CAD三維建模技術(shù)在漸變段模板設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

邢廣君 ，周志琦

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004；

2.小流域水利河南省高校工程技術(shù)研究中心，河南 開(kāi)封 475004）

0 引言

水利工程中，有很多混凝土結(jié)構(gòu)面為不規(guī)則的曲面，如水電站有壓洞進(jìn)口方圓漸變段模板、扭曲面模板、發(fā)電廠房的機(jī)組蝸殼模板、肘管等。由于水利工程具有多樣性、復(fù)雜性的特點(diǎn)，不同工程的曲面尺寸差別較大，因此，不能使用工業(yè)與民用建筑行業(yè)、機(jī)械行業(yè)等已有的相關(guān)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和使用方法進(jìn)行模板制作［1~3］。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于水工混凝土異形模板設(shè)計(jì)都是在其他已建和在建工程成功案例的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推算模板尺寸。該方法計(jì)算的模板尺寸準(zhǔn)確，也不能有效的指導(dǎo)施工。

以四川省大渡河瀘定水電站引水隧洞漸變段為例，探討了應(yīng)用CAD三維建模技術(shù)設(shè)計(jì)漸變段模板的操作方法。

1 工程概況

四川省大渡河瀘定水電站引水隧洞漸變段總長(zhǎng)25 m，底部高程1 339.00 m，其中上游側(cè)22.07 m為過(guò)渡段，下游側(cè)2.93 m為固定尺寸段，末端底部有齒墻，齒墻最低處高程為1 345.800 m，其縱斷面尺寸如圖1所示。本文只研究其過(guò)渡段。

該引水隧洞漸變段的過(guò)渡段起點(diǎn)0＋738.293樁號(hào)處斷面形狀近似馬蹄形，隧洞直徑為17.2 m，下部90°范圍內(nèi)為直線段，隧洞中心線高程為1 348.500 m，底部高程為1 339.900 m，其斷面圖如圖2所示。過(guò)渡段終端0＋760.363樁號(hào)處斷面形狀為近似城門洞形，拱高為3 m，底部高程與起點(diǎn)相同，均為1 339.900 m，漸變段的高度從起點(diǎn)的17.2 m過(guò)渡到14.7 m，底寬從7 m過(guò)渡到17 m，如圖3所示。

2 漸變段建模模擬過(guò)程

2．1 繪制兩個(gè)斷面輪廓線

在CAD2010繪圖軟件中，用繪圖命令和修改命令中的 Line（繪制直線）、Circle（繪制圓）、Trim（修剪）等命令繪制漸變段的兩個(gè)斷面輪廓（單位為m）。

2．2 創(chuàng)建漸變段三維實(shí)體

（1）新建一張圖，在“視圖”工具欄中，將“左視”窗口置為當(dāng)前，將2個(gè)斷面輪廓復(fù)制到新建圖中，并分別創(chuàng)建面域。

（2）按照?qǐng)D1所示的漸變段縱斷面圖，將創(chuàng)建好面域的2個(gè)斷面按尺寸放置在起始位置和終端位置（在“西南等軸測(cè)”的狀態(tài)下），間距為22.07 m。

（3）用“l(fā)ine（直線）”命令將兩端面對(duì)應(yīng)的下部2個(gè)頂點(diǎn)和上部中點(diǎn)連接，如圖4所示。

（4）執(zhí)行“建?！惫ぞ邫谥械摹發(fā)oft（放樣）”命令，依次選擇兩橫截面，并以連接出來(lái)的直線為導(dǎo)向線，生成如圖5所示的三維實(shí)體［4］。其具體操作如下。

命令：_loft

按放樣次序選擇橫截面：找到1個(gè)（選擇起點(diǎn)斷面）

圖1 四川省大渡河瀘定水電站引水隧洞漸變段縱剖面圖（單位：m）Fig.1 Diversion tunnel transition section profile of Luding hydropower station of Dadu river in Sichan Province(Unit:m）

圖2 漸變段起點(diǎn)0－738．293樁號(hào)斷面圖（單位：m）Fig.2 Transition section starting point 0-738.293 stake mark cross-section(Unit:m）

圖3 漸變段終端0＋760．636樁號(hào)斷面圖（單位：m）Fig.3 Transition section termination point 0+760.636 stake mark cross-section(Unit:m）

