水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)范文

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1多專業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)路線

1．1多數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)用流程結(jié)合上述工程勘測(cè)設(shè)計(jì)分解方法，對(duì)三維勘測(cè)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行歸納，見圖3。選用CATIA軟件作為水工三維設(shè)計(jì)主導(dǎo)軟件平臺(tái)，主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如壩工、房、施工、機(jī)電等)直接在上面完成，作為三維模型的主要建立和信息儲(chǔ)存平臺(tái)，利用數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換程序或其他方式和其他專業(yè)應(yīng)用軟件集成起來，從而形成不同專業(yè)間的數(shù)據(jù)交流和傳遞。這樣既可發(fā)揮三維協(xié)同設(shè)計(jì)的巨大優(yōu)勢(shì)，又可體現(xiàn)出不同行業(yè)的特點(diǎn)。

1．2基于骨架關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的多專業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)借助于CATIA的骨架關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在理順工程總體與局部、專業(yè)與專業(yè)之間的設(shè)計(jì)參考和參數(shù)傳遞控制關(guān)系的前提下，先進(jìn)行總體樞紐布置骨架設(shè)計(jì)，在總體骨架控制驅(qū)動(dòng)下，各專業(yè)完成本專業(yè)子骨架設(shè)計(jì)，繼續(xù)向下驅(qū)動(dòng)、關(guān)聯(lián)直到由設(shè)計(jì)人員完成具體的細(xì)部結(jié)構(gòu)零件，圖4表示總體骨架與各專業(yè)子骨架等之間的驅(qū)動(dòng)關(guān)系。通過CATIA骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)及多軟件數(shù)據(jù)融合技術(shù)把水電工程多專業(yè)集于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。骨架是設(shè)計(jì)思想傳遞的載體，骨架間傳遞并驅(qū)動(dòng)著各專業(yè)設(shè)計(jì)參數(shù)關(guān)系，同時(shí)保證上下游專業(yè)設(shè)計(jì)以及并行交叉專業(yè)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、一致和及時(shí)變更。

1．3三維勘測(cè)設(shè)計(jì)校審協(xié)同工作流程多專業(yè)三維勘測(cè)設(shè)計(jì)的另一個(gè)核心之一是在項(xiàng)目中三維信息的共享轉(zhuǎn)換與高效利用，即是協(xié)同設(shè)計(jì)。三維信息模型居于頂端的支配地位，分別由地質(zhì)、水工、機(jī)電等專業(yè)建立;然后各專業(yè)根據(jù)設(shè)計(jì)階段又繼承和提取三維信息模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，對(duì)其進(jìn)行二次建模等，整個(gè)設(shè)計(jì)過程就是一個(gè)逐步求精的迭代過程，直至達(dá)到設(shè)計(jì)交付要求［1］。CATIA軟件能將地質(zhì)、樞紐、施工、機(jī)電整合一起進(jìn)行水利水電工程三維設(shè)計(jì)，其協(xié)同模塊VPM管理設(shè)計(jì)模型、結(jié)構(gòu)、骨架、參數(shù)、關(guān)聯(lián)信息、定義角色，提供設(shè)計(jì)校核、評(píng)審功能，方便設(shè)計(jì)人員即時(shí)交流。其中通過“權(quán)限機(jī)制”的設(shè)定，每個(gè)設(shè)計(jì)人員建立和修改與本專業(yè)相關(guān)的各種參數(shù)化信息，其他專業(yè)的設(shè)計(jì)人員可以參考，但不可修改。通過“”規(guī)則，只有通過具有校核與審查權(quán)限的人員批準(zhǔn)后才能對(duì)成果進(jìn)行提交以供其他專業(yè)的人員引用，這樣從協(xié)同設(shè)校審機(jī)制上參照并繼承了傳統(tǒng)既定的設(shè)計(jì)制度。結(jié)構(gòu)流程見圖5所示。

