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      基于GEOPAK Site三維場(chǎng)地設(shè)計(jì)在浯溪口水利樞紐中的應(yīng)用

      2016-09-05 08:55:07翁發(fā)根
      黑龍江水利科技 2016年5期
      關(guān)鍵詞:溪口輪廓線水利水電

      翁發(fā)根

      (江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,南昌 330029)

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      基于GEOPAK Site三維場(chǎng)地設(shè)計(jì)在浯溪口水利樞紐中的應(yīng)用

      翁發(fā)根

      (江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,南昌 330029)

      在水利水電工程設(shè)計(jì)中,開挖圖的繪制往往較為繁雜,采用常規(guī)的平面CAD 繪圖軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),難以準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)成果。GEOPAK Site是一套動(dòng)態(tài)的專門場(chǎng)地三維設(shè)計(jì)軟件,其模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)地的開挖與回填設(shè)計(jì)?;贕EOPAK Site 三維場(chǎng)地設(shè)計(jì)軟件對(duì)浯溪口水利樞紐進(jìn)行三維開挖輔助設(shè)計(jì),取得了良好效果,其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

      水利水電工程;開挖圖;GEOPAK Site;浯溪口水利樞紐

      0 引 言

      工程設(shè)計(jì)中場(chǎng)地設(shè)計(jì)是一個(gè)繁瑣復(fù)雜的過(guò)程,即使在常規(guī)二維設(shè)計(jì)過(guò)程中借助于ZDM 等相關(guān)專業(yè)制圖插件,清楚的表達(dá)場(chǎng)地開挖與回填情況也不是十分容易點(diǎn)。對(duì)于具有復(fù)雜地形的水利樞紐工程來(lái)說(shuō),開挖圖的設(shè)計(jì)很大程度上取決于設(shè)計(jì)工程師的三維空間想象能力,加之重復(fù)的計(jì)算和制圖,使得場(chǎng)地開挖圖設(shè)計(jì)成為工程設(shè)計(jì)的一個(gè)難題,繪制常規(guī)開挖圖耗時(shí)耗力,而且容易出錯(cuò)。此外,常規(guī)二維開挖圖在設(shè)計(jì)意圖及成果上不如三維那樣直觀和有空間感,從而對(duì)指導(dǎo)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工也會(huì)帶來(lái)一定的影響[1-2]。

      GEOPAK Site是Bentley軟件公司旗下場(chǎng)地設(shè)計(jì)的專業(yè)三維軟件,它擁有一整套動(dòng)態(tài)而又不失靈活的專門場(chǎng)地設(shè)計(jì)工具,廣泛地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)工程,如房屋建筑的基坑開挖、渠道設(shè)計(jì)、公路設(shè)計(jì)及其水利樞紐工程的大壩基礎(chǔ)開挖等,其優(yōu)秀的三角網(wǎng)算法和對(duì)計(jì)算機(jī)處理器的充分應(yīng)用,顯著地減輕了設(shè)計(jì)人員復(fù)雜場(chǎng)地開挖圖設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān),且其精準(zhǔn)方便的工程量統(tǒng)計(jì)也為工程造價(jià)的精確計(jì)算打下了基礎(chǔ)。

      文章借助GEOPAK Site 強(qiáng)大的三維模型處理能力,對(duì)浯溪口水利樞紐進(jìn)行三維場(chǎng)地開挖輔助設(shè)計(jì),整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程較之傳統(tǒng)二維開挖圖設(shè)計(jì)更高效、準(zhǔn)確、形象直觀,且工程量自動(dòng)計(jì)算。取得了較好的設(shè)計(jì)成果。

      1 概 述

      GEOPAK是一款集成的土木工程三維設(shè)計(jì)軟件,工程場(chǎng)地主要使用GEOPAK Site模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地的開挖、回填設(shè)計(jì)。在這款三維軟件中可以根據(jù)開挖對(duì)象的先后順序來(lái)實(shí)現(xiàn)工程的實(shí)際施工模擬,比常規(guī)二維的設(shè)計(jì)成果更加直觀,更具實(shí)用價(jià)值指導(dǎo)施工。

      1)在通用設(shè)計(jì)平臺(tái)MicroStation中建立建筑物各部位三維模型(重力壩、廠房等),將分部模型組裝完成后,提取建筑物與基礎(chǔ)接觸的特征輪廓線并結(jié)合地形、地質(zhì)的三維數(shù)字模型,在GEOPAK中就可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地的三維可視化設(shè)計(jì)。

      2)將地質(zhì)資料和數(shù)字地模導(dǎo)入GEOPAK中,并將建筑物的特征輪廓線投影到實(shí)際設(shè)計(jì)高程,然后按照給定設(shè)計(jì)坡比在原地形上進(jìn)行放坡,修筑馬道等。

