AutoCAD Civil 3D在雙曲拱壩建模中的應(yīng)用

王奕欽

(新疆水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，烏魯木齊 830000)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)01—0103—03

AutoCAD Civil 3D在雙曲拱壩建模中的應(yīng)用

王奕欽

(新疆水利水電工程建設(shè)監(jiān)理中心，烏魯木齊 830000)

以水利水電工程中大壩體型較為復(fù)雜的雙曲拱壩為例，從原始地形曲面創(chuàng)建、拱壩體型裝配設(shè)置、大壩圓弧曲線放樣、邊坡開挖、挖填方工程量計(jì)算等方面介紹了Civil 3D在水利工程中壩體建模方面的應(yīng)用?？偨Y(jié)了AutoCAD Civil 3D在在水利工程中的應(yīng)用前景，可為水利水電工程設(shè)計(jì)者提供參考。

AutoCAD；Civil 3D；雙曲拱壩； 建模

0 前 言

AutoCAD Civil 3D軟件是一款面向土木工程設(shè)計(jì)與文檔編制的建筑信息模型(BIM)解決方案，能夠幫助從事交通運(yùn)輸、土地開發(fā)的土木工程專業(yè)人員保持設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)一致，更輕松、更高效地探索設(shè)計(jì)方案，分析項(xiàng)目性能，同時(shí)能夠在熟悉的AutoCAD環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)。

隨著軟件的發(fā)展，Civil 3D在水利工程中的壩體建模、邊坡開挖、土方量計(jì)算、匯流分析等方面也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。余劍[1]介紹了Civil 3D在土方量計(jì)算方面的原理和方法，提出根據(jù)地形的不同可以采用三角網(wǎng)曲面、柵格曲面、三角網(wǎng)體量曲面、柵格體量曲面。江寶剛[2]實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜地形基礎(chǔ)開挖和工程量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，解決了傳統(tǒng)土方量計(jì)算精度低、耗時(shí)長(zhǎng)的問題。賈丙普等人[3]將Civil 3D運(yùn)用到水利樞紐測(cè)量的工作中，利用點(diǎn)高程創(chuàng)建出三維原始地形曲面，對(duì)曲面進(jìn)行處理，刪除了較高或較低的錯(cuò)誤的高程點(diǎn)，修正了對(duì)地形曲面。蘭立偉等人[4]以土石壩為例，從創(chuàng)建壩軸線橫剖面、大壩主體工程放坡、大壩工程量提取等多方面介紹了Civil 3D在水利工程中的應(yīng)用，總結(jié)了Civil 3D在水利工程中的優(yōu)勢(shì)。

拉哈克水庫(kù)工程是以供水、灌溉為主，兼顧發(fā)電，并為改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境和發(fā)展旅游創(chuàng)造條件的水利工程，工程由攔河壩、表孔溢洪道、底孔泄洪洞、發(fā)電引水洞和廠房等組成。擋水建筑物采用碾壓混凝土雙曲拱壩，水平拱圈曲線為拋物線，最大壩高90 m，壩頂高程1 321 m，拱壩壩頂弧長(zhǎng)278.30 m，壩頂中心角86°，壩頂厚4.5 m，壩底厚26 m，厚高比為0.29，屬中厚拱壩。

為提高設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，筆者采用Civil 3D軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合設(shè)計(jì)過程，介紹了Civil 3D在拱壩建模、大壩主體裝配設(shè)定、曲面放坡、工程量提取等方面的應(yīng)用。

