AutoCAD Civil 3D在雙曲拱壩建模中的應用

王奕欽

(新疆水利水電工程建設監理中心，烏魯木齊 830000)

文章編號：1006—2610(2015)01—0103—03

AutoCAD Civil 3D在雙曲拱壩建模中的應用

王奕欽

(新疆水利水電工程建設監理中心，烏魯木齊 830000)

以水利水電工程中大壩體型較為復雜的雙曲拱壩為例，從原始地形曲面創建、拱壩體型裝配設置、大壩圓弧曲線放樣、邊坡開挖、挖填方工程量計算等方面介紹了Civil 3D在水利工程中壩體建模方面的應用。總結了AutoCAD Civil 3D在在水利工程中的應用前景，可為水利水電工程設計者提供參考。

AutoCAD；Civil 3D；雙曲拱壩； 建模

0 前 言

AutoCAD Civil 3D軟件是一款面向土木工程設計與文檔編制的建筑信息模型(BIM)解決方案，能夠幫助從事交通運輸、土地開發的土木工程專業人員保持設計的協調一致，更輕松、更高效地探索設計方案，分析項目性能，同時能夠在熟悉的AutoCAD環境中進行設計。

隨著軟件的發展，Civil 3D在水利工程中的壩體建模、邊坡開挖、土方量計算、匯流分析等方面也得到了長足發展。余劍[1]介紹了Civil 3D在土方量計算方面的原理和方法，提出根據地形的不同可以采用三角網曲面、柵格曲面、三角網體量曲面、柵格體量曲面。江寶剛[2]實現了復雜地形基礎開挖和工程量的統計計算，解決了傳統土方量計算精度低、耗時長的問題。賈丙普等人[3]將Civil 3D運用到水利樞紐測量的工作中，利用點高程創建出三維原始地形曲面，對曲面進行處理，刪除了較高或較低的錯誤的高程點，修正了對地形曲面。蘭立偉等人[4]以土石壩為例，從創建壩軸線橫剖面、大壩主體工程放坡、大壩工程量提取等多方面介紹了Civil 3D在水利工程中的應用，總結了Civil 3D在水利工程中的優勢。

拉哈克水庫工程是以供水、灌溉為主，兼顧發電，并為改善區域生態環境和發展旅游創造條件的水利工程，工程由攔河壩、表孔溢洪道、底孔泄洪洞、發電引水洞和廠房等組成。擋水建筑物采用碾壓混凝土雙曲拱壩，水平拱圈曲線為拋物線，最大壩高90 m，壩頂高程1 321 m，拱壩壩頂弧長278.30 m，壩頂中心角86°，壩頂厚4.5 m，壩底厚26 m，厚高比為0.29，屬中厚拱壩。

為提高設計效率和產品質量，筆者采用Civil 3D軟件進行設計，結合設計過程，介紹了Civil 3D在拱壩建模、大壩主體裝配設定、曲面放坡、工程量提取等方面的應用。

1 Civil 3D在拱壩建模中的應用

1.1 創建原始地形曲面

圖1 庫區地形曲面圖

野外測量的高程點相互之間可以組成柵格或者三角網，這些柵格或三角網連接到一起即可形成柵格曲面或三角網曲面。Civil 3D提供了“邊界”、“特征線”、“DEM文件”等多種柵格或三角網曲面創建方式，對于水利工程，設計師經常遇到的是一系列的高程點或等高線，因此我們通常利用Civil 3D中的“等高線”或“高程點”來創建原始地形曲面。原始地形曲面創建完成后，利用Civil 3D自帶的“對象查看器”功能查看三維地形曲面，如果曲面中個別高程出現過高或過低的壞點，可通過“曲面特性”中的“定義”命令對該點進行修正，排除大于或小于常規點的高程值。本文創建的原始地形曲面見圖1。Civil 3D“曲面特性”功能還可以進行坡度、坡向、等高線、高程、產匯流等信息的分析。圖2就是對庫區的地形進行坡面分析，通過“坡面箭頭”查看地形坡面，進行產匯流分析。圖中黑色線條就是勾勒出的洪溝，也是庫區除天然河道外主要的來水方式。

1.2 拱壩建模

Civil 3D提供了成熟的路橋專業的裝配，對于水利水電工程來說，設計師需要重新定義大壩主體的斷面形式，從而進行裝配設置。蘭立偉等人[4]采用“道路裝配創建工具”建立了土石壩的標準梯形斷面裝配，通過驅動裝配的參數以適應不同坡比和高程的要求，提高了工作效率。