      3)在建筑物基礎(chǔ)開挖有交集的地方,軟件可自動(dòng)處理或者人工干預(yù),進(jìn)而防止重復(fù)計(jì)算開挖量。

      基于GEOPAK Site 的輔助開挖設(shè)計(jì)主要流程有:①建立三維數(shù)字地面模型;②提取建筑物特征輪廓線;③確定開挖坡比、范圍、方案等;④調(diào)整及優(yōu)化方案;⑤成果整理及三維抽圖、剖切出圖。

      2 工程項(xiàng)目背景

      浯溪口水利樞紐工程是一座以防洪為主,兼顧供水、發(fā)電等綜合利用的水利工程。樞紐總體布置沿軸線從左至右依次為:左岸碾壓混凝土非溢流壩段、表孔溢流壩段、低孔溢流壩段、廠房壩段、右岸碾壓混凝土非溢流壩段,重力壩最大壩高 46.80m,壩軸線總長(zhǎng)498.62m。

      溢流表孔單孔凈寬12.0m,共5孔,溢流低孔單孔凈寬12.0m,共6孔。廠房采用河床式布置,共3臺(tái)機(jī),總裝機(jī)容量32.0MW (2×15MW+ 1×2.0MW)[5]。

      3 GEOPAK Site三維開挖設(shè)計(jì)

      首先在MicroStation 建立各部位三維模型,樞紐模型總裝完成后,搜集所需的測(cè)量資料(前期的DWG工程地形圖紙),利用帶數(shù)據(jù)的等高線、高程點(diǎn)數(shù)據(jù)、河岸等特征線生成GEOPAK 可識(shí)別的tin(不規(guī)則三角網(wǎng)格)文件,見圖1。

      將原地面模型的tin文件導(dǎo)入,并作為開挖設(shè)計(jì)的原地面(基準(zhǔn)面)。將樞紐三維模型參考到開挖文件中(坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)),建立不同的開挖對(duì)象(大壩基坑、上壩公路等),提取建筑物(重力壩及廠房等)與基礎(chǔ)接觸的特征輪廓線到當(dāng)前設(shè)計(jì)模型,見圖2。

      在特定的開挖對(duì)象中,將建筑物的特征輪廓線作為基本元素線并賦值到對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)高程,然后按照給定設(shè)計(jì)坡比及馬道高程進(jìn)行放坡,依次類推,直到所有開挖對(duì)象完成。不同開挖對(duì)象的交叉根據(jù)設(shè)計(jì)者需求可以進(jìn)行人工干預(yù),也可讓軟件自動(dòng)進(jìn)行。

      各個(gè)不同的構(gòu)筑物因?yàn)樗幬恢眉案叱滩煌?,所以開挖順序也不同。GEOPAK Site 中根據(jù)構(gòu)筑物的施工順序創(chuàng)建不同的對(duì)象(Object),所有對(duì)象隸屬于統(tǒng)一的場(chǎng)地開挖模型,通過(guò)編輯調(diào)整模型里對(duì)象的順序來(lái)模擬開挖施工順序,開挖完成后,進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)。

      本工程將基坑開挖、左、右岸上壩公路及進(jìn)廠公路列為不同對(duì)象,對(duì)整個(gè)場(chǎng)地模型放坡,通過(guò)調(diào)整FIFO順序來(lái)實(shí)現(xiàn)開挖順序模擬,見圖3。

      圖1 原始三維地形圖

      圖2 建筑物外輪廓線

      圖3 開挖順序模擬

      利用GEOPAK Site開挖后的三維模型,可以迅速快捷統(tǒng)計(jì)相應(yīng)開挖工程量,即使用查詢命令,通過(guò)三角網(wǎng)格差分法求解工程量??梢允情_挖模型對(duì)原地面模型得出整體工程量,也可是開挖對(duì)象對(duì)原地面模型得到局部工程量,同時(shí)也可分高程得到詳細(xì)的工程量,見圖4~6。

      圖4 開挖成果圖

      圖5 樞紐開挖模型

      GEOPAK Site三維開挖設(shè)計(jì)完成之后,根據(jù)需要對(duì)成果進(jìn)行整理。由于GEOPAK Site儲(chǔ)存了三維開挖設(shè)計(jì)過(guò)程中的所有信息,所以根據(jù)需要可以在任意部位進(jìn)行剖切提取開挖斷面圖;在頂視圖中投影提取開挖設(shè)計(jì)過(guò)程中的要素線、開挖邊界以及參考原地形圖生成開挖總體平面圖,后續(xù)根據(jù)出圖需求進(jìn)行相應(yīng)尺寸、高程標(biāo)注,見圖7~8。將上述成果按照常規(guī)二維開挖圖出圖方式進(jìn)行整理、歸類并最終形成設(shè)計(jì)圖紙。

      圖7 利用三維開挖模型生成平面圖

      圖8 剖切廠房壩段橫剖面

      4 結(jié) 語(yǔ)

      4.1優(yōu)點(diǎn)