1 Civil 3D在拱壩建模中的應(yīng)用

1.1 創(chuàng)建原始地形曲面

圖1 庫(kù)區(qū)地形曲面圖

野外測(cè)量的高程點(diǎn)相互之間可以組成柵格或者三角網(wǎng)，這些柵格或三角網(wǎng)連接到一起即可形成柵格曲面或三角網(wǎng)曲面。Civil 3D提供了“邊界”、“特征線”、“DEM文件”等多種柵格或三角網(wǎng)曲面創(chuàng)建方式，對(duì)于水利工程，設(shè)計(jì)師經(jīng)常遇到的是一系列的高程點(diǎn)或等高線，因此我們通常利用Civil 3D中的“等高線”或“高程點(diǎn)”來創(chuàng)建原始地形曲面。原始地形曲面創(chuàng)建完成后，利用Civil 3D自帶的“對(duì)象查看器”功能查看三維地形曲面，如果曲面中個(gè)別高程出現(xiàn)過高或過低的壞點(diǎn)，可通過“曲面特性”中的“定義”命令對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行修正，排除大于或小于常規(guī)點(diǎn)的高程值。本文創(chuàng)建的原始地形曲面見圖1。Civil 3D“曲面特性”功能還可以進(jìn)行坡度、坡向、等高線、高程、產(chǎn)匯流等信息的分析。圖2就是對(duì)庫(kù)區(qū)的地形進(jìn)行坡面分析，通過“坡面箭頭”查看地形坡面，進(jìn)行產(chǎn)匯流分析。圖中黑色線條就是勾勒出的洪溝，也是庫(kù)區(qū)除天然河道外主要的來水方式。

1.2 拱壩建模

Civil 3D提供了成熟的路橋?qū)I(yè)的裝配，對(duì)于水利水電工程來說，設(shè)計(jì)師需要重新定義大壩主體的斷面形式，從而進(jìn)行裝配設(shè)置。蘭立偉等人[4]采用“道路裝配創(chuàng)建工具”建立了土石壩的標(biāo)準(zhǔn)梯形斷面裝配，通過驅(qū)動(dòng)裝配的參數(shù)以適應(yīng)不同坡比和高程的要求，提高了工作效率。

圖2 庫(kù)區(qū)產(chǎn)匯流分析圖

1.2.1 拱冠梁裝配設(shè)置

雙曲拱壩由于拱冠梁和拱圈都是由曲面組成，因此限制了裝配的參數(shù)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)師需根據(jù)不同工程的需求重新定義裝配。需要注意的是，Civil 3D中的裝配只識(shí)別多段線，因此設(shè)計(jì)師要特別注意所有的橫斷面都要用多段線來繪制。拱冠梁斷面繪制好以后，點(diǎn)擊“創(chuàng)建設(shè)計(jì)面板”中的“裝備-創(chuàng)建裝配”，命名后保存，為后續(xù)生成拱冠梁曲面做準(zhǔn)備。點(diǎn)擊上一步中生成的裝配，“裝配面板”就會(huì)切換到“裝配：名稱”界面，點(diǎn)擊添加到裝配，將拱冠梁曲面選中，拱冠梁裝配設(shè)置完畢。

1.2.2 壩頂放坡軸線繪制

拱冠梁需要沿一個(gè)固定的路徑旋轉(zhuǎn)而后才能形成一個(gè)實(shí)體，此時(shí)就要繪制這條路徑。本文采用路橋設(shè)計(jì)中“創(chuàng)建道路”的方法，對(duì)拱壩壩頂曲線進(jìn)行放坡繪制。根據(jù)地質(zhì)勘查資料確定拱端和拱圈位置并將其轉(zhuǎn)換成多段線，通過“路線—從對(duì)象創(chuàng)建路線—名稱”的命令流創(chuàng)建一條路線，點(diǎn)擊“創(chuàng)建設(shè)計(jì)”面板中的“道路”命令創(chuàng)建一條道路，此時(shí)要注意“創(chuàng)建道路”窗口中的“路線”要選擇上一步的路線名稱。這里所創(chuàng)建的道路實(shí)際上就是拱壩壩頂軸線，拱冠梁就是沿著這條道路繪制拱壩的實(shí)體。通過“對(duì)象查看器”可以直觀的查看拱壩三維體型(見圖3)。

1.3 壩基開挖與工程量提取

打開“道路特性”表中的“曲面”，生成壩底開挖曲面，此時(shí)生成的開挖曲面與實(shí)際相差較大，我們需要用“創(chuàng)建設(shè)計(jì)”面板中的“從道路創(chuàng)建邊界”命令對(duì)開挖曲面進(jìn)行修剪。修剪后的壩基開挖曲面見圖4。

