三维软件平台在面板堆石坝设计中的应用

林 峰,刘仁德,冷园园

(1.江西省水利规划设计研究院,江西 南昌 330029;2.江西省水工结构工程技术中心,江西 南昌 330029)

三维软件平台在面板堆石坝设计中的应用

林 峰1,2,刘仁德1,2,冷园园1,2

(1.江西省水利规划设计研究院,江西 南昌 330029;2.江西省水工结构工程技术中心,江西 南昌 330029)

混凝土面板堆石坝工程传统的设计方式,是从趾板"x"线展开图到平面图,再进行反向验证与修改.水工与地勘专业进行重复工作,具有一定的局限性,对布置的优化缺乏控制,设计效率很低.Bentley三维设计平台结合"华东院"地质模型软件,可以提高混凝土面板堆石坝的设计参数精准度和设计品质,缩短计周期,提高设计质量,同时又可以对设计流程进行优化.

BIM技术:Bentley三维设计平台:面板堆石坝

0 引言

目前BIM技术已经家喻户晓了,不仅在我国的大面积应用,在全球范围内也得以推广应用,现在越来越多的基础设施类工程也开始逐渐应用,相比房建类工程来说,基础设施应用BIM技术可以说是我国建筑类的一次进步,那么BIM技术在水利水电工程中有什么优势,Bentley三维设计软件作为典型的BIM软件,在混凝土面板堆石坝工程设计中又有哪些进步与不足.

1 BIM技术在设计中的优势

采用BIM软件进行三维建模,能够精确剖切大坝任意位置剖面图,避免传统的二维设计中通过点线面方式绘制剖面图的繁琐工作,提升设计人员工作效率;在传统二维设计中,因设计人员的疏忽,绘图错误难以避免.采用三维建模,全部的视图、剖面以及二维图纸具有联动性,一处改动,相关文件自动匹配更新,使修改设计便捷化;水利枢纽工程设计中不同专业的最新工作成果实时出现在同一总装模型中,错误碰撞、交叉干扰的问题一目了然.传统的二维设计对工程设计人员空间想象力的要求很高,标准不一.应用BIM技术可以有效减少一些因设计人员空间想象不正确而产生的错误.

2 Bentley三维设计的一般流程

通过对"江西省寻乌县太湖水库工程"混凝土面板堆石坝枢纽段以及"江西省浯溪口水利枢纽工程"重力坝段的三维建模实训,对三维设计的基本流程有了初步总结:

我们在进行三维建模之前,首先应该明确建筑物的主要控制轴线,该控制轴线上建筑物的典型横剖面,剖面沿轴线的空间伸展形式(沿路径扫描生成体、沿路径渐变生成体等等),将这几点理清楚之后,再开始我们的三维建模工作,选择相应的软件操作命令即可,当然这个过程中会遇到各种各样的问题.

面板堆石坝相对于重力坝来说,控制轴线多了不少,趾板"x"线、大坝轴线、溢洪道各段轴线等等,并且这些轴线大都是空间曲线,比重力坝单一的大坝轴线复杂很多.例如.溢洪道泄槽段的轴线需要用到专门的三维道路软件制作,给建模带来比较大的困难.另外,由于面板堆石坝的轴线是空间曲线,例如趾板"x"线是相对于大坝轴线和水平面都有夹角的空间直线,在沿轴线生成趾板实体的操作中,我们需要通过将局部坐标系切换到垂直这一轴线后,进行断面沿轴线的扫描,趾板分段越多,工作量越大.在面板堆石坝建模中,周边缝位置的模型处理也同样涉及到局部坐标系的转换问题,因此,局部坐标系在三维建模中有着相当重要的运用.

3 开展三维设计的优势与必要性

江西省寻乌县太湖水库工程挡水建筑物采用混凝土面板堆石坝,笔者参与了该项目从可行性研究到施工图阶段混凝土面板堆石坝部分的设计计算工作,对混凝土面板堆石坝传统二维设计手段与全新的Bentley三维解决方案之间的优缺点有如下认识:

1)在三维模型中,可以采用垂直趾板"x"线剖切面板的方法得出趾板的仰角,以验证计算的准确性,甚至于直接在剖切图中得到该角度,从而省去繁琐的公式推导与计算,提高设计效率和保证设计的可靠性.

2)对于不同部位之间的具体衔接情况,例如左岸坝肩挡墙与趾板、面板的衔接以及溢洪道进水渠左侧挡墙与趾板、面板的衔接等,在二维设计图纸中,我们一般通过空间想象来绘制这些衔接部位的剖面图;而在三维模型中,我们通过实体建模,可以非常直观的看到这些复杂部位的具体衔接形式,通过剖切的方式得到需要的二维图纸.

3)对于一些空间异形结构,例如趾板转弯段的异形板,如果可以将三维模型引入施工过程中作为指导,想必对施工单位更好的领悟设计人员的设计意图有着不小的帮助.

4)在二维设计手段下,水工专业利用地勘专业提供的沿趾板"x"线的地质展开图进行趾板的立面展开布置,再将布置反应到平面图上得到趾板"x"线的平面布置,然而这个平面布置与地勘专业的定线是有偏差的,无法保证设计的精准性.如若由于各方面因素的影响,对趾板"x"线进行调整后,地勘专业需要重新提供沿新的趾板"x"线的地质展开图以及垂直各段趾板"x"线的地质剖面图,这样重复的工作量很大,影响到整个项目的进展.

引入"中国电建集团华东勘测设计研究院"的地质模型插件,由地勘专业将地质模型建成后,对于趾板"x"线的定线工作效率和准确性将起到很大的帮助.如果有了三维地质模型,整个库区的地模一目了然,水工设计人员可以非常清楚趾板是否坐落在满足规范要求的岩层上,省去专业之间重复互提资料的麻烦,缩短设计周期,提高设计精确度,推动整个项目的快速进展.

4 Bentley三维设计软件的不足与展望

Bentley三维设计平台的造型功能十分强大,一般的三维模型在该软件中都能够较为轻松地建立起来.但是,建立好的三维模型能够有哪些方面的运用和拓展,这个问题值得思考,比如,该软件自身并没有有限元分析计算功能,必须结合其他专业的有限元分析计算软件(如ANSYS等)进行相关的仿真计算工作.而ANSYS等三维有限元计算软件具有计算速度快、操作简单、功能完善等优点,但在建模方面特别是网格划分上需要花费很大的精力,结构设计修改后计算模型的修改工作量很大.因此,Bentley三维设计软件与AN⁃SYS等三维有限元计算软件可以进行优势互补.在混凝土面板堆石坝工程中,完全可以将Bentley三维模型导入ANSYS中进行坝体和趾板的应力分析以及相关的渗流计算等,为设计提供可靠的依据.

然而,从尝试来看,Bentley三维设计软件建立好的三维模型,导入到ANSYS中会出现一些问题,例如,各部位模型相互错位,坐标系混乱等等,这些都应当是三维设计软件自身需要去完善的功能,这样才能将三维模型的资源价值得到更好的发挥.

对于工程前期设计阶段来说,往往有着很多不同的布置方案,采用Bentley三维解决方案可以更快更直观的对各方案进行布置、工程量等方面的对比,给方案比选带来便利.在施工图阶段,利用切图工具批量生产二维图纸,提高设计生产的效率,利用三维模型可以清晰的指导和检查复杂空间结构的现场施工,提供可靠的施工质量保证以及全生命周期的质量追踪,提升水利工程的信息化水平.

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TV641.4+2 < class="emphasis_bold">[文献标识码]B

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1002-0624(2017)11-0011-02

2017-04-26