基于CATIA的三維岔管設計在水電站的應用

王 巍，周 杰，李 迪，姜 坤

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春130021）

基于CATIA的三維岔管設計在水電站的應用

王 巍，周 杰，李 迪，姜 坤

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林長春130021）

本文針對水電站壓力岔管常規設計方法存在的不足，提出基于CATIA的三維岔管設計方法，結合工程實例闡述了利用CATIA軟件設計非對稱Y形三岔管的步驟，并創建了三維岔管模型。工程結果表明，CATIA三維建模方法高效、直觀，能滿足工程設計精度要求，具有較強的實用性。

CATIA軟件；岔管；三維設計

1 概述

我國已建或在建的水電站輸水系統中，岔管的應用較為廣泛。岔管是供水管路中最常見也是最基本的構件之一，它起到了連接管路的樞紐作用，結構上分為對稱岔管和非對稱岔管。岔管體型復雜，結構設計和體型展開計算均很困難，常規設計方法顯現出效率低、誤差大的特點。為提高設計效率，本文以非對稱Y型岔管為例，采用CATIA軟件進行岔管設計。

通過對非對稱岔管的結構分析得到以下共性:岔管的連接處的修剪方式都是通過求到相交耦合線后用耦合線修剪。所以關鍵在于耦合線的求取。基于這樣共性創建三維岔管模板。

CATIA三維參數化建模方法高效、直觀，能滿足工程設計精度要求，為水電站壓力岔管設計提供了一種高效實用的新途徑。

2 建模思路

利用計算成果，在傳統二維設計中定義每個截面的位置、截面尺寸及平面走向、位置，在CATIA軟件中分別建立這些關鍵定位元素。通過對比發現，鋼岔管模型較為簡單，建模相對簡單，開挖與外包混凝土比較復雜，尤其是外包混凝土，外形不一樣會發生截面的變化，而且鋼岔管外部的混凝土厚度不是相等的，因此對模型的截面定位就顯得特別重要。分析發現，模型的復雜性決定了建模的難度。采用CATIA的骨架建模思路，結合曲面設計的強大功能，先做出曲面，再通過封閉、剪切等運算將曲面實體化，可以滿足建模需求。

3 工程實例

云南萬家口子水電站引水隧洞采用一洞雙機布置方式，采用非對稱Y型三岔管（分岔角度為60°）內襯鋼管外包混凝土，主洞鋼管直徑為6.0m，分岔管直徑為4.0m，巖體開挖采用馬蹄形斷面。

運用CATIA軟件建模設計的具體步驟如下:

第一步:三維模型節點結構搭建

由于結構部位較為單一，僅僅為鋼岔管處的建模及開挖，所以采用單個零件的方式來設計，采用幾何圖形集和幾何體并結合合理的命名來管理模型關鍵元素，如圖1所示。

圖1 模型結構樹

第二步:定位骨架設計

1）平面定位（相當于俯視圖），走向線，關鍵坐標點等。

2）截面定位，建立多個符合要求的截平面，用于布置關鍵截面輪廓，如圖2所示。

圖2 定位圖

第三步:關鍵截面設計

利用上一步建立的骨架，采用定位草圖的方式建立關鍵截面。關鍵截面一般是截面變化的起始點或者終止點，或者是工程特定的一些位置的截面，如圖3、圖4所示。

圖3 開挖面建模關鍵截面

圖4 鋼管建模關鍵截面

第四步:曲面造型設計

利用上一步建立完成的關鍵截面，采用橋接等方式建立曲面，如圖5、圖6所示。

圖5 開挖模型曲面

圖6 鋼管模型曲面

第五步:實體設計

將上一步完成的曲面，通過一些布爾運算生成實體，如圖7所示。

圖7 模型實體

4 結語

（1）針對水電站壓力岔管常規設計中存在的不足，以非對稱Y型三岔管為實例，探討了三維岔管的設計方法。結果表明，用CATIA軟件進行復雜三維岔管的建模，直觀、快捷、操作步驟簡單，工作量小，效率高，可以精確的計算工程量，在任意位置進行剖切，設計完成的三維模型可以使用其它三維動畫軟件（例如composer、3DmA X等）進行動畫設計，對施工具有很好的指導意義。

（2）建立一個實用的具有代表性的管路構建-岔管的3D模型，一方面可以體現CATIA軟件在3D設計中參數化控制模型這一獨特特點的優越性，另一方面證明水工建筑物中典型結構的3D設計模板化是沒有問題的，軟件的強大功能完全可以實現。

（3）通過建模，我們認識到軟件本身的一些架構型式和基本原理，為將來建立、組織和管理更加復雜的構件做鋪墊。CATIA的三維參數化建模具有很強的實用性，在水利工程設計中具有良好的應用前景。

［1］鄭安興，武亮，徐天寶.基于三維CAD技術的水電站壓力岔管設計方法［J］.水電能源科學，2010，28（01）:124-126.

［2］徐良華，伍鶴臬，劉波.基于APDL的水電站三梁岔管設計研究［J］.水電能源科學，2008，26（03）:100-102.

［3］SL281-2003.水電站壓力鋼管設計規范［S］.

［4］鄭聲安，王仁坤，等.基于CATIAV5的水利水電工程三維設計基礎應用［M］.北京:中國水利水電出版，2010.

TV73

B

1672-2469（2015）10-0107-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.34

王巍（1983年—），男，工程師。