基于重力壩三維設(shè)計的CAD動態(tài)交互系統(tǒng)開發(fā)

　　為了在可研階段合理、快速地制定重力壩設(shè)計方案，減少設(shè)計周期和成本，采用極限狀態(tài)設(shè)計的方法，利用VB 6. 0 可視化編程工具開發(fā)出了一套能夠與CAD 動態(tài)交互的重力壩三維設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對Auto-CAD 的二次開發(fā)實現(xiàn)了重力壩的三維參數(shù)化建模，并對所建三維模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，將設(shè)計與計算緊密結(jié)合，通過動態(tài)交互簡化了大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的計算，達(dá)到精確、快速完成斷面設(shè)計的目的。經(jīng)實踐檢驗證明，該系統(tǒng)大大提高了斷面設(shè)計效率，實用性強(qiáng)，對可研階段的方案比選具有重大意義。

　　引言

　　混凝土重力壩結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，安全度高，在水電工程中應(yīng)用廣泛。在重力壩斷面確定之前往往涉及不同方案的比選、穩(wěn)定及應(yīng)力分析計算。重力壩設(shè)計在斷面設(shè)計初期可更改性較大，但修改某個參數(shù)需要重新計算，重復(fù)工作量較大。目前重力壩斷面設(shè)計計算主要有以下三種方式: a) 純手工計算;b) Excel 表格與AutoCAD( 以下簡稱CAD) 配合計算; c) 純程序計算。純手工計算顯然已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代設(shè)計的需要。利用CAD 圖元屬性功能得到計算所需數(shù)據(jù)，人工輸入到Excel 表格公式中進(jìn)行計算，相比純手工計算已經(jīng)提高了一個層次，但是兩種軟件之間的反復(fù)切換操作不但大大降低了設(shè)計效率，反復(fù)的人工操作也增大了錯誤的出現(xiàn)概率。純程序計算是現(xiàn)在的主流趨勢，此類完善的程序較多，精確度較好，但是絕大多數(shù)程序以參數(shù)輸入為主，計算時需要記錄和輸入大量的數(shù)據(jù)，且計算斷面形式相對單一，不具有廣泛的通用性。

　　目前重力壩設(shè)計還處在二維水平階段，但人在設(shè)計時的原始沖動是三維的，設(shè)計成果是有顏色、形狀、材料、尺寸、位置、復(fù)雜運動關(guān)系等關(guān)聯(lián)概念的三維實體�，F(xiàn)階段的水電行業(yè)設(shè)計工作是從三維到二維，再從二維到三維的過程，這種設(shè)計方式對設(shè)計工程師和施工者都提出了一定的要求: a) 設(shè)計者將原始的三維設(shè)計概念和思想抽象成相關(guān)聯(lián)的平面三向視圖并以二維平面圖的形式來展示，這種設(shè)計方式往往難以完全表達(dá)設(shè)計者的原始設(shè)計思想，易出現(xiàn)差錯和缺漏; b) 施工者又要將平面信息想象成三維的形體才可以進(jìn)行施工，設(shè)計者與施工者之間表達(dá)和理解的差異往往也帶來了差錯。而三維設(shè)計則可以完全避免這種三維—二維—三維的繁冗過程。根據(jù)三維設(shè)計概念直接進(jìn)行三維設(shè)計，輸出的三維設(shè)計成果可以非常直觀和完整地表達(dá)設(shè)計師的思想。只有三維設(shè)計才能完成思維過程與設(shè)計過程的統(tǒng)一，才是真正意義上的CAD，故三維設(shè)計是水利水電工程設(shè)計的必然趨勢。

　　為了提高重力壩三維設(shè)計水平，本文提出了基于重力壩三維設(shè)計的CAD 動態(tài)交互系統(tǒng)。此系統(tǒng)以工程設(shè)計人員最熟悉的AutoCAD 為基礎(chǔ)，利用VB 6. 0 程序語言對CAD 進(jìn)行二次開發(fā)，著重于系統(tǒng)與CAD 的動態(tài)數(shù)據(jù)交互，減少計算過程中計算參數(shù)的人為輸入，采用動態(tài)交互功能實現(xiàn)計算剖面信息和計算系統(tǒng)的有效結(jié)合，通過動態(tài)交互功能減少了大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的人為干預(yù)，通過計算結(jié)果和斷面信息的動態(tài)交互達(dá)到快速、智能化地完成斷面設(shè)計的目的，可以提高設(shè)計人員的工作效率。設(shè)計完成的三維成果還可直接導(dǎo)入到ANSYS 等通用有限元軟件中進(jìn)行數(shù)值分析。

　　3、結(jié)束語

　　本研究基于重力壩極限狀態(tài)設(shè)計的方法和原則，利用VB6. 0 可視化編程工具實現(xiàn)了重力壩的三維設(shè)計程序化，在整個設(shè)計過程中通過不斷與CAD 進(jìn)行動態(tài)交互，利用CAD 強(qiáng)大的幾何分析功能，實現(xiàn)了CAD 設(shè)計和計算分析的有效結(jié)合，很大程度上提高了計算速度和精度。結(jié)合本系統(tǒng)在實際工程中的應(yīng)用得出以下結(jié)論:

　　a) 基于三維設(shè)計方法，通過三維參數(shù)化實體造型技術(shù)可快速建立重力壩壩體三維實體模型，并滿足各個設(shè)計階段的需要，為設(shè)計人員提供一個直觀的設(shè)計成果，大大增強(qiáng)了設(shè)計可視化程度。

　　b) 通過三維參數(shù)化設(shè)計可快速實現(xiàn)重力壩斷面設(shè)計，結(jié)合動態(tài)交互的計算系統(tǒng)可實現(xiàn)對眾多方案的快速比選，為設(shè)計人員提供了方便。

　　c) 采用動態(tài)交互功能實現(xiàn)設(shè)計和計算系統(tǒng)的有效結(jié)合，通過動態(tài)交互功能減少了大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的人為干預(yù)，通過計算結(jié)果和斷面信息的動態(tài)交互達(dá)到快速、智能化地完成斷面設(shè)計的目的，使設(shè)計人員提高了工作效率。

　　d) 利用VBA 技術(shù)開發(fā)了三維工程圖快速輸出子模塊，能夠快速輸出可直接用于工程施工的設(shè)計壩段三維、二維工程圖紙，并且實現(xiàn)了工程圖紙的半自動標(biāo)注，為設(shè)計人員節(jié)省了大量的作圖勞動時間。

　　e) 根據(jù)本系統(tǒng)計算結(jié)果及在工程中的實際應(yīng)用，計算結(jié)果可靠、可滿足設(shè)計要求，特別是對于水電建設(shè)的初期可研階段具有較大的實用性，可快速評價設(shè)計方案和修改方案，縮短設(shè)計周期。

　　f) 本文系統(tǒng)以工程設(shè)計人員最熟悉的AutoCAD 為基礎(chǔ)，利用VB 6. 0 程序語言對CAD 進(jìn)行二次開發(fā)，便于設(shè)計人員掌握和理解，故適用性較廣。