      GEOPAK Site在Microstation 平臺(tái)的基礎(chǔ)上充分利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力(三角網(wǎng)差分法),給水利水電工程的場(chǎng)地設(shè)計(jì),尤其是復(fù)雜的基坑開挖提供了巨大的支持:

      1)GEOPAK Site 的計(jì)算精度在很大程度上依賴于于地形測(cè)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)工程師所選用的三角網(wǎng)格精度。相比于常規(guī)二維設(shè)計(jì)通過(guò)剖切典型斷面計(jì)算工程量,能夠更準(zhǔn)確、迅速的計(jì)算工程量,更真實(shí)、形象地反應(yīng)開挖、回填效果。

      2)GEOPAK軟件有實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)功能,即通過(guò)調(diào)整對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)要素線,重新運(yùn)算后,整個(gè)工程的模型隨著更新,使三維場(chǎng)地的開挖、回填變得更加直觀,重新運(yùn)行工程量查詢命令可以得到更新后的工程量。

      3)對(duì)于大范圍的場(chǎng)地平整,通過(guò)不斷調(diào)整場(chǎng)地要素線的設(shè)計(jì)標(biāo)高,進(jìn)而得到做到土石方的開挖平衡,大大的提高工作效率。

      4)運(yùn)用GEOPAK Site軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì),能夠?qū)崟r(shí)反映場(chǎng)地開挖的三維效果,形象的反映工程整體布置并高效的輔助實(shí)際場(chǎng)地開挖,在方案比選優(yōu)化以及工程量統(tǒng)計(jì)上有著無(wú)與倫比的快捷,能夠更好地管理和組織后續(xù)施工。

      5)此外,還可以根據(jù)三維模型的放坡邊界線得出工程的占地面積并指導(dǎo)應(yīng)用于征地移民工作、檢查邊坡設(shè)計(jì)方案的合理性,進(jìn)而避免過(guò)多的高邊坡出現(xiàn)。

      4.2存在問(wèn)題

      分類區(qū)別計(jì)算土石方工程量時(shí),需要區(qū)分不同的地層屬性,這就需要精細(xì)的地質(zhì)資料。GEOPAK 是根據(jù)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)并結(jié)合地形進(jìn)行擬和,從而擬合生成地質(zhì)層的。本項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)開展過(guò)程中受實(shí)際條件限制,并未根據(jù)鉆孔擬合工程設(shè)計(jì)的三維地質(zhì)模型,這就為基礎(chǔ)開挖、邊坡設(shè)計(jì)、工程量統(tǒng)計(jì)帶來(lái)不便,后期類似工程開展時(shí),應(yīng)建立基于三維地質(zhì)的數(shù)字地面模型。

      由于GEOPAK Site目前在國(guó)內(nèi)水利水電行業(yè)的應(yīng)用尚處于探索階段,一些標(biāo)準(zhǔn)跟國(guó)內(nèi)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求不盡相符。因此,很多后續(xù)的平面尺寸標(biāo)注尚需用戶自定義,需耗費(fèi)一定精力在后期成果整理及開挖圖出圖上。

      4.3前景展望

      三維可視化設(shè)計(jì)是水利水電設(shè)計(jì)行業(yè)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。隨著勘測(cè)設(shè)計(jì)工作的市場(chǎng)化,通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)業(yè)主對(duì)設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量要求將會(huì)越來(lái)越高,而工程設(shè)計(jì)周期卻越來(lái)越短。利用GEOPAK Site進(jìn)行輔助設(shè)計(jì),不僅可以快速地進(jìn)行工程的方案優(yōu)選比較,同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)方案的修改也能在很短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)反饋,尤其是在開挖及回填工程量的計(jì)算統(tǒng)計(jì)上。隨著市場(chǎng)的發(fā)展,GEOPAK Site后續(xù)出圖工具也將會(huì)越來(lái)越完善,越來(lái)越多適合國(guó)內(nèi)水利水電行業(yè)的模塊也將會(huì)得到發(fā)展,從而使工作效率得到顯著的提高。

      [1]孫程.基于GEOPAK Site 的三維開挖輔助設(shè)計(jì)[J].人民長(zhǎng)江,2013,44(17):26-28.

      [2]趙一新,李政鵬,屈志剛.GEOPAK在前坪水庫(kù)工程場(chǎng)地開挖的應(yīng)用及工程優(yōu)化[J].西北水電,2014 (05):97-99.

      [3]蘇瑩瑩.GEOPAK軟件在奮斗水庫(kù)三維設(shè)計(jì)開挖中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技,2014,42(4):41-42.

      [4]虞松賓.淺談利用三維設(shè)計(jì)軟件計(jì)算某灌區(qū)渠道工程量[J].廣西水利水電,2009(6):64-67.

      [5]江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院.江西省浯溪口水利樞紐工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].南昌:江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院,2012.

      1007-7596(2016)05-0116-04

      2016-03-10

      翁發(fā)根(1985-),男,河南信陽(yáng)人,工程師,研究方向?yàn)樗そY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

      TP39

      A

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