GEOPAK软件在奋斗水库三维设计开挖中的应用

苏莹莹

（黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080）

GEOPAK软件在奋斗水库三维设计开挖中的应用

苏莹莹

（黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080）

三维设计表达直观，较二维设计有较多优势，文章以奋斗水库三维协同试点项目为依托，通过 GEOPAK软件在重力坝方案中的应用，阐述了三维设计在水利工程中的优势和对二维设计的改进。

三维设计，重力坝方案，GEOPAK，开挖基准面；工程量

1 项目背景

1.1 三维设计概述

三维是指在平面二维系中又加人了一个方向向量构成的空间系 。三维设计与二维设计相比有许多优势，三维表达直观，能发现和及时有效解决设计间的错、漏、碰等问题，减轻设计工作量［1］。进行设计时，也可以结合地形地貌、地质条件、交通情况等因素，调整方案。三维模型含有大量结构、参数信息，将数据库和三维设计技术相结合，深人到模型的内部，便捷地提取这些信息，能够准确、迅速地进行查询，统计和管理。三维协同设计代表了最新的设计理念和先进的设计水平，已经成为工程设计行业发展的趋势和方向，目前，国内水利水电设计单位应用正处在从二维电脑绘图时代向三维时代过渡阶段。

1.2 奋斗水库项目简介

穆棱市奋斗水库工程是以城镇供水为主，结合防洪，兼顾灌溉和发电等综合利用，总库容为2.13× 108m3，总装机5.0 MW，多年平均发电量1 282× 104kW·h，装机年利用小时数2 564 h。本次试点项目采用奋斗水库项目建议书阶段为背景，通过三维软件设计检验项目建议书阶段成果，并且加深精度，对下一阶段设计具有一定的指导意义。

2 GEOPAK软件概述

传统设计中土石方开挖一直是比较繁琐的问题，而且不能准确的生成开挖开口线和工程量统计，通过使用三维建模结合 Bentley GEOPAK软件，就可以解决这样的问题。GEOPAK是一款集成的土木设计和工程三维设计软件，本项目主要使用 GEOPAK Site模块实现项目场地的开挖设计。在这款三维软件中可以按照开挖的先后顺序实现工程的模拟，比二维设计的计算方法更加直观，更具参考价值。首先，在MicroStation中建立三维模型，将模型组装完成后，用建筑物的外轮廓线和测量、地质的资料，在GEOPAK中就可以实现场地的模拟开挖。将地质资料和测量资料导人 GEOPAK中，把建筑物的外轮廓线投影到设计高程，然后按照设计边坡在原地形上进行放坡，修筑马道等。在建筑物开挖部分有交集的地方，可自动进行处理，防止重复计算开挖量。

3 GEOPAK软件在奋斗水库试点项目中的应用

奋斗水库推荐方案为重力坝方案，拦河坝采用全断面碾压混凝土重力坝，坝顶高程387.80 m，防浪墙顶高程389.00 m，坝顶宽6.5 m；溢流坝段位于主河床，分 3孔，每孔净宽10 m，中墩厚3 m，边墩厚2.5 m，溢流坝段总宽41 m，溢流坝堰面采用WES型幂曲线，采用弧形闸门，由液压启闭机控制。

3.1 奋斗水库重力坝方案三维设计使用GEOPAK开挖过程及成果

首先在MicroStation建立大坝模型，模型组装完成后，搜集所需的测量、地质资料，将等高线，高程点等数据做成GEOPAK可识别的tin文件。将原地形的tin文件导人，作为开挖的基准面。将大坝模型参考进开挖文件中，模型外轮廓线就可作为开挖的控制线。把建筑物的外轮廓线投影到设计高程，然后按照设计边坡向原地形上放坡，修筑马道等。各个不同的建筑物因为施工顺序不同，所以开挖顺序也不同［2］。GEOPAK中可以按照施工顺序进行模拟开挖，开挖完成后，可以进行工程量的统计。如图1～图3所示。

图1 建筑物外轮廓线

图3 开挖工程量统计

工程量统计：强风化开挖量为116 738 m3，弱风化开挖量为131 336 m3，合计为248 074 m3。

3.2 奋斗水库重力坝方案二维设计开挖过程及成果

二维计算开挖的普遍方法是选择若干个典型断面，分别计算开挖量，用平均值作为整个坝段的开挖平均值。绘制平面开挖图的时候，按照开挖深度和设计边坡计算开挖时需要的水平距离，然后在二维图纸上放坡，绘制出边界线，成果图见图4。

图4 二维开挖成果图

工程量统计：覆盖层开挖量为42 053 m3，强风化开挖量为27 343 m3，弱风化开挖量为117 327 m3，合计186 723 m3。

4 结 论

三维模型统计的工程量是在模拟整个工程模型和施工顺序的前提下进行的，对实际工程的指导意义更大，数据更接近真实值，接近的程度和相差的多少还要在实际工程中进行进一步的检验［3］。现阶段进行的二维到三维的改变已经是一个飞跃了，未来在更多的工程实践中一定会使三维设计越来越接近真实工程的模拟。

［1］李斌，宗志坚，郑会春.水利水电工程三维设计方法引进与研究［J］.人民黄河，2011（05）：140-141.

［2］黄鹤飞.三维设计在水利水电行业中的应用探讨［J］.科技资讯，2009（26）：62.

［3］张社荣，顾岩，张宗亮.水利水电行业中应用三维设计的探讨［J］.水力发电学报，2008（03）：55，67-71.

App lication of GEOPAK software in 3 D Design Excavation for Fengdou Reservoir

SU Ying-ying

（Heilongjiang ProvinceWater Conservancy＆Hydropower Investigation，Design and Research Institute，Harbin 150080，China）

The 3D design，a visual expression，hasmore advantage than the 2D design.Taking the pilot project of 3D collaborative efforts for Fenggou reservoir as an example，through the application of GEOPAK software in gravity dam，this paper expounds the advantages of 3 D design in hydraulic engineering and the improvement the 2 D design.

3 D design，gravity dam scheme；GEOPAK；excavation level；engineering quantity

TP391

B

1007-7596（2014）04-0041-02

2013-08-15

苏莹莹（1981-），女，辽宁鞍山人，工程师。