GC在土石壩參數化設計中的應用研究

文｜河南省水利勘測設計研究有限公司 王巖

為有效的分析土石壩，采用參數化建模軟件Generative Component(GC)對土石壩主要構件進行參數化分析，找出其內在結構的規律性及各個構件之間的參數關系，實現土石壩的數字化，參數化描述，生成參數可修改的結構化三維模型。

1 概述

參數化建模軟件GC（Generative Component）是Bentley公司開發的一款基于Microstation平臺的關聯參數化建模系統。GC可以模擬人的思維邏輯，設定元素間的關系，形成各種各樣的空間形狀。只需在GC中邏輯修改，就可以輕松改變整個模型，改變傳統的CAD軟件只能通過畫線完成設計構思的情況。GC已經具備像人一樣進行思維的前期條件，可讓建筑師、工程師以過去無法想象的方式呈現設計和實現結果；以自由的方式采用創新性的材料和組件，幫助設計師將靈感創意轉換為可實現的建筑作品；使編輯、刪除和重構變化工作所耗費的事件更少，壓縮設計周期；只需在程序中改變不同結構的相關參數就可以生成不同的模型，但不會增加工作量。

GC在一定程度上可以將工程師從傳統的工程制圖解放出來，進行更有效率、創造性的工作。工程師利用GC可以采用完全圖形方式工作，也可以將圖形與腳本和編程結合使用。GC使得工程師用邏輯的方式將我們對現實世界的感性認識和改造世界的創新意識有機的結合在一起。

2 GC工作原理

GC可以與現有的Microstation元素結合使用，既可以在當前的*.dgn文件中使用，也可以從參考文件中使用。

傳統的CAD應用程序，例如Microstat ion，AutoCAD不會記住如何生成圖形，因此，有關如何創建圖形的信息總是屬于臨時信息。GC則不同，圖形的創建方式信息屬于永久性信息，對象可以記住自身的創建方式。同時GC還有以下優點：它是基于幾何和特征的傳統建模，是一個參數化和關聯控制的系統，支持面向對象的軟件設計約定編寫腳本和編程。

使用GC進行參數化設計的典型工作流如下：

1)對工程進行分析，選取最優方程，并提取以后需要做方案調整的公共參數。

2)由方程生成各類特征，一般先生成點，由方程和公共參數控制點。

3)由點生成曲線，使用點來控制曲線。

4)由曲線生成曲面，使用曲線來控制曲面。

5)由曲面生成實體，使用曲面來控制實體。

6)使用GC直接生成各類專業模塊，比如建筑結構構件，也可以參數化切圖，統計材料甚至動畫漫游。

7)后期方案調整，修改方程和公共參數。

3 利用GC進行土石壩建模案例

系統選擇使用GC實現了對土石壩參數化設計。首先利用GC實現對壩體模塊的構建，然后利用模型特征技術實現對壩體模塊的特征模型的生成，在此基礎上實現土石壩參數化設計中參數信息的動態修改和壩體模塊裝配。

3.1 壩體三維參數化建模過程

整個系統中所有的壩體模型都利用GC生成，但是由于模型眾多，這里選擇土石壩上游壩身為例對建模過程進行介紹。

3.1.1 確定壩體圖形變量

圖形變量時指已經命名的、可將值保存為單個值或值列表的數據容器。這些值可以通過使用變量名替代所需值來訪問。系統將壩體的主要參數設置為圖形變量，以便在建模時候使用這些參數確定幾何元素特征點的位置。土石壩上游壩身的主要變量見表1：

設置圖形變量可以大大簡化復雜參數或者系列參數的調用過程，通過調整壩體圖形變量可以迅速直觀地實現設計意圖，便于后期模型重用和方案調整。

表1 土石壩上游壩身參數列表

3.1.2 確定構件幾何特征點分布及壩體斷面

幾何特征點的確定通過圖形變量和幾何模型的約束關系的進行計算得出確定的某一特征點的位置。但是對于初始幾何特征點（即模型基點）的位置，可以由用戶任意指定。幾何特征點生成過程樹狀圖如下所示，其中邊代表了幾何特征點的生成順序，邊上的權值代表了特征點生成過程遵循的圖形變量約束規則。

約束規則是根據實際開發過程，對各個幾何特征體需要滿足的幾何約束關系進行定義。

圖1 土石壩上游壩身幾何特征點的約束關系圖

圖2 土石壩上游壩身建模過程

確定完土石壩上游壩身各個特征點的位置后，使用GC中的命令Create New Feature-＞Polygon-＞ByVertices創建斷面。其最終效果如圖2所示。對于生成的斷面。

3.1.3 通過斷面生成三維實體

通過實體的OffsetFromClosedCurve操作，指定其閉合界面的偏移值，可以說生成符合系統要求的土石壩上游壩身的實體圖像。如圖2(b).

土石壩每個壩體模塊的構建過程都是類似的，這里不再贅述。由于模型各個部件之間彼此聯系，整個建模過程必須要有有效的組織建模邏輯和層次，如果不能明晰關系之間的復雜性，就無法調控最后的參數化模型。最后，我們將所有的壩體模塊裝配在一起，其效果如圖3所示。

圖3 最終完成的土石壩三維模型

3.2 數據式修改土石壩參數模型

數據式建模是基于Excel的變量控制建模方式。通過修改預先錄入Excel表格中的數據可以即時實現自動化建模或模型修改，大大提高設計效率。

對于模型參數我們可以將參數信息預先載入Excel表格中，當需要對某個模型參數信息進行修改的時候，直接在Excel中進行修改。

其中也對Excel數據的導入可使用以下代碼：

表2給出來三組土石壩上游壩身的數據集合以及三組不同的賦值，根據表2中的數據，我們可以生成不同的土石壩上游壩身效果圖，如圖3所示。

4 結束語

參數化設計師計算機技術不斷智能化發展的結果，對現有的模型設計體系有革命性的推動，更適合現有社會條件下復雜、多變且快速的設計環境。GC正式具有關聯性的參數化設計系統，為工程師有效地探索其他模型構建形式提供新途徑。本文從參數化思想出發，利用GC平臺，構建了土石壩的三維模型，并實現模型參數的動態修改過程。

表2 上游壩身各個參數修改表