水利水电工程勘测设计范文

1多专业勘测设计技术路线

1．1多数据融合技术应用流程结合上述工程勘测设计分解方法，对三维勘测设计流程进行归纳，见图3。选用CATIA软件作为水工三维设计主导软件平台，主要结构设计(如坝工、房、施工、机电等)直接在上面完成，作为三维模型的主要建立和信息储存平台，利用数据格式转换程序或其他方式和其他专业应用软件集成起来，从而形成不同专业间的数据交流和传递。这样既可发挥三维协同设计的巨大优势，又可体现出不同行业的特点。

1．2基于骨架关联驱动技术的多专业勘测设计借助于CATIA的骨架关联驱动技术，在理顺工程总体与局部、专业与专业之间的设计参考和参数传递控制关系的前提下，先进行总体枢纽布置骨架设计，在总体骨架控制驱动下，各专业完成本专业子骨架设计，继续向下驱动、关联直到由设计人员完成具体的细部结构零件，图4表示总体骨架与各专业子骨架等之间的驱动关系。通过CATIA骨架关联设计技术及多软件数据融合技术把水电工程多专业集于统一的数据源进行三维设计。骨架是设计思想传递的载体，骨架间传递并驱动着各专业设计参数关系，同时保证上下游专业设计以及并行交叉专业设计的数据关联、一致和及时变更。

1．3三维勘测设计校审协同工作流程多专业三维勘测设计的另一个核心之一是在项目中三维信息的共享转换与高效利用，即是协同设计。三维信息模型居于顶端的支配地位，分别由地质、水工、机电等专业建立;然后各专业根据设计阶段又继承和提取三维信息模型产生的数据信息，对其进行二次建模等，整个设计过程就是一个逐步求精的迭代过程，直至达到设计交付要求［1］。CATIA软件能将地质、枢纽、施工、机电整合一起进行水利水电工程三维设计，其协同模块VPM管理设计模型、结构、骨架、参数、关联信息、定义角色，提供设计校核、评审功能，方便设计人员即时交流。其中通过“权限机制”的设定，每个设计人员建立和修改与本专业相关的各种参数化信息，其他专业的设计人员可以参考，但不可修改。通过“”规则，只有通过具有校核与审查权限的人员批准后才能对成果进行提交以供其他专业的人员引用，这样从协同设校审机制上参照并继承了传统既定的设计制度。结构流程见图5所示。

1．4专业知识模板库此外，对于水工结构设计专业，包括坝工专业、厂房专业、导流专业、金结专业等设计人员可以根据当前设计需求通过VPM协同平台中的专业知识模板库(见图6)查调所需模板，进行必要的参数调整，快速完成设计。专业知识模板库能够使不同项目不同专业的设计人员能共享设计经验，使得以往项目的设计经验在新项目设计中能够得以传递，实现知识的重用，简化设计过程，提高了设计应用自动化程度，设计工作量会随着专业知识模板库的积累而不断降低。

2工程应用实例

现以某水电站工程为实例，探讨三维勘测设计专业软件的应用、设计思路以及测绘、地质、水工设计、工程量统计、计算分析、工程制图、视觉传达设计等各专业实现的全过程，为三维协同设计在水利水电工程中的应用提供参考。

2．1工程简介某工程水库总库容24．98亿m3，电站装机容量3400MW，为Ⅰ等大(1)型工程，可研阶段选定坝型为碾压混凝土重力坝，最大坝高206m，坝轴线总长1323m，总开挖约2500万m3，混凝土总量约1100万m3，场区地震基本烈度按8度考虑。工程规模大、地震烈度高、地质条件复杂、设计周期短。

