水利水電工程中三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)踐探討

吳 軒

(江西贛禹工程建設(shè)有限公司，南昌 330038)

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水利水電工程中三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)踐探討

吳 軒

(江西贛禹工程建設(shè)有限公司，南昌 330038)

工程勘測(cè)是水利水電工程建設(shè)中一項(xiàng)必不可少的工作，可以為施工圖紙的設(shè)計(jì)以及施工方案的制定提供可靠依據(jù)。基于水利水電工程建設(shè)發(fā)展需求，傳統(tǒng)的平面勘測(cè)設(shè)計(jì)方式已經(jīng)變得不適用，所以必須應(yīng)用三維技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水利水電工程立體勘測(cè)設(shè)計(jì)，更加全面、詳細(xì)的將整體工程情況展現(xiàn)出來(lái)，對(duì)工程施工起到更好的指導(dǎo)作用。文章分析了水利水電工程中三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，結(jié)合具體的技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)有進(jìn)行了分析，具有一定的參考價(jià)值。

水利水電工程；三維勘測(cè)設(shè)計(jì)；技術(shù)要點(diǎn)；實(shí)踐應(yīng)用

1 水利水電工程中三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及重要意義

水利水電工程中的三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)，與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)技術(shù)相比，有著眾多的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。首先，可以將工程的平面勘測(cè)設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)化為立體模型，使工程構(gòu)建組成以及構(gòu)建關(guān)系更加明確、清晰，能夠展示出水利水電工程的全貌情況。其次，工程的三維模型具有較強(qiáng)的靈活性，能夠根據(jù)結(jié)果反饋對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整，模擬工程實(shí)際情況，進(jìn)而做出正確的工程決策，確保工程方案變更的科學(xué)性及可行性。并且，在三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)中，還能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行上色和渲染，能夠通過(guò)色彩的不同，快速、準(zhǔn)確的辨別工程構(gòu)件，使工程設(shè)計(jì)圖更加直觀化、形象化。

三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)提高了水利水電工程設(shè)計(jì)圖的精準(zhǔn)度，有助于提升工程的整體設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)我國(guó)水利水電事業(yè)的良好發(fā)展。其次，利用三維軟件和計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以減輕設(shè)計(jì)人員的工作任務(wù)量，并避免出現(xiàn)人為設(shè)計(jì)失誤現(xiàn)象，有助于提升水利水電工程設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率。另外，在應(yīng)用三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)的時(shí)候，需要不同設(shè)計(jì)人員的相互合作，可以結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程信息及資料共享，可以提高水利水電工程設(shè)計(jì)隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。這些都是水利水電工程中三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用的重要意義[1]。

2 水利水電工程中三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

要想充分發(fā)揮三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，首先就需要明確其技術(shù)要點(diǎn)，并加以科學(xué)應(yīng)用。

2.1 模型參數(shù)化設(shè)計(jì)

在對(duì)水利水電工程進(jìn)行二維勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)，工程構(gòu)件都是用固定尺寸的集合來(lái)表示的，當(dāng)完成一個(gè)工程構(gòu)件設(shè)計(jì)之后，需要將這些尺寸幾何進(jìn)行刪除，然后再重新組合用來(lái)表示不同工程構(gòu)件，這種工程構(gòu)件表示方法缺乏靈活性，并且還會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。在三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)中融入交互式軟件，可以根據(jù)工程構(gòu)件的實(shí)際情況，在零部件設(shè)計(jì)環(huán)境及拓?fù)鋱D不發(fā)生變化的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程構(gòu)件尺寸參數(shù)變化以及所對(duì)應(yīng)的關(guān)系式，三維軟件可以對(duì)原有模型尺寸大小進(jìn)行修改，并生成新的工程構(gòu)件模型。

2.2 模板化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行水利水電三維勘測(cè)設(shè)計(jì)時(shí)，可以使用CATIA軟件，以工程構(gòu)件的特點(diǎn)及用途為分類標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建多種類型的設(shè)計(jì)模板。在繪制工程模型及圖紙的時(shí)候，只需要輸入相應(yīng)的幾何參數(shù)，模板便會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的運(yùn)行程序，以標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為參考進(jìn)行自主計(jì)算，進(jìn)而完成對(duì)幾何參數(shù)的修改。所創(chuàng)建的設(shè)計(jì)模板不僅包括三維模型，還包括二維平面圖，能夠在短時(shí)間完成重復(fù)設(shè)計(jì)，提高了工程設(shè)計(jì)效率[2]。

2.3 骨架設(shè)計(jì)

骨架設(shè)計(jì)又叫做主元線框設(shè)計(jì)，其概念是將總工程劃分為多個(gè)項(xiàng)目，繪制出整體施工流程和工程框架結(jié)構(gòu)，然后對(duì)不同施工階段中影響施工項(xiàng)目的主要因素進(jìn)行分別控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的全面控制。在設(shè)計(jì)水利水電工程骨架結(jié)構(gòu)時(shí)，首先應(yīng)該從最高層面開(kāi)始，向下逐級(jí)延伸出多個(gè)子骨架，形成樹(shù)干狀設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)工程中的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位和布置，并定義工程構(gòu)建的重要尺寸[3]。通過(guò)對(duì)水利水電工程進(jìn)行骨架設(shè)計(jì)，能夠更加清晰、直觀、準(zhǔn)確的將工程項(xiàng)目之間的邏輯關(guān)系表示出來(lái)，整體工程框架結(jié)構(gòu)就會(huì)變得更加明了，可以為設(shè)計(jì)人員提供更加可靠的設(shè)計(jì)資料，調(diào)整設(shè)計(jì)方案也會(huì)變得更加方便。