圖4 連接特征點(diǎn)，作出放樣導(dǎo)向線Fig.4 Joint feature,lofting guide line

圖5 生成三維實(shí)體Fig.5 3D entity

按放樣次序選擇橫截面：找到1個(gè)，總計(jì)2個(gè)（選擇終端斷面）

按放樣次序選擇橫截面：（Enter結(jié)束選擇）

輸入選項(xiàng) ［導(dǎo)向（G）／路徑（P）／僅橫截面（C）］＜僅橫截面＞：G

選擇導(dǎo)向曲線：找到1個(gè)（選擇上部導(dǎo)向線）

選擇導(dǎo)向曲線：找到1個(gè)，總計(jì)2個(gè)（選擇前側(cè)導(dǎo)向線）

選擇導(dǎo)向曲線：找到1個(gè)，總計(jì)3個(gè)（選擇后側(cè)導(dǎo)向線）

選擇導(dǎo)向曲線：（Enter結(jié)束選擇）

命令：_vscurrent

輸入選項(xiàng) ［二維線框（2）／三維線框（3）／三維隱藏（H）／真實(shí)（R）／概念（C）／其他（O）］ ＜二維線框＞： _C

2．3 按需獲取斷面具體尺寸

目前，我國(guó)應(yīng)用的組合鋼模板板塊長(zhǎng)度為1 500 mm、1 200 mm、900 mm 等，寬度為 600 mm、300 mm、250 mm、200 mm、150 mm、100 mm 等。進(jìn)行配板設(shè)計(jì)時(shí)，如出現(xiàn)不足50 mm的空缺，則用木方補(bǔ)缺，用釘子或螺栓將木方與板塊邊框上的孔洞連接［5］。

假設(shè)模板板塊長(zhǎng)度為1 500 mm，以1 500 mm的整數(shù)倍——距起點(diǎn)6 m處和12 m處的剖切斷面為例，演示模板組合處所需斷面尺寸的確定。

（1）將三維實(shí)體置于“主視”或“俯視”狀態(tài)，在距起點(diǎn)6 m處和12 m處，用“slice（剖切）”命令將實(shí)體剖開(kāi)，如圖6所示。刪除起點(diǎn)和終點(diǎn)，僅保留6 m到12 m部分，如圖7所示。

（2）將實(shí)體轉(zhuǎn)換為“左視”、“二維線框”狀態(tài)，切換到“布局”，并激活窗口。

（3）執(zhí)行“solprof”命令，切換到“模型”，刪除實(shí)體，僅保留輪廓的投影。其具體操作如下：

命令：_-view 輸入選項(xiàng) ［？ ／刪除 （D）／正交（O）／恢復(fù)（R）／保存（S）／設(shè)置（E）／窗口（W）］：_left（將左視置為當(dāng)前）

圖6 用“slice（剖切）”命令剖開(kāi)實(shí)體Fig.6 Splitting the entity by “slice” command

圖7 被剖實(shí)體保留的中段Fig.7 Reserved section of the split entity

命令：_vscurrent

輸入選項(xiàng) ［二維線框（2）／三維線框（3）／三維隱藏（H）／真實(shí)（R）／概念（C）／其他（O）］＜概念＞：_2（二維線框顯示）

命令：＜切換到：布局1＞

命令：_.MSPACE

命令：_solprof

選擇對(duì)象：（選擇整個(gè)斷面）

選擇對(duì)象：（Enter結(jié)束選擇）

是否在單獨(dú)的圖層中顯示隱藏的輪廓線？［是（Y）／否（N）］ ＜是＞：Enter（確認(rèn)）

是否將輪廓線投影到平面？［是（Y）／否（N）］＜是＞：Enter（確認(rèn)）

是否刪除相切的邊？ ［是（Y）／否（N）］ ＜是＞：Enter（確認(rèn)）

（4）執(zhí)行“explode（分解）”命令，將兩斷面輪廓分離并分別進(jìn)行尺寸標(biāo)注，即得到所需斷面尺寸，如圖8和圖9所示。

3 結(jié)語(yǔ)

圖8 距起點(diǎn)6 m處斷面尺寸（單位：m）Fig.8 Cross-section size from starting point 6 m(Unit:m）

CAD2008、2010版本三維功能進(jìn)一步強(qiáng)化，特別是對(duì)水利工程中以前難以實(shí)現(xiàn)的漸變段三維實(shí)體的繪制，有了方便、快捷的方法。結(jié)合水利工程的實(shí)際，由CAD三維建模技術(shù)生成建筑物三維實(shí)體，再根據(jù)所需斷面位置剖切后，轉(zhuǎn)換二維圖形，并準(zhǔn)確給出各斷面尺寸的方法。本方法可操作性強(qiáng)，便于掌握，可以廣泛應(yīng)用于水電站進(jìn)出口漸變段、肘管漸變段、扭曲面等不規(guī)則曲面，以期對(duì)實(shí)際施工中模板的選取起指導(dǎo)作用。

圖9 距起點(diǎn)12 m處斷面尺寸（單位：m）Fig.9 Cross-section size from starting point 12m(Unit:m）

［1］ 田政鋒．CAD技術(shù)在建筑中的應(yīng)用 ［J］．甘肅科技，2009（17）：143－145．

［2］張鋒，龐應(yīng)周．三維CAD技術(shù)及在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．科技致富向?qū)В?010（23）：84．

［3］李曉芬．CAD技術(shù)在建筑繪制方面的實(shí)際應(yīng)用分析［J］．計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2011（24）：201－202．

［4］ 曾令宜．AutoCAD2010工程繪圖技能訓(xùn)練教程 ［M］．北京：高等教育出版社，2011：197-198．

［5］ GB50214－2001，組合鋼模板技術(shù)規(guī)范［S］.