AutoCAD Civil 3D在双曲拱坝建模中的应用

王奕钦

(新疆水利水电工程建设监理中心，乌鲁木齐 830000)

文章编号：1006—2610(2015)01—0103—03

AutoCAD Civil 3D在双曲拱坝建模中的应用

王奕钦

(新疆水利水电工程建设监理中心，乌鲁木齐 830000)

以水利水电工程中大坝体型较为复杂的双曲拱坝为例，从原始地形曲面创建、拱坝体型装配设置、大坝圆弧曲线放样、边坡开挖、挖填方工程量计算等方面介绍了Civil 3D在水利工程中坝体建模方面的应用。总结了AutoCAD Civil 3D在在水利工程中的应用前景，可为水利水电工程设计者提供参考。

AutoCAD；Civil 3D；双曲拱坝； 建模

0 前 言

AutoCAD Civil 3D软件是一款面向土木工程设计与文档编制的建筑信息模型(BIM)解决方案，能够帮助从事交通运输、土地开发的土木工程专业人员保持设计的协调一致，更轻松、更高效地探索设计方案，分析项目性能，同时能够在熟悉的AutoCAD环境中进行设计。

随着软件的发展，Civil 3D在水利工程中的坝体建模、边坡开挖、土方量计算、汇流分析等方面也得到了长足发展。余剑[1]介绍了Civil 3D在土方量计算方面的原理和方法，提出根据地形的不同可以采用三角网曲面、栅格曲面、三角网体量曲面、栅格体量曲面。江宝刚[2]实现了复杂地形基础开挖和工程量的统计计算，解决了传统土方量计算精度低、耗时长的问题。贾丙普等人[3]将Civil 3D运用到水利枢纽测量的工作中，利用点高程创建出三维原始地形曲面，对曲面进行处理，删除了较高或较低的错误的高程点，修正了对地形曲面。兰立伟等人[4]以土石坝为例，从创建坝轴线横剖面、大坝主体工程放坡、大坝工程量提取等多方面介绍了Civil 3D在水利工程中的应用，总结了Civil 3D在水利工程中的优势。

拉哈克水库工程是以供水、灌溉为主，兼顾发电，并为改善区域生态环境和发展旅游创造条件的水利工程，工程由拦河坝、表孔溢洪道、底孔泄洪洞、发电引水洞和厂房等组成。挡水建筑物采用碾压混凝土双曲拱坝，水平拱圈曲线为抛物线，最大坝高90 m，坝顶高程1 321 m，拱坝坝顶弧长278.30 m，坝顶中心角86°，坝顶厚4.5 m，坝底厚26 m，厚高比为0.29，属中厚拱坝。

为提高设计效率和产品质量，笔者采用Civil 3D软件进行设计，结合设计过程，介绍了Civil 3D在拱坝建模、大坝主体装配设定、曲面放坡、工程量提取等方面的应用。

1 Civil 3D在拱坝建模中的应用

1.1 创建原始地形曲面

图1 库区地形曲面图

野外测量的高程点相互之间可以组成栅格或者三角网，这些栅格或三角网连接到一起即可形成栅格曲面或三角网曲面。Civil 3D提供了“边界”、“特征线”、“DEM文件”等多种栅格或三角网曲面创建方式，对于水利工程，设计师经常遇到的是一系列的高程点或等高线，因此我们通常利用Civil 3D中的“等高线”或“高程点”来创建原始地形曲面。原始地形曲面创建完成后，利用Civil 3D自带的“对象查看器”功能查看三维地形曲面，如果曲面中个别高程出现过高或过低的坏点，可通过“曲面特性”中的“定义”命令对该点进行修正，排除大于或小于常规点的高程值。本文创建的原始地形曲面见图1。Civil 3D“曲面特性”功能还可以进行坡度、坡向、等高线、高程、产汇流等信息的分析。图2就是对库区的地形进行坡面分析，通过“坡面箭头”查看地形坡面，进行产汇流分析。图中黑色线条就是勾勒出的洪沟，也是库区除天然河道外主要的来水方式。

1.2 拱坝建模

Civil 3D提供了成熟的路桥专业的装配，对于水利水电工程来说，设计师需要重新定义大坝主体的断面形式，从而进行装配设置。兰立伟等人[4]采用“道路装配创建工具”建立了土石坝的标准梯形断面装配，通过驱动装配的参数以适应不同坡比和高程的要求，提高了工作效率。

