Civil 3D 參數(shù)化重力壩建模在水利工程中的應(yīng)用

程國(guó)鋒，丁靖瓊

(1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002；2.貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550002)

Civil 3D 參數(shù)化重力壩建模在水利工程中的應(yīng)用

程國(guó)鋒1，丁靖瓊2

(1.貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽(yáng) 550002；2.貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司，貴陽(yáng) 550002)

Civil 3D軟件是面向?qū)ο竽Ｐ驮O(shè)計(jì)的建筑信息解決方案，其部件編輯器對(duì)重力壩結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化模型編輯，在地形曲面中對(duì)模型進(jìn)行裝配，生成三維重力壩模型，并根據(jù)要求生成不同部位壩體橫斷面，計(jì)算不同材料分區(qū)的橫斷面面積及累計(jì)體積。通過(guò)調(diào)整模型參數(shù)，重力壩三維模型、橫斷面及工程計(jì)算相應(yīng)聯(lián)動(dòng)調(diào)整。Civil 3D在水利工程中的應(yīng)用將大幅提高水利工程重力壩設(shè)計(jì)的效率及減輕設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度。

Civil 3D；部件編輯；三維重力壩建模；水利工程設(shè)計(jì)

0 前 言

AutoCAD Civil 3D軟件是Autodesk公司推出的一款面向基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的建筑信息模型解決方案，它為基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的各類技術(shù)人員提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、分析以及文檔編輯功能。它對(duì)傳統(tǒng)的土木工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一場(chǎng)革命性的變革，工程領(lǐng)域中以圖紙為模板的設(shè)計(jì)過(guò)程必將被參數(shù)化模型為核心的設(shè)計(jì)模式取代，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得形象具體，工程量計(jì)算精確無(wú)誤，工程設(shè)計(jì)師將有更多的時(shí)間去分析建筑結(jié)構(gòu)的合理性和研究創(chuàng)新新結(jié)構(gòu)，工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量更有保證，設(shè)計(jì)周期將大幅的縮短。

1 Civil 3D參數(shù)化重力壩模型建立

Civil 3D自帶的Subassembly Composer部件編輯器通過(guò)可視化的軟件界面和圖形交互的形式，以繪制流程圖的方式創(chuàng)建帶有邏輯目標(biāo)的自定義部件，可創(chuàng)建滿足工程要求的結(jié)構(gòu)。

1.1 確定斷面的結(jié)構(gòu)形式

通過(guò)水文調(diào)洪計(jì)算、壩體穩(wěn)定計(jì)算及泄流計(jì)算等，確定重力壩的壩高、壩頂寬度、上游壩坡坡度，下游壩坡坡度，非溢流壩段溢流曲線等參數(shù)，為模型建立提供基本參數(shù)[1]。標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖1。

圖1 重力壩標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

1.2 定義部件參數(shù)

在部件編輯器里定義重力壩結(jié)構(gòu)尺寸及自定義名稱，便于辨識(shí)結(jié)構(gòu)尺寸及后期參數(shù)的修改。

1.3 定義邏輯目標(biāo)

定義地形曲面、開(kāi)挖線等邏輯目標(biāo)，便于開(kāi)挖線與地面線的相交及判斷開(kāi)挖坡度，參數(shù)設(shè)置見(jiàn)圖2-圖3。

圖3 定義邏輯目標(biāo)列表圖

1.4 結(jié)構(gòu)部件邏輯編輯

根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面尺寸，在編輯器工具欄中選擇相應(yīng)的流程圖、點(diǎn)、線、圓弧、輔助點(diǎn)、輔助線、邏輯判斷等工具，繪制帶有邏輯目標(biāo)的自定義部件，并將定義好的參數(shù)賦值給相應(yīng)目標(biāo)，詳見(jiàn)圖4-圖5。

圖4 模型建立流程圖

圖5 部件參數(shù)賦值圖

1.5 定義部件代碼

定義部件代碼主要包括點(diǎn)代碼、連接代碼及面域代碼，其作用是用于軟件自動(dòng)標(biāo)識(shí)高程、標(biāo)注結(jié)構(gòu)尺寸及坡度，以滿足橫斷面成圖后尺寸標(biāo)識(shí)滿足水工設(shè)計(jì)標(biāo)注要求。

