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CATIA与REVIT在混凝土重力坝坝体分区中的应用

2025-03-01 92 上传者：管理员

摘要：目前三维建模软件广泛应用于水利建设领域，为实现建模中混凝土分区的优化分析，文章以混凝土重力坝坝体为例，探讨分区建模中常用BIM设计软件的区别。依据两河口水库碾压混凝土重力坝工程，运用CATIA和Revit两款软件对坝体进行分区建模，经过对比分析，两款软件均可实现分区的目的，Revit对坝体分区更具有灵活性，可实现不规则、多板块的分区；CATIA对坝体分区的参数化更为精准，对分区的参数调整更为便捷。在水工结构设计中，利用三维建模软件对混凝土分区进行参数化建模，可灵活修改各分区边界，并精准提取各部分混凝土工程量，用以工程可行性的评估。文章对常用建模软件进行对比分析，以期在实际运用时，为有针对性地选择软件提供依据。

关键词：
CATIA
Revit
分区建模
坝体分区
混凝土重力坝
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1、背景

碾压混凝土重力坝由于坝体各部分的工作条件不同,对混凝土强度等级､抗渗､抗冻､抗冲刷､抗裂等性能要求也不同,为了节省和合理使用混凝土,通常将坝体混凝土按工作条件分区,采用不同强度等级及耐久性的混凝土｡碾压混凝土重力坝的坝体分区对施工进度[1]､温度控制[2]及坝体防裂等均有影响,利用三维模型将坝体各部位混凝土分区建模,可准确提取工程量,并利用有限元分析分区合理性[3]｡

目前在国家大力推进建筑信息化模型的发展中,市面上多种建模软件应运而生,比如Civil3D偏向于道路建模,Revit偏向于建筑结构建模,还没有一款专门针对水利工程的建模软件｡在推进水利工程信息化模型的过程中,也是多种软件交互使用,来达到建模的目的｡在水利工程设计中,BIM技术具有显著优势,已成为行业发展的重要趋势[4],其中CATIA与Revit软件在许多水利工程中得到广泛应用[5-6]｡

笔者本次运用Civil3D及Revit两款软件分别对两河口水库碾压混凝土重力坝坝体进行参数化建模及坝体分区,对建模过程及效果进行对比分析,旨在对比建模软件的异同,充分利用软件的优势协助水工结构设计,分析工程实际情况,提升工作效率｡

2、软件在水利工程中应用介绍

CATIA是一款大型高端CAD/CAE/CAM一体化应用软件,被广泛用于航空航天､汽车工业､造船工业､厂房设计､加工和装配等行业的设计中｡在水利工程中应用最多的4个模块分别为零件模块､创成式外形模块､逆向点群编辑模块､知识工程模块,每个模块都有各自的特点和功能;零件模块:在其它专业设计中就是大家所理解的机械零件,在水利工程中可以把水工单体建筑物理解为零件,比如水闸､扭面､挡墙､坝体等,均可用零件模块进行设计达到建模目的;创成式外形模块:是线框和曲面造型功能的组合,为用户提供了一整套应用广泛､功能强大､使用方便的工具集,以建立和修改用于复杂外形设计所需的各种曲面,在水利工程的应用主要是针对各种曲面进行设计,比如蜗壳､电站尾水管及其他各种渐变曲面等均可通过该模块进行实现;逆向点群编辑模块:直译就是数字外形曲面,在其它专业设计中一般用于逆向工程,就是将一定量的数据点输入后生成一种数据点云,再由点云生成曲面,比如在汽车外形上扫描出一定量数据点后可以据此复制出汽车外形曲面｡在水利工程的应用中可以导入测量地形矢量数据,建立地形曲面,还可以实现水利工程地质模型的建立;知识模块:它主要用于建立和管理复杂产品的知识库,这些知识库包括设计规范､参数化模型､设计评估等信息,可以帮助工程师更好的进行产品设计和分析｡工程师可以将设计数据和知识整合在一起,形成可以重复使用的模型和方法｡在水利工程中的应用可以简单的理解为参数化模块,是针对建筑物模型进行参数化的强大模块,使模型智能化,通过参数化控制可以更高效的产出各种方案比选结果,加入各种规范中的判断公式,在参数化设计中可以更好的校核模型｡

Revit是完全针对建筑业进行设计的一款软件,具有丰富的样板和族库｡由于水利工程中异行结构多,构件多样,在水利工程中的应用主要针对泵站､厂房等模型建立具有一定的实用性｡Revit在水利工程中的建模首先是使用各种图元工具来绘制水利设施｡例如,可以使用线､多段线和弧线工具来绘制管道和渠道,还可以使用区域工具来绘制水库､河道等水利设施的形状｡在绘制过程中,可以根据具体需求选择不同的工具和参数｡Revit中有很多参数,如族参数､项目参数､共享参数､特殊参数等｡项目是由族组成的,所以族参数也是用的最多的一种,添加族参数通常有2种方法,一种是先参数后对象,另一种是先对象后参数｡

3、项目概况

资中县两河口水库位于资阳市雁江区堪嘉镇凤凰嘴村与资中县孟塘镇水口村交界的界河(沱江中游左岸一级支流濛溪河)上,是一座以农业灌溉､乡镇和农村供水等综合利用的中型水利工程｡工程建筑物级别为3级,次要建筑物级别为4级;水库正常蓄水位381.00m,死水位365.00m,校核洪水位381.11m,设计洪水位为378.45m｡总库容2362万m3｡

大坝采用碾压混凝土重力坝｡从左至右共划分13个坝段,1#—4#坝段为左岸非溢流坝段(长68.0m)､5#坝段为取水､放空冲沙孔坝段(长16.0m)､6#—9#坝段为表孔溢流坝段(长64.0m)､10#储门槽坝段(长18.0m)､11#~3#坝段为右岸非溢流坝段(长56.0m)｡最大坝高37m,坝轴线长222m,溢流坝段坝顶宽度23.00m,非溢流坝段坝顶宽度7.0m｡

坝体碾压混凝土主要分成几个区:

(1)Ⅰ区:坝体上､下游水位变化区｡

(2)Ⅱ区:坝体上､下游水位以上外部表面｡

(3)Ⅲ区:坝体内部｡(4)Ⅳ区:坝基及坝顶部分｡(5)Ⅴ区:溢流面､消力池及泄洪冲沙孔表面｡

根据枢纽地理位置､气候条件及环境等因素,结合坝体结构要求,坝体不同分区的混凝土特性见表1｡

表1坝体混凝土材料分区特征表

4、三维设计应用对比

分别运用CATIA和Revit对两河口水库进行三维建模,如图1—3所示,模型建模参考《重庆市水利工程信息模型设计交付标准(试行)》[7]｡

图1CATIA软件建模-两河口水库鸟撖图

4.1分区建模

两个软件坝体分区建模步骤如下｡

(1)CATIA软件:在零件几何体草图中增加分区轮廓,用轮廓特征命令,选择线元素进行轮廓线定义,完成所有分区封闭轮廓,在草图输出中分别命名分区混凝土,按分区分别建立几何体,用应用材料命令,赋予材料,利用列表完成工程量统计｡