CAD三維模型展開在國外水電站復雜體型施工中的運用探討

許華平 鄧騰飛

（中國水利水電第十四工程局有限公司海外事業部，云南昆明 650041）

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CAD三維模型展開在國外水電站復雜體型施工中的運用探討

許華平 鄧騰飛

（中國水利水電第十四工程局有限公司海外事業部，云南昆明 650041）

【摘 要】大中型水電站的流道，由于受高速及大流量的水流沖刷，流道通常呈漸變流線型且體型復雜。本文描述了在隆潘卡爾水電站矩形喇叭（正反圓弧）流線型進水口的鋼筋混凝土結構施工中，運用了工程上最常用的Auto CAD軟件生成了三維立體模型圖，對模型的三維相貫線／面進行批量、快速、精準的展開，用于模板的制作、測量定位及安裝，取得了良好的效果。

【關鍵詞】復雜體型；CAD三維模型；精確展開放樣；模板制作；定位安裝

隆潘卡爾水電站位于喀麥隆東部省隆潘卡爾地區洛姆河與潘卡爾河交匯處下游約4km處，工程樞紐建筑布置在羅姆河上，距離喀麥隆首都雅溫得約450km。裝機容量4×7. 5MW，水庫庫容約60億m3，主要為下游的電站蓄水、調洪、發電。

工程主要建筑物為碾壓混凝土中心壩（溢流壩段、泄洪壩段、廠房進水口壩段及臨時導流壩段）和土石填筑壩的混合主壩；壩頂總長1350m，最大壩高45m，是目前喀麥隆境內最大的水利樞紐工程。

該水電站廠房壩段進水口為流線型的矩形喇叭口（正反圓弧），共4個，每個尺寸為6m×6. 5m，體型較為復雜，原設計為鋼襯段，鋼結構重量為4×58t，由于鋼結構是在加工廠內制作，采用的是數控放樣下料、卷板等工藝，相對簡單。后經過論證為中低流速段，改為現澆鋼筋混凝土結構，由于該結構型體復雜，對施工方的現場測量放樣、模板制作及拼裝等提出了挑戰，在用過其他幾款軟件均不理想后，筆者使用了工程上最為常用的Auto CAD軟件對此難題展開了數月的攻關并取得了預期的效果，成果居行業領先之列。

1　立體圖及三視圖的生成

1. 1立體圖的生成

按設計圖紙中進水口的平面圖及剖面圖尺寸，直接在CAD圖中進行拉伸得到各個部件立體圖（推薦使用Pedit命令后再進行整體拉伸），并進行UCS和視圖變換、三維旋轉（3 drotate）、三維對齊（align）、布爾運算，得到圖1所示的廠房段進水口立體圖，在平面圖拉伸為立體圖過程中最好用的命令是：Pedit——將普通線段轉化為多段線并合并（組合為整體多段線）；presspull——按住并拖動，直接將二維線框拉伸為三維實體。

圖1　廠房段進水口立體圖

1. 2三視圖的生成

將立體圖復制備份后炸開，視圖樣式選擇二維或三維線框模式（即透視模式），將實體分解為由面組成的空殼體，以便于“面操作”，而且在炸開后的曲面上U及V（即垂直及水平方向）素線會自動顯示出來，再進入圖紙布局空間，開視口（3個），鎖定各視口的視圖比例，各視口的視圖對齊，得到圖2所示的廠房段進水口線框三視圖（左視、前視、俯視）。

圖2　廠房段進水口三視圖（三維線框圖）

需要注意的是，由于三視圖是由立體圖整體透視而生成，被遮擋的實線仍然顯示為實線，這也是CAD立體投影圖的“硬傷”。對于三維建模的詳細過程有諸多教程，在此不再贅述。下面就如何將立體圖中的相貫面進行精確展開敘述如下。