图2 库区产汇流分析图

1.2.1 拱冠梁装配设置

双曲拱坝由于拱冠梁和拱圈都是由曲面组成，因此限制了装配的参数驱动，设计师需根据不同工程的需求重新定义装配。需要注意的是，Civil 3D中的装配只识别多段线，因此设计师要特别注意所有的横断面都要用多段线来绘制。拱冠梁断面绘制好以后，点击“创建设计面板”中的“装备-创建装配”，命名后保存，为后续生成拱冠梁曲面做准备。点击上一步中生成的装配，“装配面板”就会切换到“装配：名称”界面，点击添加到装配，将拱冠梁曲面选中，拱冠梁装配设置完毕。

1.2.2 坝顶放坡轴线绘制

拱冠梁需要沿一个固定的路径旋转而后才能形成一个实体，此时就要绘制这条路径。本文采用路桥设计中“创建道路”的方法，对拱坝坝顶曲线进行放坡绘制。根据地质勘查资料确定拱端和拱圈位置并将其转换成多段线，通过“路线—从对象创建路线—名称”的命令流创建一条路线，点击“创建设计”面板中的“道路”命令创建一条道路，此时要注意“创建道路”窗口中的“路线”要选择上一步的路线名称。这里所创建的道路实际上就是拱坝坝顶轴线，拱冠梁就是沿着这条道路绘制拱坝的实体。通过“对象查看器”可以直观的查看拱坝三维体型(见图3)。

1.3 坝基开挖与工程量提取

打开“道路特性”表中的“曲面”，生成坝底开挖曲面，此时生成的开挖曲面与实际相差较大，我们需要用“创建设计”面板中的“从道路创建边界”命令对开挖曲面进行修剪。修剪后的坝基开挖曲面见图4。

选中坝基开挖曲面，工具栏中会出现“三角网曲面”面板，依次选择“体积面板-创建新体积曲面”并在对话框中选择基准曲面(原始地形曲面)和对照曲面(坝基开挖曲面)完成体量分析。坝基开挖工程量结果见图5。

图5 坝基开挖工程量图

2 结 论

本文以水利水电工程中大坝体型较为复杂的双曲拱坝为例，依托拉哈克水库工程介绍了Civil 3D从原始地形曲面创建、拱坝体型装配设置、坝顶圆弧曲线放样、边坡开挖、挖填方工程量计算等方面在水利工程中拱坝坝体建模方面的应用，得到了较好的分析、计算和展示效果。同时提高了拉哈克水库工程设计效率和产品质量，该项目目前已进入可研阶段，得到了业主的充分认可。通过该软件的应用，笔者总结了Civil 3D在水利水电工程中的应用主要有以下几方面的优势：

(1) 强大的地形处理功能和地形坡向、坡度、等高线等的分析功能，为设计者在库区选择、坝址确定等方面提供了参考，提高了设计的准确性。

(2) 地形曲面和开挖曲面的结合计算工程量，纵横断面图的动态相应功能[5]，提高了工作效率。

(3) Civil 3D的曲面编辑功能能够很好地矫正勘测设计过程中地形资料的准确性，避免地形错误对工程产生的影响。

[1] 余剑.Civil 3D在土方量计算中的应用[J].城市勘 测,2009,(4):128-130.

[2] 江宝刚.浅谈Autodesk Civil3D软件在工程中的应用[J].山西建筑,2008,(16):364-365.

[3] 贾丙普,陈博,陈党莹.AutoCAD Civil 3D在亭子水利枢纽测量工作中的应用[J].四川水利,2013,(3):59-61.

[4] 兰立伟,严杰.AutoCAD Civil 3D在水利工程设计中的应用[J].中国水运(下半月),2009,(12):120-121.

[5] 刘云峰.基于Civil 3d的动态数字地形模型(DTM)建立及土木工程应用介绍[J].黑龙江科技信息,2011,(36):49.

[6] 何全平，马传彬，施玉群.基于改进型证据理论的高拱坝多效应量融合模型[J].西北水电，2011,(S1):71-75.

Application of AutoCAD Civil3D in Modeling of Double-Curvature Arch Dam

WANG Yi-qin

(Xijiang Supervision Center of Water Resources and Hydropower Engineering Construction, Urumqi 830000,China)

With the case of the double-curvature arch dam whose outline is complicated in water resources and hydropower projects. Application of Civil 3D in dam modeling is described in terms of establishment of the original topographic curve, arrangement of components of the arch-dam outline, setting-out of the dam arc curve, slope excavation, calculation of work quantities of excavation and backfill, etc. The application prospects of the application of AutoCAD Civil 3D in water resources and hydropower projects are summarized, providing the designer of water resources and hydropower projects with reference.

AutoCAD; Civil 3D; double-curvature arch dam; modeling

2014-05-19

王奕钦(1988- ),男,甘肃省张掖市高台县人,助理工程师,主要从事水利工程管理等方面的工作.

TV222.1

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10.3969/j.issn.1006-2610.2015.01.027