CAD三维建模技术在渐变段模板设计中的应用

邢广君 ，周志琦

（1.黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004；

2.小流域水利河南省高校工程技术研究中心，河南 开封 475004）

0 引言

水利工程中，有很多混凝土结构面为不规则的曲面，如水电站有压洞进口方圆渐变段模板、扭曲面模板、发电厂房的机组蜗壳模板、肘管等。由于水利工程具有多样性、复杂性的特点，不同工程的曲面尺寸差别较大，因此，不能使用工业与民用建筑行业、机械行业等已有的相关设计系统和使用方法进行模板制作［1~3］。目前，国内对于水工混凝土异形模板设计都是在其他已建和在建工程成功案例的基础上，根据经验推算模板尺寸。该方法计算的模板尺寸准确，也不能有效的指导施工。

以四川省大渡河泸定水电站引水隧洞渐变段为例，探讨了应用CAD三维建模技术设计渐变段模板的操作方法。

1 工程概况

四川省大渡河泸定水电站引水隧洞渐变段总长25 m，底部高程1 339.00 m，其中上游侧22.07 m为过渡段，下游侧2.93 m为固定尺寸段，末端底部有齿墙，齿墙最低处高程为1 345.800 m，其纵断面尺寸如图1所示。本文只研究其过渡段。

该引水隧洞渐变段的过渡段起点0＋738.293桩号处断面形状近似马蹄形，隧洞直径为17.2 m，下部90°范围内为直线段，隧洞中心线高程为1 348.500 m，底部高程为1 339.900 m，其断面图如图2所示。过渡段终端0＋760.363桩号处断面形状为近似城门洞形，拱高为3 m，底部高程与起点相同，均为1 339.900 m，渐变段的高度从起点的17.2 m过渡到14.7 m，底宽从7 m过渡到17 m，如图3所示。

2 渐变段建模模拟过程

2．1 绘制两个断面轮廓线

在CAD2010绘图软件中，用绘图命令和修改命令中的 Line（绘制直线）、Circle（绘制圆）、Trim（修剪）等命令绘制渐变段的两个断面轮廓（单位为m）。

2．2 创建渐变段三维实体

（1）新建一张图，在“视图”工具栏中，将“左视”窗口置为当前，将2个断面轮廓复制到新建图中，并分别创建面域。

（2）按照图1所示的渐变段纵断面图，将创建好面域的2个断面按尺寸放置在起始位置和终端位置（在“西南等轴测”的状态下），间距为22.07 m。

（3）用“line（直线）”命令将两端面对应的下部2个顶点和上部中点连接，如图4所示。

（4）执行“建模”工具栏中的“loft（放样）”命令，依次选择两横截面，并以连接出来的直线为导向线，生成如图5所示的三维实体［4］。其具体操作如下。

命令：_loft

按放样次序选择横截面：找到1个（选择起点断面）

图1 四川省大渡河泸定水电站引水隧洞渐变段纵剖面图（单位：m）Fig.1 Diversion tunnel transition section profile of Luding hydropower station of Dadu river in Sichan Province(Unit:m）

图2 渐变段起点0－738．293桩号断面图（单位：m）Fig.2 Transition section starting point 0-738.293 stake mark cross-section(Unit:m）

图3 渐变段终端0＋760．636桩号断面图（单位：m）Fig.3 Transition section termination point 0+760.636 stake mark cross-section(Unit:m）

