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三維實(shí)體技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與開發(fā)

2010-01-29 11:59    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  目前水利水電工程三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用相對(duì)落后于其他行業(yè)如電力、石化,其原因主要在于工程設(shè)計(jì)的多變性和復(fù)雜性,目前還沒有一套軟件可以解決這方面的問題。電力、石化行業(yè)的三維設(shè)計(jì)主要運(yùn)用于工廠化設(shè)計(jì),解決空間管道的布置以及多個(gè)專業(yè)空間布置設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)問題,已有成熟的工廠化設(shè)計(jì)軟件,在國(guó)內(nèi)應(yīng)用。工廠設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化,使得三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用便于推廣,同時(shí)帶來這些行業(yè)設(shè)計(jì)效率大幅度提高。水利水電工程設(shè)計(jì)由于涉及到不同的地形、地質(zhì)狀況,無法形成標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì),其三維設(shè)計(jì)的難度大大提高,收益也降低。因此我的看法是:目前在水利水電工程中應(yīng)該有針對(duì)性地對(duì)局部設(shè)計(jì)采用三維技術(shù),而沒有必要全部使用三維設(shè)計(jì)。如何針對(duì)水利水電工程工程的特點(diǎn)采用三維技術(shù),解決設(shè)計(jì)中的難題做了如下探討。

  1、采用三維實(shí)體技術(shù)進(jìn)行開挖計(jì)算在水利水電工程設(shè)計(jì)中涉及到大量開挖工程量的計(jì)算,傳統(tǒng)的做法是:對(duì)于帶狀的開挖,采用剖面法,對(duì)于封閉區(qū)域的開挖采用網(wǎng)格法,進(jìn)行計(jì)算。在國(guó)外軟件中,很多均采用構(gòu)造三維地形面模型,開挖體面模型,求解地形面模與開挖體面模的交集進(jìn)行開挖計(jì)算。這些計(jì)算涉及到復(fù)雜的編程求解,必須在專業(yè)軟件中完成。嘗試在通用的AutoCAD2004平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā),利用平臺(tái)所具有的三維實(shí)體布爾運(yùn)算功能,研制了三維實(shí)體開挖軟件。該軟件包作為ZDM軟件中的一個(gè)模塊,具有如下功能:

  1.1構(gòu)建三維實(shí)體地形通過在地形圖上構(gòu)建三角網(wǎng)方式構(gòu)建三維實(shí)體地形,程序可以在任意封閉區(qū)域內(nèi)直接生成三維實(shí)體地形,對(duì)于大的區(qū)域,為了避免在布爾運(yùn)算時(shí)造成內(nèi)存不足,也可以先生成面模型,再分塊生成體模型。

  1.2構(gòu)建開挖體模型在開挖計(jì)算中較多地采用正契型(挖方體)、倒契型(填方體)開挖實(shí)體。軟件可以在通過封閉區(qū)域內(nèi)設(shè)置不同開挖邊坡,變坡、馬道生成三維契型實(shí)體。也可以將平面圖的開挖中心線各段設(shè)置不同的高程,將平面線轉(zhuǎn)換為三維多段線,通過沿線路斷面拉伸的方法生成三維實(shí)體。

  1.3通過對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算計(jì)算挖、填方量該軟件利用AutoCAD軟件具有的布爾運(yùn)算求差、求和、求交功能可以很方便地求出挖、填方量、繪出出平面開挖邊線,真實(shí)再現(xiàn)開挖后的場(chǎng)景。并且可以用于三維動(dòng)畫建模制作。

  1.4運(yùn)用成果及存在的問題采用三維實(shí)體的技術(shù)進(jìn)行開挖計(jì)算,可以大大減低開挖計(jì)算的工作量,特別對(duì)于工程前期的方案比較,復(fù)雜的洞口開挖等,目前在我院已運(yùn)用到多個(gè)工程,如深圳抽水蓄能電站的動(dòng)畫建模制作。

  采用三維實(shí)體技術(shù)由于在應(yīng)用過程中要使用大量布爾運(yùn)算,對(duì)機(jī)器的性能要求高,難于對(duì)大范圍地形生成實(shí)體。對(duì)開挖體的制作由于AutCAD軟件本身的局限難于通過編程手段生成復(fù)雜開挖體。開挖過程往往與地質(zhì)情況有關(guān),如何將地質(zhì)信息放入地面模型中達(dá)到分層開挖的計(jì)算還要做進(jìn)一步探討。

  2、三維岔管的參數(shù)化設(shè)計(jì)在水電站的引水管路設(shè)計(jì)中經(jīng)常碰到岔管的設(shè)計(jì),如何表示岔管空間位置、形態(tài)、相貫線,是設(shè)計(jì)中的一個(gè)難題。采用三維建模技術(shù)可以很容易解決這些難題,并且可以將三維模型導(dǎo)入結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行有限元的分析。

  在AutoCAD平臺(tái)下進(jìn)行了二次開發(fā),研制了三維岔管的參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件,該軟件可以通過圖中岔管不同的斷面圖生成各種不同類型的岔管,如:園型、園臺(tái)形、城門洞型、外城門洞內(nèi)圓臺(tái)形型。該軟件包作為ZDM軟件中的一個(gè)模塊,具有如下特點(diǎn):軟件沒有使用復(fù)雜的對(duì)話框,填寫各種參數(shù),而是采用提取圖中已畫好斷面圖形,在岔管平面圖上生成三維實(shí)體岔管,使用簡(jiǎn)便,布置方便。

  生成的三維岔管可以使用CAD的功能進(jìn)行任意剖切,生成各種不同的斷面圖,進(jìn)行面積和質(zhì)量的查詢。也可以導(dǎo)入結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行有限元的分析。

  建立三維岔管模型只是第一步,我們還計(jì)劃在三維岔管模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維配筋布置解決岔管鋼筋圖的難題。

  目前除在AutoCAD平臺(tái)上開發(fā)一些軟件局部解決三維設(shè)計(jì)中的一些難題,還運(yùn)用MicrostationSite軟件進(jìn)行三維建模,庫(kù)容計(jì)算。同時(shí)還還與著名大學(xué)合作進(jìn)行地下洞室群三維地質(zhì)模型、三維參數(shù)化設(shè)計(jì)、三維動(dòng)態(tài)仿真的研究。

1、使用zdm軟件實(shí)體開挖功能進(jìn)行開挖計(jì)算

  

使用zdm軟件實(shí)體開挖功能制作的三維道路

使用zdm軟件制作的三維砼高壓岔管

 

使用zdm軟件制作的三維砼岔管

使用zdm軟件制作的各種類型的三維鋼岔管

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