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CIVIL3D在黑沙洲航道整治二期工程设计中的应用.doc

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CIVIL3D在黑沙洲航道整治二期工程设计中的应用.doc
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CIVIL3D 在黑 沙 洲 航 道整 治 二 期 工程 设 计中的应用 何洋 中 交 第二 航 务工 程 勘察 设 计院 有 限公 司 摘 要: 以黑沙洲航道整治二期工程为例, 采用CIVIL3D 软件进行航道整治工程设计, 对CIVIL3D 在航道整治工程设计中的一些典型应用, 提出了相应解决方法。 结果 表明, CIVIL3D 在航道整治工程河床演变分析、结构设计、可视化交底等方面有 较大应用价值, 其强大的三维设计功能可显著提高设计人员工作效率。 关键词 : CIVIL3D; 航道整治; 三维设计; 动态关联; 0 前言 CIVIL3D 软件广泛适用于总图设计、 勘察测绘、 水利水电等众多工程领域, 其以 模型为核心的设计方式和强大的批量处理、 动态更新功能大大缩短了方案的调整 和修改时间, 使设计人员有更多精力用于优化设计。 目前关于CIVIL3D 在航 道整治工程设计应用方面的文献很少, 本文针对CIVIL3D 在黑沙洲航道整治二期工程中的应用, 提出 CIVIL3D 在航道整治工程设计中应 用的一些关键问题的解决方法。 1 工程概况 黑沙洲航道整治二期工程位于长江下游安徽省境内黑沙洲水道, 上距铜陵市约 62km, 下距芜湖市约 50km, 水道上起板子矶, 下至高安圩, 全长约 14km。在特 大洪水年中, 黑沙洲水道冲淤变化相对较大, 南水道过渡段左槽冲刷、 右槽淤积 现象明显, 航道条件变差。本工程建设内容为心滩梳齿坝工程、原一期工程#3 潜坝和#4 潜坝及坝田加固工程、天然洲左缘护岸工程、天然洲右缘护岸加固工 程、 右岸新港护岸加固工程以及建筑物专用标7 座。 工程总体布置如图1 所示 (建 筑物专用标未在图中示意) 。 2 CIVIL3D 在工程中 的应用 2.1 河床 演变分 析 河床演变是航道整治工作的重要环节, 能否掌握河道的演变规律, 将直接涉及 到航道整治原则确定的正确性和整治工程布置的合理性。 图1 工程总体布置图 下载原图 地形资料是河演分析的基础, 做好河演分析需对多年、 多次测图地形进行对比统 计分析, 其重复性强, 工作量大。 利用CIVIL3D 曲面功能, 可快速、 动态地进行多时段、 多格式测量地形数据统计 分析及可视化显示, 为河床演变分析提供数据支撑, 其主要实现方法如下: (1) 利用 CIVIL3D 等高线和图形对象添加功能, 快速读取测量地形图中的多段 线、 高程点、 特征线等高程信息, 生成三维可视化地形曲面 (如图2 所示) 。该 图所示为工程#3 潜坝和#4 潜坝之间因水流冲刷而形成的最大约为 28m 的冲坑, 其将作为后续设计关注的重点。 (2) 重复第一步, 生成多个地形曲面, 并在 CIVIL3D 中分类管理。 (3) 利用 CIVIL3D 体积曲面和高程分析功能, 进行各个时段的河道地形冲淤分 析。 (4) 利用 CIVIL3D 表格统计功能, 自动统计不同区段冲淤面积、 厚度、 体积, 同 时自动 生成数据统计表格 (如图3 所示) 。 该图所示为工程 2016 年 3 月与2016 年9 月两次测图的河床冲淤变化情况, 统计表格给出了两次测图不同河床区域 的冲淤厚度、面积及体积。 图2 冲坑处三维地形曲面 下载原图 图3 河床冲淤分析图 下载原图 2.2 结构 设计及 方案 调整 航道整治工程整治原理复杂、 影响因素众多、 影响条件善变, 平面方案不得不进 行多次调整。 对于每一次的调整, 结构设计还需提供相 应推荐方案, 并统计工程 量, 进行整个工程项目总投资、经济效益等综合比较。 方案的多次调整, 将使设计人员不断的陷入重复画图及工程量统计的泥陷, 工 作量巨大, 疲于机械劳动。 因此, 设计人员难有更多时间和精力思考工程方案的 优化, 在时间比较紧的时候更会增加出错的风险。 