2．2建模过程

2．2．1三维地质模型地质建模选用的软件为GOCAD和CATIA。其中，GOCAD软件为新一代地质建模软件的代表［2］，以工作流程为核心，具有强大的三维模型构建和分析能力，通过接口可以很方便地将地质模型导入到CATIA平台中。本项目直接采用CATIA软件，并进行了专门的二次开发，其三维地质建模过程如图7所示。目前已经实现:①地形数据导入;②地质平面图数据导入(地层岩性分界线，断层等构造线，覆盖层边界线等);③钻孔、平洞数据导入;④已有成果导入(推测的剖面);⑤各类地质界面的建立与调整;⑥地质体的创建;⑦地质平切平面图和剖面图;⑧开挖体及方量统计。本工程完成后的三维地质模型如图8所示。

2．2．2水工结构模型(水工结构三维参数化模型)水工结构模型完全在CATIA上建立，这样可以最好地保证其关联性和数据统一性。根据设计院专业负责制的管理体制，将水工模型分解为水工、机电、导流、施工等专业。每个专业单独完成自己的对象，在专业负责人校核后，对象本身就是水工建筑物模型的一部分，以便其他专业调用。在专业内部根据对象的难易程度和作用的不同再从上向下分成一个个对象，如重力坝，由一个总体骨架对象进行控制，通过接口向下对非溢流坝段、溢流坝段、厂房进水口坝段、连接坝段对象进行控制。具体到如溢流坝段结构的三维参数化设计，采用“骨架+草图+参数+设计表+规则+阵列”的设计思路，见图9。通过特征草图和一些关键性的参数、公式等来控制即可快速生成所需各类模型，见图10。这样大大减少了工作量，便于后期修改，而且可以直接通过修改模板参数应用于其他重力坝工程。按照同样的方法可完成其它水工结构的三维参数化模型，并进行工程模型总装，见图11。

2．3模型应用

2．3．1工程量对于水工结构及子部件等混凝土工程量(见图12)、施工设计中的开挖量与填方量可在三维模型的基础上，通过测量工具快速进行估算与校检，统计结果范围准确。

2．3．2结构计算CATIA和ABAQUS之间可以无缝连接［3］，本工程应用ABAQUS进行了应力、变形和抗震分析，取得了良好的效果，完成后的三维计算模型见图13。另外，CATIA三维模型可以很方便地导入到HY-PERMESH和ANSYS中。

2．3．3二维图纸交付按照目前的行业要求，还是需要提供各种二维图纸，在CATIA工程制图模块中，通过开定制、二次开发符合设计人员习惯与规范的工程出图技术方案，可完成所需的水工结构图，这样一方面可以利用三维设计的成果，另外也可以保证图纸的企业标准化。通过通用接口，CATIA模型可以很方便地导入到我院自主开发的三维配筋软件来生成钢筋图与钢筋统计表［4］。

2．3．4三维视景仿真与展示随着计算机三维可视化仿真技术的日益成熟，水利水电工程仿真模拟的视觉效果要求越来越高，根据工程实际，选用了3DVIAComposer和3D-Max，前者可以和CATIA无缝衔接，轻松快捷地制作2D线条图，添加标注，输出内容包括3D动画以及JPEG，SVG，CGM等图像，适合与时间紧且对效果要求不是很高的用户。后者作为一款专业三维动画渲染与制作软件，不仅和CATIA具有良好的接口，而且在视觉要素的表现上有具有强大的功能与良好的操作界面，为水利水电三维视景仿真提供了完善和高品质的解决方案，其具体实施过程如图14所示［5］，其效果图如图15所示。

3结语

开展水电工程多专业三维勘测设计与协同工作是行业发展的必然趋势，不仅要以配套的协同设计工作流程、技术标准、规范以及质量管理体系为指导，而且在通过网络技术、数据库技术、协同管理技术等构建涉及地质、水工、机电、施工等多专业的三维协同设计平台的基础上，构建并形成基于网络信息化的多人并发设计、实时在线协同、异地协同、离线设计等设校审协同工作体系，将个人的静态单机设计扩展到整个项目的参数级互动设计，提高设计质量和缩短工程周期，快速满足、适应业主需求和市场环境。

作者：万云辉 李小帅 钱富 单位：长江勘测设计规划研究有限责任公司 中国水利电力对外公司