選中壩基開挖曲面，工具欄中會(huì)出現(xiàn)“三角網(wǎng)曲面”面板，依次選擇“體積面板-創(chuàng)建新體積曲面”并在對(duì)話框中選擇基準(zhǔn)曲面(原始地形曲面)和對(duì)照曲面(壩基開挖曲面)完成體量分析。壩基開挖工程量結(jié)果見圖5。

圖5 壩基開挖工程量圖

2 結(jié) 論

本文以水利水電工程中大壩體型較為復(fù)雜的雙曲拱壩為例，依托拉哈克水庫(kù)工程介紹了Civil 3D從原始地形曲面創(chuàng)建、拱壩體型裝配設(shè)置、壩頂圓弧曲線放樣、邊坡開挖、挖填方工程量計(jì)算等方面在水利工程中拱壩壩體建模方面的應(yīng)用，得到了較好的分析、計(jì)算和展示效果。同時(shí)提高了拉哈克水庫(kù)工程設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，該項(xiàng)目目前已進(jìn)入可研階段，得到了業(yè)主的充分認(rèn)可。通過該軟件的應(yīng)用，筆者總結(jié)了Civil 3D在水利水電工程中的應(yīng)用主要有以下幾方面的優(yōu)勢(shì)：

(1) 強(qiáng)大的地形處理功能和地形坡向、坡度、等高線等的分析功能，為設(shè)計(jì)者在庫(kù)區(qū)選擇、壩址確定等方面提供了參考，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

(2) 地形曲面和開挖曲面的結(jié)合計(jì)算工程量，縱橫斷面圖的動(dòng)態(tài)相應(yīng)功能[5]，提高了工作效率。

(3) Civil 3D的曲面編輯功能能夠很好地矯正勘測(cè)設(shè)計(jì)過程中地形資料的準(zhǔn)確性，避免地形錯(cuò)誤對(duì)工程產(chǎn)生的影響。

[1] 余劍.Civil 3D在土方量計(jì)算中的應(yīng)用[J].城市勘 測(cè),2009,(4):128-130.

[2] 江寶剛.淺談Autodesk Civil3D軟件在工程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2008,(16):364-365.

[3] 賈丙普,陳博,陳黨瑩.AutoCAD Civil 3D在亭子水利樞紐測(cè)量工作中的應(yīng)用[J].四川水利,2013,(3):59-61.

[4] 蘭立偉,嚴(yán)杰.AutoCAD Civil 3D在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月),2009,(12):120-121.

[5] 劉云峰.基于Civil 3d的動(dòng)態(tài)數(shù)字地形模型(DTM)建立及土木工程應(yīng)用介紹[J].黑龍江科技信息,2011,(36):49.

[6] 何全平，馬傳彬，施玉群.基于改進(jìn)型證據(jù)理論的高拱壩多效應(yīng)量融合模型[J].西北水電，2011,(S1):71-75.

Application of AutoCAD Civil3D in Modeling of Double-Curvature Arch Dam

WANG Yi-qin

(Xijiang Supervision Center of Water Resources and Hydropower Engineering Construction, Urumqi 830000,China)

With the case of the double-curvature arch dam whose outline is complicated in water resources and hydropower projects. Application of Civil 3D in dam modeling is described in terms of establishment of the original topographic curve, arrangement of components of the arch-dam outline, setting-out of the dam arc curve, slope excavation, calculation of work quantities of excavation and backfill, etc. The application prospects of the application of AutoCAD Civil 3D in water resources and hydropower projects are summarized, providing the designer of water resources and hydropower projects with reference.

AutoCAD; Civil 3D; double-curvature arch dam; modeling

2014-05-19

王奕欽(1988- ),男,甘肅省張掖市高臺(tái)縣人,助理工程師,主要從事水利工程管理等方面的工作.

TV222.1

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10.3969/j.issn.1006-2610.2015.01.027