基于CATIA的三维岔管设计在水电站的应用

王 巍，周 杰，李 迪，姜 坤

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130021）

基于CATIA的三维岔管设计在水电站的应用

王 巍，周 杰，李 迪，姜 坤

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春130021）

本文针对水电站压力岔管常规设计方法存在的不足，提出基于CATIA的三维岔管设计方法，结合工程实例阐述了利用CATIA软件设计非对称Y形三岔管的步骤，并创建了三维岔管模型。工程结果表明，CATIA三维建模方法高效、直观，能满足工程设计精度要求，具有较强的实用性。

CATIA软件；岔管；三维设计

1 概述

我国已建或在建的水电站输水系统中，岔管的应用较为广泛。岔管是供水管路中最常见也是最基本的构件之一，它起到了连接管路的枢纽作用，结构上分为对称岔管和非对称岔管。岔管体型复杂，结构设计和体型展开计算均很困难，常规设计方法显现出效率低、误差大的特点。为提高设计效率，本文以非对称Y型岔管为例，采用CATIA软件进行岔管设计。

通过对非对称岔管的结构分析得到以下共性:岔管的连接处的修剪方式都是通过求到相交耦合线后用耦合线修剪。所以关键在于耦合线的求取。基于这样共性创建三维岔管模板。

CATIA三维参数化建模方法高效、直观，能满足工程设计精度要求，为水电站压力岔管设计提供了一种高效实用的新途径。

2 建模思路

利用计算成果，在传统二维设计中定义每个截面的位置、截面尺寸及平面走向、位置，在CATIA软件中分别建立这些关键定位元素。通过对比发现，钢岔管模型较为简单，建模相对简单，开挖与外包混凝土比较复杂，尤其是外包混凝土，外形不一样会发生截面的变化，而且钢岔管外部的混凝土厚度不是相等的，因此对模型的截面定位就显得特别重要。分析发现，模型的复杂性决定了建模的难度。采用CATIA的骨架建模思路，结合曲面设计的强大功能，先做出曲面，再通过封闭、剪切等运算将曲面实体化，可以满足建模需求。

3 工程实例

云南万家口子水电站引水隧洞采用一洞双机布置方式，采用非对称Y型三岔管（分岔角度为60°）内衬钢管外包混凝土，主洞钢管直径为6.0m，分岔管直径为4.0m，岩体开挖采用马蹄形断面。

运用CATIA软件建模设计的具体步骤如下:

第一步:三维模型节点结构搭建

由于结构部位较为单一，仅仅为钢岔管处的建模及开挖，所以采用单个零件的方式来设计，采用几何图形集和几何体并结合合理的命名来管理模型关键元素，如图1所示。

图1 模型结构树

第二步:定位骨架设计

1）平面定位（相当于俯视图），走向线，关键坐标点等。

2）截面定位，建立多个符合要求的截平面，用于布置关键截面轮廓，如图2所示。

图2 定位图

第三步:关键截面设计

利用上一步建立的骨架，采用定位草图的方式建立关键截面。关键截面一般是截面变化的起始点或者终止点，或者是工程特定的一些位置的截面，如图3、图4所示。

图3 开挖面建模关键截面

图4 钢管建模关键截面

第四步:曲面造型设计

利用上一步建立完成的关键截面，采用桥接等方式建立曲面，如图5、图6所示。

图5 开挖模型曲面

图6 钢管模型曲面

第五步:实体设计

将上一步完成的曲面，通过一些布尔运算生成实体，如图7所示。

图7 模型实体

4 结语

（1）针对水电站压力岔管常规设计中存在的不足，以非对称Y型三岔管为实例，探讨了三维岔管的设计方法。结果表明，用CATIA软件进行复杂三维岔管的建模，直观、快捷、操作步骤简单，工作量小，效率高，可以精确的计算工程量，在任意位置进行剖切，设计完成的三维模型可以使用其它三维动画软件（例如composer、3DmA X等）进行动画设计，对施工具有很好的指导意义。

（2）建立一个实用的具有代表性的管路构建-岔管的3D模型，一方面可以体现CATIA软件在3D设计中参数化控制模型这一独特特点的优越性，另一方面证明水工建筑物中典型结构的3D设计模板化是没有问题的，软件的强大功能完全可以实现。

（3）通过建模，我们认识到软件本身的一些架构型式和基本原理，为将来建立、组织和管理更加复杂的构件做铺垫。CATIA的三维参数化建模具有很强的实用性，在水利工程设计中具有良好的应用前景。

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TV73

B

1672-2469（2015）10-0107-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.34

王巍（1983年—），男，工程师。