Civil 3D 參數化重力壩建模在水利工程中的應用

程國鋒，丁靖瓊

(1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002；2.貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司，貴陽 550002)

Civil 3D 參數化重力壩建模在水利工程中的應用

程國鋒1，丁靖瓊2

(1.貴州省水利水電勘測設計研究院，貴陽 550002；2.貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司，貴陽 550002)

Civil 3D軟件是面向對象模型設計的建筑信息解決方案，其部件編輯器對重力壩結構進行參數化模型編輯，在地形曲面中對模型進行裝配，生成三維重力壩模型，并根據要求生成不同部位壩體橫斷面，計算不同材料分區的橫斷面面積及累計體積。通過調整模型參數，重力壩三維模型、橫斷面及工程計算相應聯動調整。Civil 3D在水利工程中的應用將大幅提高水利工程重力壩設計的效率及減輕設計人員的工作強度。

Civil 3D；部件編輯；三維重力壩建模；水利工程設計

0 前 言

AutoCAD Civil 3D軟件是Autodesk公司推出的一款面向基礎設施行業的建筑信息模型解決方案，它為基礎設施行業的各類技術人員提供了強大的設計、分析以及文檔編輯功能。它對傳統的土木工程設計來說是一場革命性的變革，工程領域中以圖紙為模板的設計過程必將被參數化模型為核心的設計模式取代，結構設計變得形象具體，工程量計算精確無誤，工程設計師將有更多的時間去分析建筑結構的合理性和研究創新新結構，工程設計的質量更有保證，設計周期將大幅的縮短。

1 Civil 3D參數化重力壩模型建立

Civil 3D自帶的Subassembly Composer部件編輯器通過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建帶有邏輯目標的自定義部件，可創建滿足工程要求的結構。

1.1 確定斷面的結構形式

通過水文調洪計算、壩體穩定計算及泄流計算等，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，為模型建立提供基本參數[1]。標準斷面見圖1。

圖1 重力壩標準斷面圖

1.2 定義部件參數

在部件編輯器里定義重力壩結構尺寸及自定義名稱，便于辨識結構尺寸及后期參數的修改。

1.3 定義邏輯目標

定義地形曲面、開挖線等邏輯目標，便于開挖線與地面線的相交及判斷開挖坡度，參數設置見圖2-圖3。

圖3 定義邏輯目標列表圖

1.4 結構部件邏輯編輯

根據結構斷面尺寸，在編輯器工具欄中選擇相應的流程圖、點、線、圓弧、輔助點、輔助線、邏輯判斷等工具，繪制帶有邏輯目標的自定義部件，并將定義好的參數賦值給相應目標，詳見圖4-圖5。

圖4 模型建立流程圖

圖5 部件參數賦值圖

1.5 定義部件代碼

定義部件代碼主要包括點代碼、連接代碼及面域代碼，其作用是用于軟件自動標識高程、標注結構尺寸及坡度，以滿足橫斷面成圖后尺寸標識滿足水工設計標注要求。

2 Civil 3D重力壩實體模型生成

2.1 地形曲面生成

傳統測量二維地形圖，其真實地形只能通過等高線間距的疏密及等高線的高度賦值來判斷，很難去整體、直觀、準確的判斷一個區域的地形趨勢。Civil 3D軟件的地形處理能力，可將二維地形圖轉換為三維地形曲面或三維地形實體，可直觀、真實的反映地理信息。其軟件操作內容如下：(1)新建“地形曲面”,(2)二維地形圖地理信息的導入,(3)生成地形曲面,(4)對測量奇異點處理,(5)地形曲面符合性檢查。地形圖及地形曲面見圖6-圖7。

圖6 測量地形圖

圖7 生成地形曲面

2.2 裝配模型，生成重力壩實體模

創建重力壩模型基本流程如下：

1)按照設計要求，在規劃建壩址位置創建壩軸線，形成沿壩軸線縱斷面，判斷形成縱斷面的合理性，可直接調整壩軸線的位置，Civil3D的動態相關性可動態生成響應的斷面，直至調整壩軸線調整到符合設計最佳位置[2]。

2)根據地質條件及邊坡開挖坡比，在壩軸線縱斷面上繪制壩基及壩肩開挖線。

3)按照水工設計要求，沿著壩軸線裝配溢流壩段、非溢流壩段、閘墩、交通橋等模型，并且設定所有邏輯目標，具體裝配見圖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)通過掃略形式將模型變為三維實體模型，三維實體模型見圖9。

圖9 三維重力壩實體模型圖

3 模型調整及動態計量

Civil 3D可沿著壩軸線任意設定距離生成橫斷面圖，根據模型創建時不同材料劃分區域原則，自動計算每個橫斷面不同材料的斷面面積以及沿壩軸線生成的累計體積，并且可是生成體積計算報告。

在工程設計過程中，若遇到壩高、壩坡及壩頂寬度調整，開挖條件改變，閘口寬度及高度調整等內容，可在參數化模型中直接調整自定義參數，更新模型后，則整個重力壩模型、生成橫斷面及體積報告自動進行調整[3]。斷面生成及工程量計算見圖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 語

Civil 3D軟件這種面向對象的設計方式將改變傳統的面向圖形的工程設計方式，工程結構設計將變成為參數化、實體化模型編輯，創建結構形式明確，邏輯關系豐富的模型，將可在工程設計中快速調取建模、工程計量、調整參數，做出不同的方案組合，滿足不同設計階段的方案比選及出圖設計。

[1]任耀．AutoCADCivil3D2013應用寶典[M]．上海:同濟大學出版社，2013：66-80．

[2]劉云峰．基于Civil3d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)：23-25.

[3]郝永志．AutoCADCivil3D在新疆某水利工程設計中的應用[J]．西北水電，2014(04)：11-14.

1007-7596(2017)06-0135-03

2017-05-16

程國鋒(1983-)，男，甘肅武威人，工程師，從事水工結構設計工作；丁靖瓊(1986-)，女，貴州都勻人，經濟師，從事水利經營管理工作。

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