1. 3曲面的展開與放樣

以該工程的圓弧形閘墩頭與圓弧形底坎相貫面的模板展開圖為例。在立體圖中將所有相貫實體進行布爾運算后，求出正確的空間相貫線，選擇正視圖（即平行的正投影圖），將需要展開面（實體編輯／復制面）、邊（實體編輯／復制邊或提取邊）進行復制粘貼（視圖樣式選擇線框模式），素線就會自動顯示出來，如果將曲面復制、粘貼并炸開后，素線會自動消失，利用三維曲面自動生成的U／V素線及最近點捕捉功能，將素線端點放大后進行捕捉，因為素線是一條虛擬線（在線框視圖中用于表示曲面），用同一個部位的不同視圖（如：前視圖及左視圖）得到的空間相貫線雖然外觀形狀不同（由于視角不同），但展開后的形狀完全吻合，如圖3、圖4所示。為防止水平方向的V素線干擾，在特性對話框內將V素線設置為零條，只顯示豎向的U素線（見圖5）。

圖3　三維面自動生成素線法（前視圖）

圖4　三維面自動生成素線法（左視圖）

圖5　自動生成素線法（前視圖——圓弧8等分）

如果將相貫面的U素線改為8條（圓弧8等分）或更多條后得到的相貫線依然不會改變，即素線條數的多少只是一種顯示方式而不會改變相貫線精確度，如圖3、圖5所示。圖中曲面的展開寬度均由曲面已知的半徑及圓心角計算求出。

對比傳統的相貫線／面展開畫法與三維面自動生成素線的展開畫法，得出以下結論：

a.傳統的相貫線／面的展開畫法，是一種用二維線／面的近似展開畫法，展開線精度隨圓弧等分數的增加而提高。兩種畫法生成的素線并不完全吻合（U素線已精確至2mm內，能滿足絕大部分下料標準的精度要求），如圖6所示。

圖6　傳統畫法的素線與三維面自動生成素線并不完全吻合（放大后觀察）

b.提取或復制的三維面自動生成素線及相貫線／面畫法，由于是空間相貫面的相交線平行投影得到的三維相貫線，最為準確，經過實際放樣、加工及拼裝也得到了驗證。最大的優點在于能自動生成曲面素線，大大提高了工作效率及準確性。

本例中兩種方法產生的最大誤差均約為7mm，三維面自動生成素線及相貫線的展開線更加真實準確，可滿足土建工程模板下料精度的要求，如圖7所示（圖中虛線為傳統素線畫法展開的相貫線）。

圖7　自動生成法與傳統畫法的對比

三維面自動生成素線及相貫線／面的唯一缺點是：對于素線與相貫線（可用復制邊提取）的交點，無法采用端點或交點自動捕捉方式，只能采取放大后用最近點的捕捉方式，原因是素線是一條虛擬線，如果要得到更為精準的相貫線展開線，可將U／V素線設置為更大值（默認4條）。

2　結 語

在該工程廠房段進水口段木模板的測量放樣、制作及安裝加工中，筆者摸索出上述方法，成功地運用于工地施工，并一次性將該部位的所有相貫線全部展開（V素線均設置為0條），如圖8所示，希望以此作為水電施工及其他行業復雜型體展開、放樣加工的經驗予以借鑒及推廣，以提高工作效率。■

圖8　廠房段進水口段木模板放樣加工——所有相貫線／面一次性全部展開

建設管理

Discussion on imPlementing CAD three-dimensional model extension in foreign hydroPoWer station comPlex formation construction

XU Huaping，DENG Tengfei
（Sinohydro Bureau 14 Vo.，Ltd．Overseas Department，Kunming 650041，Vhina）

Abstract：Flow channels of large and medium-sized hydropower station are scoured by high-speed and large flow rate water. Flow channels are generally in gradient streamline with complex shape. In the paper，the most common Auto CAD software in the project is used for generating 3D solid model diagram in the construction of rectangular horn（positive and negative arcs）and reinforced concrete structure of streamlined shape water inlet of Lom Pangar Hydropower Station. Model three-dimensional intersecting line／surface is extended in batches rapidly and accurately for template production，measurement，positioning and installation，and good results have been achieved.

Key Words：complex shape；CAD three-dimensional model；accurate extension lofting；template production；positioning and installation

DOI：10.16617／j.cnki.11-5543／TK.2016.02.004

中圖分類號：TV222. 1

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8241（2016）02-0011-04