基于Bent ley Microsation的水工钢闸门三维参数化设计

□刘燕强 张延忠 朱建和

基于Bent ley Microsation的水工钢闸门三维参数化设计

□刘燕强 张延忠 朱建和

以Bent1ey Microsation软件为平台，通过二次开发，进行水工钢闸门三维参数化设计；以数字驱动模型，用模型更新图纸，实现对钢闸门的自动建模和三维图纸的绘制，同时增加钢闸门的设计直观效果，提高设计效率。

三维设计；平面钢闸门；参数化

1.概述

本文利用Bent1eyMicrosation软件进行二次研发，建立了水工钢闸门三维参数化数字模型，通过人机交互输入钢闸门设计基本参数，即可实现对钢闸门的参数化建模、重心计算、工程量统计以及三维图纸绘制，大大提高了工作效率和设计精度。

1.1 软件简介

随着科学技术的不断发展和人们对效率及效果的不断追求，三维设计在水利工程中逐渐成熟并发展起来，三维设计也从真正意义上做到了“所建即所想”。三维设计构建的三维模型是设计产品的精确映射，可方便地生成多个相互链接的多角度视图；可以提取计算模型，进行相关计算；也可以进行设备仿真运行；还可以提供精确的工程量。Bent1ey公司的Microsation是一款强大的三维建模软件。本文利用Microsation软件中VBA项目管理工具进行了闸门参数化建模研究。

1.2 参数化设计

参数化设计包括参数化图元和参数化修改引擎。Microsation软件的VBA二次开发功能为闸门参数化建模提供了强大的支撑平台，利用VBA编程语句以闸门零部件基本形式为闸门参数化图元，以闸门各零部件装配关系为闸门参数化修改引擎，进而实现闸门的参数化建模。

2.钢闸门参数化设计

对于同一类型的闸门，可以采用相同的结构布置型式。比如对于所有低水头露顶式闸门，均可以采用双主梁（前止水）型式的闸门门型。设计时仅需要对面板、主梁、次梁、边梁等零部件尺寸进行调整，就可以通过参数化修改引擎驱动来实现参数化设计。

2.1 定义参数化图元

要获得闸门参数化图元必须先定义闸门参数化变量，闸门参数化变量包括孔口宽度（B）、闸门高度（H）、面板厚度（MH）等一系列变量。

下面以生成面板为例介绍如何形成面板图元。面板是一个立方体，可以通过一个平面四边形通过拉升形成。

首先利用Microsation中绘制平面命令（Set Shape E1ement=object.Create Shape E1ement1 （Temp1ate，Vertices[，Fi11Mode]））获得闸门参数化图元的平面图形。

其次通过Microsation中拉伸命令（Set SmartSo1idE1ement=SmartSo1id.ExtrudeC1osedP1anarCurve(ShapeE1ement, 0，a，True)）形成闸门参数化图元实体。最后利用object.Co1or[=Long]功能和[Set]object.Leve1[=Leve1]功能将其赋予一定的颜色和图层，得到一个完整的闸门面板的参数化图元。

2.2 定义参数化修改引擎

闸门参数化修改引擎渗透在整个参数化图元建模过程中，在参数化图元建模中每一个零部件的主动尺寸由用户自行设定，从动尺寸与放置位置等都在预先设置好的计算框架中进行。

以闸门边梁为例简单说明闸门参数化驱动引擎。首先确定边梁图元平面图形的绘制起点应考虑的面板厚度、边梁自由端等因素，最终确定起点坐标为（MH,10+BZ-BFH/2,0），而非（0,0,0）(BZ为边梁自由端宽度，BFH为边梁腹板厚度)。由此可见，闸门零部件中存在一大部分从动尺寸，而这些从动尺寸都可以通过主动尺寸计算可得，这个计算过程综合起来就得到了闸门参数化修改引擎。

3.钢闸门重心计算

钢闸门的重心在工程设计中非常重要，它决定着上部启闭机室梁系布置，是闸门计算中的一个重要计算内容，因而在生成闸门模型过程中需要融入闸门重心计算。闸门重心计算是通过将闸门各零部件重量分别对闸门面板求重力矩来求得。

利用Microsation中计算实体体积函数object.ComputeVo1ume，结合钢材及橡胶密度，得到闸门的各零部件重量，同样也可以利用其求质心函数，得到各零部件对面板的力矩。这样可以在计算闸门重量过程中得到闸门的重心，将繁琐的闸门重心计算过程程序化。

4.参数化建模应用

以河北省引黄入冀补淀工程吴沙闸重建工程为例，详细说明参数化建模在实际工程中的应用。吴沙闸共2孔，孔口宽度5.0m，正向设计水头5.15m，反向设计水头4.68m，闸门门型选择为双主梁露顶式（前止水）。首先输入初始参数，闸门的宽度、高度、梁格间距及梁的截面参数等。

图1 闸门轴测图

待闸门参数信息输入完毕后，点击生成闸门按钮，就可以获得闸门模型。同时还能计算出吴沙闸闸门总重为6139.83kg，闸门止水重422.01kg，闸门重心距离闸门面板153.55mm。最后可以通过Microsation的几个不同视图来直观显示闸门的三维细节，如图1所示。

5.结束语

本成果应用于水工钢闸门设计中，能够快捷、准确的建立钢闸门的三维模型，为工程整体布置提供方便。该模型还可用于工程量提取以及有限元结构分析，为整个工程的协同设计提供保障。同时可将模型置于Microsation中预先设定好的剪切立方体中，当修改模型参数时与之相关联的工程图纸将自动进行修改，实现了以数字驱动模型、用模型更新图纸，能极大的提高设计效率。□

2016-09-10

刘燕强，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，助理工程师。

张延忠，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，工程师。

朱建和，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，正高级工程师。