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1多專業勘測設計技術路線

1．1多數據融合技術應用流程結合上述工程勘測設計分解方法，對三維勘測設計流程進行歸納，見圖3。選用CATIA軟件作為水工三維設計主導軟件平臺，主要結構設計(如壩工、房、施工、機電等)直接在上面完成，作為三維模型的主要建立和信息儲存平臺，利用數據格式轉換程序或其他方式和其他專業應用軟件集成起來，從而形成不同專業間的數據交流和傳遞。這樣既可發揮三維協同設計的巨大優勢，又可體現出不同行業的特點。

1．2基于骨架關聯驅動技術的多專業勘測設計借助于CATIA的骨架關聯驅動技術，在理順工程總體與局部、專業與專業之間的設計參考和參數傳遞控制關系的前提下，先進行總體樞紐布置骨架設計，在總體骨架控制驅動下，各專業完成本專業子骨架設計，繼續向下驅動、關聯直到由設計人員完成具體的細部結構零件，圖4表示總體骨架與各專業子骨架等之間的驅動關系。通過CATIA骨架關聯設計技術及多軟件數據融合技術把水電工程多專業集于統一的數據源進行三維設計。骨架是設計思想傳遞的載體，骨架間傳遞并驅動著各專業設計參數關系，同時保證上下游專業設計以及并行交叉專業設計的數據關聯、一致和及時變更。

1．3三維勘測設計校審協同工作流程多專業三維勘測設計的另一個核心之一是在項目中三維信息的共享轉換與高效利用，即是協同設計。三維信息模型居于頂端的支配地位，分別由地質、水工、機電等專業建立;然后各專業根據設計階段又繼承和提取三維信息模型產生的數據信息，對其進行二次建模等，整個設計過程就是一個逐步求精的迭代過程，直至達到設計交付要求［1］。CATIA軟件能將地質、樞紐、施工、機電整合一起進行水利水電工程三維設計，其協同模塊VPM管理設計模型、結構、骨架、參數、關聯信息、定義角色，提供設計校核、評審功能，方便設計人員即時交流。其中通過“權限機制”的設定，每個設計人員建立和修改與本專業相關的各種參數化信息，其他專業的設計人員可以參考，但不可修改。通過“”規則，只有通過具有校核與審查權限的人員批準后才能對成果進行提交以供其他專業的人員引用，這樣從協同設校審機制上參照并繼承了傳統既定的設計制度。結構流程見圖5所示。

1．4專業知識模板庫此外，對于水工結構設計專業，包括壩工專業、廠房專業、導流專業、金結專業等設計人員可以根據當前設計需求通過VPM協同平臺中的專業知識模板庫(見圖6)查調所需模板，進行必要的參數調整，快速完成設計。專業知識模板庫能夠使不同項目不同專業的設計人員能共享設計經驗，使得以往項目的設計經驗在新項目設計中能夠得以傳遞，實現知識的重用，簡化設計過程，提高了設計應用自動化程度，設計工作量會隨著專業知識模板庫的積累而不斷降低。

2工程應用實例

現以某水電站工程為實例，探討三維勘測設計專業軟件的應用、設計思路以及測繪、地質、水工設計、工程量統計、計算分析、工程制圖、視覺傳達設計等各專業實現的全過程，為三維協同設計在水利水電工程中的應用提供參考。

2．1工程簡介某工程水庫總庫容24．98億m3，電站裝機容量3400MW，為Ⅰ等大(1)型工程，可研階段選定壩型為碾壓混凝土重力壩，最大壩高206m，壩軸線總長1323m，總開挖約2500萬m3，混凝土總量約1100萬m3，場區地震基本烈度按8度考慮。工程規模大、地震烈度高、地質條件復雜、設計周期短。