2.4 協(xié)同設(shè)計(jì)

水利水電工程屬于大型工程項(xiàng)目，需要不同設(shè)計(jì)人員的協(xié)同配合下才能完成整體項(xiàng)目的勘測(cè)設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)勘測(cè)設(shè)計(jì)方式很難實(shí)現(xiàn)信息共享，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行面對(duì)面的交流，設(shè)計(jì)效率較低。三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)中的協(xié)同設(shè)計(jì)，能夠利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)，并借助通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的有效傳遞和共享，不同設(shè)計(jì)者即便是不進(jìn)行面對(duì)面的交流，也可以獲取相同的水利水電工程數(shù)據(jù)，可以有效避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了不同技術(shù)領(lǐng)域和不同工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)之間的有效連接，設(shè)計(jì)流程變得更加規(guī)范、清晰，工程設(shè)計(jì)效率得到了顯著提升。

3 水利水電工程中三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)的實(shí)踐分析

3.1 水利水電工程介紹

某地為緩解地區(qū)用水及用電緊張現(xiàn)象，打算新建水利水電工程。該水利水電工程等級(jí)為Ⅰ等大(1)工程，預(yù)期投入使用后水庫(kù)容量為22.53億m3。經(jīng)過(guò)對(duì)工程地點(diǎn)的環(huán)境因素進(jìn)行綜合分析，決定采用碾壓混凝土重力壩形式，水壩總長(zhǎng)度為1157m，最高處為188m，經(jīng)計(jì)算后，得到所需混凝土總量以及開(kāi)挖總量大約為980萬(wàn)m3和2250萬(wàn)m3。

3.2 水利水電工程模型的構(gòu)建

在利用三維三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)構(gòu)建水利水電工程模型的時(shí)候，需要從地質(zhì)模型、水工結(jié)構(gòu)模型兩方面進(jìn)行考慮。本工程中地質(zhì)建模所用軟件主要有GOCAD和CATIA，通過(guò)將地形數(shù)據(jù)、地質(zhì)平面圖數(shù)據(jù)、鉆孔和平洞數(shù)據(jù)等導(dǎo)入到軟件中，可以根據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，自動(dòng)繪制出工程地質(zhì)平面圖以及剖面圖，并得到較為準(zhǔn)確的開(kāi)挖工程量。在構(gòu)建水工結(jié)構(gòu)模型時(shí)，主要使用CATIA軟件，利用骨架設(shè)計(jì)技術(shù)將總工程分解為不同項(xiàng)目，比如重力壩可以分解成為連接壩段、溢流壩段、非溢流壩段等，利用結(jié)構(gòu)草圖和關(guān)鍵性的參數(shù)及公式，通過(guò)逐個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程的控制，進(jìn)而完成水工結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建。

3.3 水利水電工程模型的計(jì)算和仿真

在完成水利水電工程三維模型的構(gòu)建之后，可以以三維模型為重要依據(jù)，借助專業(yè)測(cè)量工具對(duì)工程所需混凝土總量、開(kāi)挖量及填方量進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行核對(duì)，得出較為準(zhǔn)確的工程量數(shù)據(jù)。同時(shí)，還可以將ABAQUS軟件與CATIA軟件進(jìn)行有效連接，對(duì)水利水電工程結(jié)構(gòu)的載荷能力及抗震能力進(jìn)行計(jì)算分析，評(píng)估工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及抗震性能。并且，在計(jì)算工程模型的時(shí)候，還要結(jié)合二維設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行全面分析，確保圖紙的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。除此之外，該水利水電工程中還應(yīng)用了3D-Max軟件，對(duì)工程模型進(jìn)行渲染，并采用三維動(dòng)畫仿真技術(shù)對(duì)實(shí)際工程情況進(jìn)行了模擬，驗(yàn)證了工程方案的科學(xué)性及可行性。

4 結(jié) 語(yǔ)

將三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用與水利水電工程中，可以得到更加全面、準(zhǔn)確的工程數(shù)據(jù)，能夠使用三維模型將工程構(gòu)件及工程項(xiàng)目之間的邏輯關(guān)系更加清晰的呈現(xiàn)出來(lái)，已經(jīng)成為水利水電工程設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)了解并掌握三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，將其科學(xué)應(yīng)用于水利水電工程中，可以有效提高工程設(shè)計(jì)水平及設(shè)計(jì)質(zhì)量。

[1]萬(wàn)云輝,李小帥,錢富運(yùn).三維勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2015(07):137-142.

[2]韋光林.三維CAD技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(09):102-104.

[3]馬晉波.水利水電工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段三維技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)踐意義探尋[J].工程技術(shù):全文版,2016(02):227.

1007-7596(2017)04-0112-02

2017-03-06

吳軒 (1988-)，男，江西贛禹人，助理工程師，研究方向?yàn)樗姽こ讨腥S勘測(cè)設(shè)計(jì)技術(shù)。

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