圖2 庫區產匯流分析圖

1.2.1 拱冠梁裝配設置

雙曲拱壩由于拱冠梁和拱圈都是由曲面組成，因此限制了裝配的參數驅動，設計師需根據不同工程的需求重新定義裝配。需要注意的是，Civil 3D中的裝配只識別多段線，因此設計師要特別注意所有的橫斷面都要用多段線來繪制。拱冠梁斷面繪制好以后，點擊“創建設計面板”中的“裝備-創建裝配”，命名后保存，為后續生成拱冠梁曲面做準備。點擊上一步中生成的裝配，“裝配面板”就會切換到“裝配：名稱”界面，點擊添加到裝配，將拱冠梁曲面選中，拱冠梁裝配設置完畢。

1.2.2 壩頂放坡軸線繪制

拱冠梁需要沿一個固定的路徑旋轉而后才能形成一個實體，此時就要繪制這條路徑。本文采用路橋設計中“創建道路”的方法，對拱壩壩頂曲線進行放坡繪制。根據地質勘查資料確定拱端和拱圈位置并將其轉換成多段線，通過“路線—從對象創建路線—名稱”的命令流創建一條路線，點擊“創建設計”面板中的“道路”命令創建一條道路，此時要注意“創建道路”窗口中的“路線”要選擇上一步的路線名稱。這里所創建的道路實際上就是拱壩壩頂軸線，拱冠梁就是沿著這條道路繪制拱壩的實體。通過“對象查看器”可以直觀的查看拱壩三維體型(見圖3)。

1.3 壩基開挖與工程量提取

打開“道路特性”表中的“曲面”，生成壩底開挖曲面，此時生成的開挖曲面與實際相差較大，我們需要用“創建設計”面板中的“從道路創建邊界”命令對開挖曲面進行修剪。修剪后的壩基開挖曲面見圖4。

選中壩基開挖曲面，工具欄中會出現“三角網曲面”面板，依次選擇“體積面板-創建新體積曲面”并在對話框中選擇基準曲面(原始地形曲面)和對照曲面(壩基開挖曲面)完成體量分析。壩基開挖工程量結果見圖5。

圖5 壩基開挖工程量圖

2 結 論

本文以水利水電工程中大壩體型較為復雜的雙曲拱壩為例，依托拉哈克水庫工程介紹了Civil 3D從原始地形曲面創建、拱壩體型裝配設置、壩頂圓弧曲線放樣、邊坡開挖、挖填方工程量計算等方面在水利工程中拱壩壩體建模方面的應用，得到了較好的分析、計算和展示效果。同時提高了拉哈克水庫工程設計效率和產品質量，該項目目前已進入可研階段，得到了業主的充分認可。通過該軟件的應用，筆者總結了Civil 3D在水利水電工程中的應用主要有以下幾方面的優勢：

(1) 強大的地形處理功能和地形坡向、坡度、等高線等的分析功能，為設計者在庫區選擇、壩址確定等方面提供了參考，提高了設計的準確性。

(2) 地形曲面和開挖曲面的結合計算工程量，縱橫斷面圖的動態相應功能[5]，提高了工作效率。

(3) Civil 3D的曲面編輯功能能夠很好地矯正勘測設計過程中地形資料的準確性，避免地形錯誤對工程產生的影響。

[1] 余劍.Civil 3D在土方量計算中的應用[J].城市勘 測,2009,(4):128-130.

[2] 江寶剛.淺談Autodesk Civil3D軟件在工程中的應用[J].山西建筑,2008,(16):364-365.

[3] 賈丙普,陳博,陳黨瑩.AutoCAD Civil 3D在亭子水利樞紐測量工作中的應用[J].四川水利,2013,(3):59-61.

[4] 蘭立偉,嚴杰.AutoCAD Civil 3D在水利工程設計中的應用[J].中國水運(下半月),2009,(12):120-121.

[5] 劉云峰.基于Civil 3d的動態數字地形模型(DTM)建立及土木工程應用介紹[J].黑龍江科技信息,2011,(36):49.

[6] 何全平，馬傳彬，施玉群.基于改進型證據理論的高拱壩多效應量融合模型[J].西北水電，2011,(S1):71-75.

Application of AutoCAD Civil3D in Modeling of Double-Curvature Arch Dam

WANG Yi-qin

(Xijiang Supervision Center of Water Resources and Hydropower Engineering Construction, Urumqi 830000,China)

With the case of the double-curvature arch dam whose outline is complicated in water resources and hydropower projects. Application of Civil 3D in dam modeling is described in terms of establishment of the original topographic curve, arrangement of components of the arch-dam outline, setting-out of the dam arc curve, slope excavation, calculation of work quantities of excavation and backfill, etc. The application prospects of the application of AutoCAD Civil 3D in water resources and hydropower projects are summarized, providing the designer of water resources and hydropower projects with reference.

AutoCAD; Civil 3D; double-curvature arch dam; modeling

2014-05-19

王奕欽(1988- ),男,甘肅省張掖市高臺縣人,助理工程師,主要從事水利工程管理等方面的工作.

TV222.1

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.01.027