1．4專業(yè)知識(shí)模板庫(kù)此外，對(duì)于水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專業(yè)，包括壩工專業(yè)、廠房專業(yè)、導(dǎo)流專業(yè)、金結(jié)專業(yè)等設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)當(dāng)前設(shè)計(jì)需求通過VPM協(xié)同平臺(tái)中的專業(yè)知識(shí)模板庫(kù)(見圖6)查調(diào)所需模板，進(jìn)行必要的參數(shù)調(diào)整，快速完成設(shè)計(jì)。專業(yè)知識(shí)模板庫(kù)能夠使不同項(xiàng)目不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員能共享設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，使得以往項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)在新項(xiàng)目設(shè)計(jì)中能夠得以傳遞，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的重用，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程，提高了設(shè)計(jì)應(yīng)用自動(dòng)化程度，設(shè)計(jì)工作量會(huì)隨著專業(yè)知識(shí)模板庫(kù)的積累而不斷降低。

2工程應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)以某水電站工程為實(shí)例，探討三維勘測(cè)設(shè)計(jì)專業(yè)軟件的應(yīng)用、設(shè)計(jì)思路以及測(cè)繪、地質(zhì)、水工設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)、計(jì)算分析、工程制圖、視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)等各專業(yè)實(shí)現(xiàn)的全過程，為三維協(xié)同設(shè)計(jì)在水利水電工程中的應(yīng)用提供參考。

2．1工程簡(jiǎn)介某工程水庫(kù)總庫(kù)容24．98億m3，電站裝機(jī)容量3400MW，為Ⅰ等大(1)型工程，可研階段選定壩型為碾壓混凝土重力壩，最大壩高206m，壩軸線總長(zhǎng)1323m，總開挖約2500萬m3，混凝土總量約1100萬m3，場(chǎng)區(qū)地震基本烈度按8度考慮。工程規(guī)模大、地震烈度高、地質(zhì)條件復(fù)雜、設(shè)計(jì)周期短。

2．2建模過程

2．2．1三維地質(zhì)模型地質(zhì)建模選用的軟件為GOCAD和CATIA。其中，GOCAD軟件為新一代地質(zhì)建模軟件的代表［2］，以工作流程為核心，具有強(qiáng)大的三維模型構(gòu)建和分析能力，通過接口可以很方便地將地質(zhì)模型導(dǎo)入到CATIA平臺(tái)中。本項(xiàng)目直接采用CATIA軟件，并進(jìn)行了專門的二次開發(fā)，其三維地質(zhì)建模過程如圖7所示。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn):①地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入;②地質(zhì)平面圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入(地層巖性分界線，斷層等構(gòu)造線，覆蓋層邊界線等);③鉆孔、平洞數(shù)據(jù)導(dǎo)入;④已有成果導(dǎo)入(推測(cè)的剖面);⑤各類地質(zhì)界面的建立與調(diào)整;⑥地質(zhì)體的創(chuàng)建;⑦地質(zhì)平切平面圖和剖面圖;⑧開挖體及方量統(tǒng)計(jì)。本工程完成后的三維地質(zhì)模型如圖8所示。

2．2．2水工結(jié)構(gòu)模型(水工結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化模型)水工結(jié)構(gòu)模型完全在CATIA上建立，這樣可以最好地保證其關(guān)聯(lián)性和數(shù)據(jù)統(tǒng)一性。根據(jù)設(shè)計(jì)院專業(yè)負(fù)責(zé)制的管理體制，將水工模型分解為水工、機(jī)電、導(dǎo)流、施工等專業(yè)。每個(gè)專業(yè)單獨(dú)完成自己的對(duì)象，在專業(yè)負(fù)責(zé)人校核后，對(duì)象本身就是水工建筑物模型的一部分，以便其他專業(yè)調(diào)用。在專業(yè)內(nèi)部根據(jù)對(duì)象的難易程度和作用的不同再?gòu)纳舷蛳路殖梢粋€(gè)個(gè)對(duì)象，如重力壩，由一個(gè)總體骨架對(duì)象進(jìn)行控制，通過接口向下對(duì)非溢流壩段、溢流壩段、廠房進(jìn)水口壩段、連接壩段對(duì)象進(jìn)行控制。具體到如溢流壩段結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，采用“骨架+草圖+參數(shù)+設(shè)計(jì)表+規(guī)則+陣列”的設(shè)計(jì)思路，見圖9。通過特征草圖和一些關(guān)鍵性的參數(shù)、公式等來控制即可快速生成所需各類模型，見圖10。這樣大大減少了工作量，便于后期修改，而且可以直接通過修改模板參數(shù)應(yīng)用于其他重力壩工程。按照同樣的方法可完成其它水工結(jié)構(gòu)的三維參數(shù)化模型，并進(jìn)行工程模型總裝，見圖11。