利用CIVIL3D 快速建立多方案动态三维设计模型, 基于该模型批量提取断面图 及自动统计工程量, 其主要实现方法如下: (1) 利用 CIVIL3D 部件编辑器功能快速建立参数化的航道整治工程典型横断面 (如图4 、图5 所示) 。 (2) 确定坝体轴 线或护岸控制线平面位置。 (3) 在 CIVIL3D 中进行坝体轴线或护岸控制线纵断面设计。 (4) 导入已定制的部件, 利用CIVIL3D 道路功能, 生成动态三维设计模型 (如 图6 所示) 。 (5) 基于设计模型批量生成横断面图及统计工程量 (如图7、图8 所示) 。 图4#1 顺坝典型横断面 (CIVIL3D 部件编辑器) 下载原图 图5 左缘护岸典型横断面 (CIVIL3D 部件编辑器) 下载原图 图6#5 齿坝三维设计模型 下载原图 图7 CIVIL3D 批量生成设计断面图 下载原图 图8 CIVIL3D 工程量统计表 下载原图 结构横断面的宽度、 坡度、 尺寸及高程标注都是与三维设计模型文件动态关联的, 只要设计模型 (比如断面形式, 轴线位置, 原始地形) 发生变化, 结构横断面设计线、 尺寸标注、 工 程量等都会动态更新, 在每次方案调整后, 不必再重新读 断面、 画断面图、 计算 工程量, 避免大量重复劳动, 工作效率及设计质量有明显 的提升。 2.3 可视 化交底 传统航道整治工程设计交底, 采用二维平面图纸与口头描述结合, 对于复杂结 构、 异形结构、 衔接段结构, 需要施工人员自行想象, 不直观。 传统二维图纸难 以描述整治建筑物复杂位置, 设计意图难以正确传达, 施工质量难以保证。 利用CIVIL3D 道路实体功能和曲面实体功能, 生成三维实体模型, 进行三维可 视化设计交底, 其主要实现方法如下: (1) 抛石加固实 体模型生成。 创建抛石加固曲面, 给曲面添加抛石加固边界, 利 用曲面拉伸实体功能生成抛石加固三维实体模型 (如图9 所示) 。 图9#3 潜坝与#4 潜坝间抛石加固模型 下载原图 (2) 新建护岸、 顺坝及齿坝实体模型生成。 基于设计模型, 利用CIVIL3D 道路提 取实体功能, 生成新建护岸、顺坝及齿坝实体模型 (如图10、图11 所示) 。 图1 0#5 齿坝三维模型图 下载原图 图1 1 左缘护岸三维模型图 下载原图 图9 中施工人员对#3 和#4 潜坝坝田间栅格形式填槽抛石施工后效果一目了然。 图10 中, 施工人员可直观查看齿坝坝身不同断面形式、齿坝过渡段结构形式及 齿坝坝头衔接形式。图 11 可以清楚看到护岸枯水平台、截流沟、鱼巢砖等三维 结构及相互位置, 帮助施工人员了解整治建筑物的空间关系, 加深其对整治建 筑物的认识, 指导其后期施工。 3 结论 本文介绍了CIVIL3D 在黑沙洲航道整治二期工程中的一些典型应用, 其三维可 视化、动态关联等特性可明 显提高设计人员工作效率、丰富设计成果。 CIVIL3D 目前在航道整治工程方面的应用还处于发展阶段, 如何基于该软件二 次开发适合航道整治设计的功能模块、 模型信息如何与其他三维软件进行数据交 互、设计模型如何用于施工及运维将会是我们后续十分关心的问题。 参考文献 [1] 兰立伟, 严杰.Auto CADCIVIL3D 在水利工程设计中的应用[J].中国水运 (下 半月) , 2009 (12) :120-123. [2] 李晶, 张胜东.Autodesk CIVIL3D 在平原水库坝体及库盘开挖设计中的应用 [J]. 吉林水利, 2013 (06) :34-36. [3] 王雯珏.CIVIL3D 在 电厂总图道路设 计中的应用[J].武汉大学学报 (工学版) , 2013 (S1) :5-8. [4] 侯林高.CIVIL3D 在 山地总图施工图设计中的应用[J].电子制作, 2013 (S1) :84-85. [5] 徐刚, 冯海.浅谈Auto CADCIVIL3D 软件在征地移民专业的应用[J]. 新疆水利, 2011 (05) :26-29. [6] 张圆.三维总图设计 理论及其应用研究[D]. 西安:西安建筑科技大学, 2009.
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