图4 连接特征点，作出放样导向线Fig.4 Joint feature,lofting guide line

图5 生成三维实体Fig.5 3D entity

按放样次序选择横截面：找到1个，总计2个（选择终端断面）

按放样次序选择横截面：（Enter结束选择）

输入选项 ［导向（G）／路径（P）／仅横截面（C）］＜仅横截面＞：G

选择导向曲线：找到1个（选择上部导向线）

选择导向曲线：找到1个，总计2个（选择前侧导向线）

选择导向曲线：找到1个，总计3个（选择后侧导向线）

选择导向曲线：（Enter结束选择）

命令：_vscurrent

输入选项 ［二维线框（2）／三维线框（3）／三维隐藏（H）／真实（R）／概念（C）／其他（O）］ ＜二维线框＞： _C

2．3 按需获取断面具体尺寸

目前，我国应用的组合钢模板板块长度为1 500 mm、1 200 mm、900 mm 等，宽度为 600 mm、300 mm、250 mm、200 mm、150 mm、100 mm 等。进行配板设计时，如出现不足50 mm的空缺，则用木方补缺，用钉子或螺栓将木方与板块边框上的孔洞连接［5］。

假设模板板块长度为1 500 mm，以1 500 mm的整数倍——距起点6 m处和12 m处的剖切断面为例，演示模板组合处所需断面尺寸的确定。

（1）将三维实体置于“主视”或“俯视”状态，在距起点6 m处和12 m处，用“slice（剖切）”命令将实体剖开，如图6所示。删除起点和终点，仅保留6 m到12 m部分，如图7所示。

（2）将实体转换为“左视”、“二维线框”状态，切换到“布局”，并激活窗口。

（3）执行“solprof”命令，切换到“模型”，删除实体，仅保留轮廓的投影。其具体操作如下：

命令：_-view 输入选项 ［？ ／删除 （D）／正交（O）／恢复（R）／保存（S）／设置（E）／窗口（W）］：_left（将左视置为当前）

图6 用“slice（剖切）”命令剖开实体Fig.6 Splitting the entity by “slice” command

图7 被剖实体保留的中段Fig.7 Reserved section of the split entity

命令：_vscurrent

输入选项 ［二维线框（2）／三维线框（3）／三维隐藏（H）／真实（R）／概念（C）／其他（O）］＜概念＞：_2（二维线框显示）

命令：＜切换到：布局1＞

命令：_.MSPACE

命令：_solprof

选择对象：（选择整个断面）

选择对象：（Enter结束选择）

是否在单独的图层中显示隐藏的轮廓线？［是（Y）／否（N）］ ＜是＞：Enter（确认）

是否将轮廓线投影到平面？［是（Y）／否（N）］＜是＞：Enter（确认）

是否删除相切的边？ ［是（Y）／否（N）］ ＜是＞：Enter（确认）

（4）执行“explode（分解）”命令，将两断面轮廓分离并分别进行尺寸标注，即得到所需断面尺寸，如图8和图9所示。

3 结语

图8 距起点6 m处断面尺寸（单位：m）Fig.8 Cross-section size from starting point 6 m(Unit:m）

CAD2008、2010版本三维功能进一步强化，特别是对水利工程中以前难以实现的渐变段三维实体的绘制，有了方便、快捷的方法。结合水利工程的实际，由CAD三维建模技术生成建筑物三维实体，再根据所需断面位置剖切后，转换二维图形，并准确给出各断面尺寸的方法。本方法可操作性强，便于掌握，可以广泛应用于水电站进出口渐变段、肘管渐变段、扭曲面等不规则曲面，以期对实际施工中模板的选取起指导作用。

图9 距起点12 m处断面尺寸（单位：m）Fig.9 Cross-section size from starting point 12m(Unit:m）

［1］ 田政锋．CAD技术在建筑中的应用 ［J］．甘肃科技，2009（17）：143－145．

［2］张锋，庞应周．三维CAD技术及在机械设计中的应用［J］．科技致富向导，2010（23）：84．

［3］李晓芬．CAD技术在建筑绘制方面的实际应用分析［J］．计算机光盘软件与应用，2011（24）：201－202．

［4］ 曾令宜．AutoCAD2010工程绘图技能训练教程 ［M］．北京：高等教育出版社，2011：197-198．

［5］ GB50214－2001，组合钢模板技术规范［S］.