切圖中得到該角度,從而省去繁瑣的公式推導(dǎo)與計算,提高設(shè)計效率和保證設(shè)計的可靠性.

2)對于不同部位之間的具體銜接情況,例如左岸壩肩擋墻與趾板、面板的銜接以及溢洪道進水渠左側(cè)擋墻與趾板、面板的銜接等,在二維設(shè)計圖紙中,我們一般通過空間想象來繪制這些銜接部位的剖面圖;而在三維模型中,我們通過實體建模,可以非常直觀的看到這些復(fù)雜部位的具體銜接形式,通過剖切的方式得到需要的二維圖紙.

3)對于一些空間異形結(jié)構(gòu),例如趾板轉(zhuǎn)彎段的異形板,如果可以將三維模型引入施工過程中作為指導(dǎo),想必對施工單位更好的領(lǐng)悟設(shè)計人員的設(shè)計意圖有著不小的幫助.

4)在二維設(shè)計手段下,水工專業(yè)利用地勘專業(yè)提供的沿趾板"x"線的地質(zhì)展開圖進行趾板的立面展開布置,再將布置反應(yīng)到平面圖上得到趾板"x"線的平面布置,然而這個平面布置與地勘專業(yè)的定線是有偏差的,無法保證設(shè)計的精準性.如若由于各方面因素的影響,對趾板"x"線進行調(diào)整后,地勘專業(yè)需要重新提供沿新的趾板"x"線的地質(zhì)展開圖以及垂直各段趾板"x"線的地質(zhì)剖面圖,這樣重復(fù)的工作量很大,影響到整個項目的進展.

引入"中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院"的地質(zhì)模型插件,由地勘專業(yè)將地質(zhì)模型建成后,對于趾板"x"線的定線工作效率和準確性將起到很大的幫助.如果有了三維地質(zhì)模型,整個庫區(qū)的地模一目了然,水工設(shè)計人員可以非常清楚趾板是否坐落在滿足規(guī)范要求的巖層上,省去專業(yè)之間重復(fù)互提資料的麻煩,縮短設(shè)計周期,提高設(shè)計精確度,推動整個項目的快速進展.

4 Bentley三維設(shè)計軟件的不足與展望

Bentley三維設(shè)計平臺的造型功能十分強大,一般的三維模型在該軟件中都能夠較為輕松地建立起來.但是,建立好的三維模型能夠有哪些方面的運用和拓展,這個問題值得思考,比如,該軟件自身并沒有有限元分析計算功能,必須結(jié)合其他專業(yè)的有限元分析計算軟件(如ANSYS等)進行相關(guān)的仿真計算工作.而ANSYS等三維有限元計算軟件具有計算速度快、操作簡單、功能完善等優(yōu)點,但在建模方面特別是網(wǎng)格劃分上需要花費很大的精力,結(jié)構(gòu)設(shè)計修改后計算模型的修改工作量很大.因此,Bentley三維設(shè)計軟件與AN?SYS等三維有限元計算軟件可以進行優(yōu)勢互補.在混凝土面板堆石壩工程中,完全可以將Bentley三維模型導(dǎo)入ANSYS中進行壩體和趾板的應(yīng)力分析以及相關(guān)的滲流計算等,為設(shè)計提供可靠的依據(jù).

然而,從嘗試來看,Bentley三維設(shè)計軟件建立好的三維模型,導(dǎo)入到ANSYS中會出現(xiàn)一些問題,例如,各部位模型相互錯位,坐標系混亂等等,這些都應(yīng)當(dāng)是三維設(shè)計軟件自身需要去完善的功能,這樣才能將三維模型的資源價值得到更好的發(fā)揮.

對于工程前期設(shè)計階段來說,往往有著很多不同的布置方案,采用Bentley三維解決方案可以更快更直觀的對各方案進行布置、工程量等方面的對比,給方案比選帶來便利.在施工圖階段,利用切圖工具批量生產(chǎn)二維圖紙,提高設(shè)計生產(chǎn)的效率,利用三維模型可以清晰的指導(dǎo)和檢查復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場施工,提供可靠的施工質(zhì)量保證以及全生命周期的質(zhì)量追蹤,提升水利工程的信息化水平.

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