2 Civil 3D重力壩實(shí)體模型生成

2.1 地形曲面生成

傳統(tǒng)測(cè)量二維地形圖，其真實(shí)地形只能通過(guò)等高線間距的疏密及等高線的高度賦值來(lái)判斷，很難去整體、直觀、準(zhǔn)確的判斷一個(gè)區(qū)域的地形趨勢(shì)。Civil 3D軟件的地形處理能力，可將二維地形圖轉(zhuǎn)換為三維地形曲面或三維地形實(shí)體，可直觀、真實(shí)的反映地理信息。其軟件操作內(nèi)容如下：(1)新建“地形曲面”,(2)二維地形圖地理信息的導(dǎo)入,(3)生成地形曲面,(4)對(duì)測(cè)量奇異點(diǎn)處理,(5)地形曲面符合性檢查。地形圖及地形曲面見(jiàn)圖6-圖7。

圖6 測(cè)量地形圖

圖7 生成地形曲面

2.2 裝配模型，生成重力壩實(shí)體模

創(chuàng)建重力壩模型基本流程如下：

1)按照設(shè)計(jì)要求，在規(guī)劃建壩址位置創(chuàng)建壩軸線，形成沿壩軸線縱斷面，判斷形成縱斷面的合理性，可直接調(diào)整壩軸線的位置，Civil3D的動(dòng)態(tài)相關(guān)性可動(dòng)態(tài)生成響應(yīng)的斷面，直至調(diào)整壩軸線調(diào)整到符合設(shè)計(jì)最佳位置[2]。

2)根據(jù)地質(zhì)條件及邊坡開(kāi)挖坡比，在壩軸線縱斷面上繪制壩基及壩肩開(kāi)挖線。

3)按照水工設(shè)計(jì)要求，沿著壩軸線裝配溢流壩段、非溢流壩段、閘墩、交通橋等模型，并且設(shè)定所有邏輯目標(biāo)，具體裝配見(jiàn)圖8。

圖8 三維重力壩模型裝配列表

4)生成模型裝配重力壩三維模型。

5)通過(guò)掃略形式將模型變?yōu)槿S實(shí)體模型，三維實(shí)體模型見(jiàn)圖9。

圖9 三維重力壩實(shí)體模型圖

3 模型調(diào)整及動(dòng)態(tài)計(jì)量

Civil 3D可沿著壩軸線任意設(shè)定距離生成橫斷面圖，根據(jù)模型創(chuàng)建時(shí)不同材料劃分區(qū)域原則，自動(dòng)計(jì)算每個(gè)橫斷面不同材料的斷面面積以及沿壩軸線生成的累計(jì)體積，并且可是生成體積計(jì)算報(bào)告。

在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，若遇到壩高、壩坡及壩頂寬度調(diào)整，開(kāi)挖條件改變，閘口寬度及高度調(diào)整等內(nèi)容，可在參數(shù)化模型中直接調(diào)整自定義參數(shù)，更新模型后，則整個(gè)重力壩模型、生成橫斷面及體積報(bào)告自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整[3]。斷面生成及工程量計(jì)算見(jiàn)圖10-圖11。

圖10 三維重力壩橫斷面圖 (一)

圖11 三維重力壩橫斷面圖(二)

4 結(jié) 語(yǔ)

Civil 3D軟件這種面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方式將改變傳統(tǒng)的面向圖形的工程設(shè)計(jì)方式，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將變成為參數(shù)化、實(shí)體化模型編輯，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)形式明確，邏輯關(guān)系豐富的模型，將可在工程設(shè)計(jì)中快速調(diào)取建模、工程計(jì)量、調(diào)整參數(shù)，做出不同的方案組合，滿足不同設(shè)計(jì)階段的方案比選及出圖設(shè)計(jì)。

[1]任耀．AutoCADCivil3D2013應(yīng)用寶典[M]．上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2013：66-80．

[2]劉云峰．基于Civil3d的動(dòng)態(tài)數(shù)字地形模型(DTM)建立及土木工程應(yīng)用介紹[J]．黑龍江科技信息，2011(36)：23-25.

[3]郝永志．AutoCADCivil3D在新疆某水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]．西北水電，2014(04)：11-14.

1007-7596(2017)06-0135-03

2017-05-16

程國(guó)鋒(1983-)，男，甘肅武威人，工程師，從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作；丁靖瓊(1986-)，女，貴州都勻人，經(jīng)濟(jì)師，從事水利經(jīng)營(yíng)管理工作。

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