2．2建模過程

2．2．1三維地質模型地質建模選用的軟件為GOCAD和CATIA。其中，GOCAD軟件為新一代地質建模軟件的代表［2］，以工作流程為核心，具有強大的三維模型構建和分析能力，通過接口可以很方便地將地質模型導入到CATIA平臺中。本項目直接采用CATIA軟件，并進行了專門的二次開發，其三維地質建模過程如圖7所示。目前已經實現:①地形數據導入;②地質平面圖數據導入(地層巖性分界線，斷層等構造線，覆蓋層邊界線等);③鉆孔、平洞數據導入;④已有成果導入(推測的剖面);⑤各類地質界面的建立與調整;⑥地質體的創建;⑦地質平切平面圖和剖面圖;⑧開挖體及方量統計。本工程完成后的三維地質模型如圖8所示。

2．2．2水工結構模型(水工結構三維參數化模型)水工結構模型完全在CATIA上建立，這樣可以最好地保證其關聯性和數據統一性。根據設計院專業負責制的管理體制，將水工模型分解為水工、機電、導流、施工等專業。每個專業單獨完成自己的對象，在專業負責人校核后，對象本身就是水工建筑物模型的一部分，以便其他專業調用。在專業內部根據對象的難易程度和作用的不同再從上向下分成一個個對象，如重力壩，由一個總體骨架對象進行控制，通過接口向下對非溢流壩段、溢流壩段、廠房進水口壩段、連接壩段對象進行控制。具體到如溢流壩段結構的三維參數化設計，采用“骨架+草圖+參數+設計表+規則+陣列”的設計思路，見圖9。通過特征草圖和一些關鍵性的參數、公式等來控制即可快速生成所需各類模型，見圖10。這樣大大減少了工作量，便于后期修改，而且可以直接通過修改模板參數應用于其他重力壩工程。按照同樣的方法可完成其它水工結構的三維參數化模型，并進行工程模型總裝，見圖11。

2．3模型應用

2．3．1工程量對于水工結構及子部件等混凝土工程量(見圖12)、施工設計中的開挖量與填方量可在三維模型的基礎上，通過測量工具快速進行估算與校檢，統計結果范圍準確。

2．3．2結構計算CATIA和ABAQUS之間可以無縫連接［3］，本工程應用ABAQUS進行了應力、變形和抗震分析，取得了良好的效果，完成后的三維計算模型見圖13。另外，CATIA三維模型可以很方便地導入到HY-PERMESH和ANSYS中。

2．3．3二維圖紙交付按照目前的行業要求，還是需要提供各種二維圖紙，在CATIA工程制圖模塊中，通過開定制、二次開發符合設計人員習慣與規范的工程出圖技術方案，可完成所需的水工結構圖，這樣一方面可以利用三維設計的成果，另外也可以保證圖紙的企業標準化。通過通用接口，CATIA模型可以很方便地導入到我院自主開發的三維配筋軟件來生成鋼筋圖與鋼筋統計表［4］。

2．3．4三維視景仿真與展示隨著計算機三維可視化仿真技術的日益成熟，水利水電工程仿真模擬的視覺效果要求越來越高，根據工程實際，選用了3DVIAComposer和3D-Max，前者可以和CATIA無縫銜接，輕松快捷地制作2D線條圖，添加標注，輸出內容包括3D動畫以及JPEG，SVG，CGM等圖像，適合與時間緊且對效果要求不是很高的用戶。后者作為一款專業三維動畫渲染與制作軟件，不僅和CATIA具有良好的接口，而且在視覺要素的表現上有具有強大的功能與良好的操作界面，為水利水電三維視景仿真提供了完善和高品質的解決方案，其具體實施過程如圖14所示［5］，其效果圖如圖15所示。

3結語

開展水電工程多專業三維勘測設計與協同工作是行業發展的必然趨勢，不僅要以配套的協同設計工作流程、技術標準、規范以及質量管理體系為指導，而且在通過網絡技術、數據庫技術、協同管理技術等構建涉及地質、水工、機電、施工等多專業的三維協同設計平臺的基礎上，構建并形成基于網絡信息化的多人并發設計、實時在線協同、異地協同、離線設計等設校審協同工作體系，將個人的靜態單機設計擴展到整個項目的參數級互動設計，提高設計質量和縮短工程周期，快速滿足、適應業主需求和市場環境。

作者：萬云輝 李小帥 錢富 單位：長江勘測設計規劃研究有限責任公司 中國水利電力對外公司