GEOPAK軟件在奮斗水庫三維設(shè)計開挖中的應用

蘇瑩瑩

（黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080）

GEOPAK軟件在奮斗水庫三維設(shè)計開挖中的應用

蘇瑩瑩

（黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱 150080）

三維設(shè)計表達直觀，較二維設(shè)計有較多優(yōu)勢，文章以奮斗水庫三維協(xié)同試點項目為依托，通過 GEOPAK軟件在重力壩方案中的應用，闡述了三維設(shè)計在水利工程中的優(yōu)勢和對二維設(shè)計的改進。

三維設(shè)計，重力壩方案，GEOPAK，開挖基準面；工程量

1 項目背景

1.1 三維設(shè)計概述

三維是指在平面二維系中又加人了一個方向向量構(gòu)成的空間系 。三維設(shè)計與二維設(shè)計相比有許多優(yōu)勢，三維表達直觀，能發(fā)現(xiàn)和及時有效解決設(shè)計間的錯、漏、碰等問題，減輕設(shè)計工作量［1］。進行設(shè)計時，也可以結(jié)合地形地貌、地質(zhì)條件、交通情況等因素，調(diào)整方案。三維模型含有大量結(jié)構(gòu)、參數(shù)信息，將數(shù)據(jù)庫和三維設(shè)計技術(shù)相結(jié)合，深人到模型的內(nèi)部，便捷地提取這些信息，能夠準確、迅速地進行查詢，統(tǒng)計和管理。三維協(xié)同設(shè)計代表了最新的設(shè)計理念和先進的設(shè)計水平，已經(jīng)成為工程設(shè)計行業(yè)發(fā)展的趨勢和方向，目前，國內(nèi)水利水電設(shè)計單位應用正處在從二維電腦繪圖時代向三維時代過渡階段。

1.2 奮斗水庫項目簡介

穆棱市奮斗水庫工程是以城鎮(zhèn)供水為主，結(jié)合防洪，兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用，總庫容為2.13× 108m3，總裝機5.0 MW，多年平均發(fā)電量1 282× 104kW·h，裝機年利用小時數(shù)2 564 h。本次試點項目采用奮斗水庫項目建議書階段為背景，通過三維軟件設(shè)計檢驗項目建議書階段成果，并且加深精度，對下一階段設(shè)計具有一定的指導意義。

2 GEOPAK軟件概述

傳統(tǒng)設(shè)計中土石方開挖一直是比較繁瑣的問題，而且不能準確的生成開挖開口線和工程量統(tǒng)計，通過使用三維建模結(jié)合 Bentley GEOPAK軟件，就可以解決這樣的問題。GEOPAK是一款集成的土木設(shè)計和工程三維設(shè)計軟件，本項目主要使用 GEOPAK Site模塊實現(xiàn)項目場地的開挖設(shè)計。在這款三維軟件中可以按照開挖的先后順序?qū)崿F(xiàn)工程的模擬，比二維設(shè)計的計算方法更加直觀，更具參考價值。首先，在MicroStation中建立三維模型，將模型組裝完成后，用建筑物的外輪廓線和測量、地質(zhì)的資料，在GEOPAK中就可以實現(xiàn)場地的模擬開挖。將地質(zhì)資料和測量資料導人 GEOPAK中，把建筑物的外輪廓線投影到設(shè)計高程，然后按照設(shè)計邊坡在原地形上進行放坡，修筑馬道等。在建筑物開挖部分有交集的地方，可自動進行處理，防止重復計算開挖量。

3 GEOPAK軟件在奮斗水庫試點項目中的應用

奮斗水庫推薦方案為重力壩方案，攔河壩采用全斷面碾壓混凝土重力壩，壩頂高程387.80 m，防浪墻頂高程389.00 m，壩頂寬6.5 m；溢流壩段位于主河床，分 3孔，每孔凈寬10 m，中墩厚3 m，邊墩厚2.5 m，溢流壩段總寬41 m，溢流壩堰面采用WES型冪曲線，采用弧形閘門，由液壓啟閉機控制。

3.1 奮斗水庫重力壩方案三維設(shè)計使用GEOPAK開挖過程及成果

首先在MicroStation建立大壩模型，模型組裝完成后，搜集所需的測量、地質(zhì)資料，將等高線，高程點等數(shù)據(jù)做成GEOPAK可識別的tin文件。將原地形的tin文件導人，作為開挖的基準面。將大壩模型參考進開挖文件中，模型外輪廓線就可作為開挖的控制線。把建筑物的外輪廓線投影到設(shè)計高程，然后按照設(shè)計邊坡向原地形上放坡，修筑馬道等。各個不同的建筑物因為施工順序不同，所以開挖順序也不同［2］。GEOPAK中可以按照施工順序進行模擬開挖，開挖完成后，可以進行工程量的統(tǒng)計。如圖1～圖3所示。

圖1 建筑物外輪廓線

圖3 開挖工程量統(tǒng)計

工程量統(tǒng)計：強風化開挖量為116 738 m3，弱風化開挖量為131 336 m3，合計為248 074 m3。

3.2 奮斗水庫重力壩方案二維設(shè)計開挖過程及成果

二維計算開挖的普遍方法是選擇若干個典型斷面，分別計算開挖量，用平均值作為整個壩段的開挖平均值。繪制平面開挖圖的時候，按照開挖深度和設(shè)計邊坡計算開挖時需要的水平距離，然后在二維圖紙上放坡，繪制出邊界線，成果圖見圖4。

圖4 二維開挖成果圖

工程量統(tǒng)計：覆蓋層開挖量為42 053 m3，強風化開挖量為27 343 m3，弱風化開挖量為117 327 m3，合計186 723 m3。

4 結(jié) 論

三維模型統(tǒng)計的工程量是在模擬整個工程模型和施工順序的前提下進行的，對實際工程的指導意義更大，數(shù)據(jù)更接近真實值，接近的程度和相差的多少還要在實際工程中進行進一步的檢驗［3］?，F(xiàn)階段進行的二維到三維的改變已經(jīng)是一個飛躍了，未來在更多的工程實踐中一定會使三維設(shè)計越來越接近真實工程的模擬。

［1］李斌，宗志堅，鄭會春.水利水電工程三維設(shè)計方法引進與研究［J］.人民黃河，2011（05）：140-141.

［2］黃鶴飛.三維設(shè)計在水利水電行業(yè)中的應用探討［J］.科技資訊，2009（26）：62.

［3］張社榮，顧巖，張宗亮.水利水電行業(yè)中應用三維設(shè)計的探討［J］.水力發(fā)電學報，2008（03）：55，67-71.

App lication of GEOPAK software in 3 D Design Excavation for Fengdou Reservoir

SU Ying-ying

（Heilongjiang ProvinceWater Conservancy＆Hydropower Investigation，Design and Research Institute，Harbin 150080，China）

The 3D design，a visual expression，hasmore advantage than the 2D design.Taking the pilot project of 3D collaborative efforts for Fenggou reservoir as an example，through the application of GEOPAK software in gravity dam，this paper expounds the advantages of 3 D design in hydraulic engineering and the improvement the 2 D design.

3 D design，gravity dam scheme；GEOPAK；excavation level；engineering quantity

TP391

B

1007-7596（2014）04-0041-02

2013-08-15

蘇瑩瑩（1981-），女，遼寧鞍山人，工程師。