2．3模型應(yīng)用

2．3．1工程量對(duì)于水工結(jié)構(gòu)及子部件等混凝土工程量(見圖12)、施工設(shè)計(jì)中的開挖量與填方量可在三維模型的基礎(chǔ)上，通過測(cè)量工具快速進(jìn)行估算與校檢，統(tǒng)計(jì)結(jié)果范圍準(zhǔn)確。

2．3．2結(jié)構(gòu)計(jì)算CATIA和ABAQUS之間可以無縫連接［3］，本工程應(yīng)用ABAQUS進(jìn)行了應(yīng)力、變形和抗震分析，取得了良好的效果，完成后的三維計(jì)算模型見圖13。另外，CATIA三維模型可以很方便地導(dǎo)入到HY-PERMESH和ANSYS中。

2．3．3二維圖紙交付按照目前的行業(yè)要求，還是需要提供各種二維圖紙，在CATIA工程制圖模塊中，通過開定制、二次開發(fā)符合設(shè)計(jì)人員習(xí)慣與規(guī)范的工程出圖技術(shù)方案，可完成所需的水工結(jié)構(gòu)圖，這樣一方面可以利用三維設(shè)計(jì)的成果，另外也可以保證圖紙的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。通過通用接口，CATIA模型可以很方便地導(dǎo)入到我院自主開發(fā)的三維配筋軟件來生成鋼筋圖與鋼筋統(tǒng)計(jì)表［4］。

2．3．4三維視景仿真與展示隨著計(jì)算機(jī)三維可視化仿真技術(shù)的日益成熟，水利水電工程仿真模擬的視覺效果要求越來越高，根據(jù)工程實(shí)際，選用了3DVIAComposer和3D-Max，前者可以和CATIA無縫銜接，輕松快捷地制作2D線條圖，添加標(biāo)注，輸出內(nèi)容包括3D動(dòng)畫以及JPEG，SVG，CGM等圖像，適合與時(shí)間緊且對(duì)效果要求不是很高的用戶。后者作為一款專業(yè)三維動(dòng)畫渲染與制作軟件，不僅和CATIA具有良好的接口，而且在視覺要素的表現(xiàn)上有具有強(qiáng)大的功能與良好的操作界面，為水利水電三維視景仿真提供了完善和高品質(zhì)的解決方案，其具體實(shí)施過程如圖14所示［5］，其效果圖如圖15所示。

3結(jié)語(yǔ)

開展水電工程多專業(yè)三維勘測(cè)設(shè)計(jì)與協(xié)同工作是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，不僅要以配套的協(xié)同設(shè)計(jì)工作流程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及質(zhì)量管理體系為指導(dǎo)，而且在通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、協(xié)同管理技術(shù)等構(gòu)建涉及地質(zhì)、水工、機(jī)電、施工等多專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建并形成基于網(wǎng)絡(luò)信息化的多人并發(fā)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)在線協(xié)同、異地協(xié)同、離線設(shè)計(jì)等設(shè)校審協(xié)同工作體系，將個(gè)人的靜態(tài)單機(jī)設(shè)計(jì)擴(kuò)展到整個(gè)項(xiàng)目的參數(shù)級(jí)互動(dòng)設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短工程周期，快速滿足、適應(yīng)業(yè)主需求和市場(chǎng)環(huán)境。

作者：萬云輝 李小帥 錢富 單位：長(zhǎng)江勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)劃研究有限責(zé)任公司 中國(guó)水利電力對(duì)外公司