摘 要：本文基于渠道施工詳圖三維設計過程中CATIA軟件的應用，通過參數化設計和模式設計，方便快捷的建立渠道施工的三維立體動態(tài)模型，直觀快捷的生成渠道施工過程中的各部位節(jié)點詳圖這整個過程的研究，探討CATIA軟件在渠道施工詳圖三維設計過程應用上的特點和方式，以及指出較傳統工藝做法的方便性和快捷性之處。

關鍵詞：CATIA軟件；渠道施工詳圖；三維設計

隨著計算機技術的發(fā)展，渠道施工過程中三維模型可視化參考應用成為了可能，越來越多的場合開始利用CATIA軟件建立三維可視化場景，直觀便捷的給設計和施工人員提供了實時觀察模型，同時也可以自動生成渠道施工詳圖，大大的提高了設計和施工人員的工作效率，也保證了設計和施工的質量。

1 CATIA軟件概述

CATIA是一種基于CAD/CAE/CAM以及PDM的軟件應用，采用先進的混合建模技術，對設計對象進行混合建模，通過設置參數和變量，方便快捷的得到無論是曲面還是實體的動態(tài)模型。CATIA中各個模塊都是基于同一的數據平臺，使得每個模塊都有著真正的全相關性。而在設計需要修改時，直接修改設計參數便可方便快速的修改三維立體設計模型。三維立體設計模型可以全部體現在二維，自動生產二維數據，大大的減少了二維平面設計過程中的局限的難度，提高了工作人員的設計效率。CATIA具有相當強大的地形處理能力，這在渠道施工設計前期，減少了很大的工程量。其仿真技術以廣泛應用到各行各業(yè)，如航天、汽車、渠道隧道、化工生產等。

2 CATIA在渠道三維實體模型基礎設計

（1）模板的建立。在渠道施工詳圖三維設計中，CATIA軟件參數化設計通過提取結構一些主要的形態(tài)，位置，大小等參數為自定義變量，通過計算檢查等將模型關聯，從而快速的建立一系列形態(tài)相似的三維實體模型。模板的建立可以快速的建立也各完整的三維實體模型，從而進行平面，縱橫斷面，節(jié)點詳圖的生成的提取。所以模板在三維實體設計過程中起著關鍵性作用，但是模板的建立必須符合現行的法律規(guī)范要求，根據規(guī)范嚴格控制模板的制作，保證整個三維可視化立體模型符合國家規(guī)定要求。渠道常見的有圓形，拱形等，以渠道洞口形態(tài)為主要參數變量，通過工程規(guī)范對該變量加以限定。在此過程中，CATIA操作簡單，方便快捷。

（2）渠道設計分階段與模型管理。CATIA數據處理能力和容量有限，為了更加方便的進行渠道施工設計，我們需要對設計過程進行分階段設計。此過程中最需要考慮的因素就是 地形，地形變化大則分段較密，相反則較稀疏，但是差距不能太大。CATIA中一般以15千米左右為一個分段長度。利用CATIA的模板進行三維設計成果的總體控制。首先建立渠道分段設計模型管理的根目錄，根目錄聯系各分段的三維設計模型，這樣就可以快速的任意查看和調用相應渠道分段的三維模型效果。

（3）布置渠道中軸線，建立三維設計模型統計工程工作量。對渠道的x，y，z坐標分別進行中軸線布點，或則是通過excel表格加載渠道中軸線各點的坐標，連接中軸線各點，自動生成切點坐標，圓心位置坐標，這樣就形成渠道中軸線的空間三維布置。

一般一段渠道的設計，地形數據的范圍為渠道兩旁各延伸1千米左右，長度在15千米以內。在CATIA中，三維地形可以采用不規(guī)則的三角網進行表示，或這采用曲面方式表示。以dwg格式形式輸入地形的三維等高線（還可以點云方式，也可以是基于ARCGIS TIN 文件格式的地形數據），導入CATIA之中，生成以TIN表示的地形三維模型。地形三維模型轉換為地形曲面模型，再有地形曲面模型與同體積大小的長方體三維實體模型相交，從而得到地形實體模型。

在這個過程中，將三維地形的開挖體，填方體，積水排水溝，砌層墊層換土層，洪溝等形式相應的幾何形體。利用CATIA體積計算方便快捷的統計出整個三維設計模型的工程量，挖方量以填方量。

3 生成工程圖

（1）平面圖。將CATIA切換到“工程制圖”操作平臺，通過三維設計模型能夠快速的生成平面布置圖和各節(jié)點構造圖。通過CATIA的SHAPESCULPTOR平臺，選擇地表面，輸入主次等高線相關參數，即可形成以地形三維地形模型為基礎的形xy平面地形等高線。進入“工程制圖”界面，切換到正視圖，即可得到渠道設計的平面圖。

（2）渠道斷面的描述生成。在CATIA中，采用統一的方式來描述各種類型的渠道斷面，其中包括全部挖方渠道斷面、全部填方渠道斷面、半挖半填渠道斷面。由于存在諸多形式存在，在統一渠道斷面的表示方式中，挖方和填方公用一級馬道以下的部分，一級馬道以上部分向上伸展為挖方渠道斷面；一級馬道以上部分向下伸展則為填方渠道斷面。其中表示渠道斷面的基本參數包括：“樁號、渠道底部寬度、各級馬道坡度，坡比以及馬道寬、填方提頂道路寬、填方各級護坡的高度、破寬等”。

在CATIA中，將整個渠段的渠道基本斷面，在CATIA中采用“多截面曲面”命令進行連接，生成渠段的整體基本參數參數化設計曲面模型。根據曲面模型與地形三維實體模型的相交關系，可以確定該渠段是全挖方渠段還是全填方渠段，亦或半挖半填渠段。然后選擇將渠段的整體基本三維參數化設計曲面作為切割面對地形三維實體模型進行切割。

（3）渠道設計節(jié)點詳圖。在CATIA制作的三維設計模型中，對渠道三維設計模型的任一節(jié)點位置的進行剖切，形成剖切面。進入“工程制圖”界面，選擇xy軸方向，及可生產渠道斷面的節(jié)點施工詳圖。此過程可根據需要自行調節(jié)剖切位置和方向，得到渠道各個位置的施工詳圖進而指導設計和施工。

（4）生成工程圖過程中的智能控制。在CATIA軟件平臺，可以通過三維設計動態(tài)模型自動生成平面圖，縱橫斷面圖，施工詳圖等，并且圖形比較統一，這就是CATIA對工程圖的智能化控制。然而尺寸標注不能進行智能布置，往往有重復覆蓋的現象，這就需要我們在“工程制圖”界面進行重新標注。在二維平面圖上，再進行圖框圖簽，比例指北針的布置就完成了渠道施工詳圖的繪制設計。

4 結語

傳統的二維工程設計存在效率低下，容易出錯，且不易修改等問題，而基于CATIA 平臺的三維模型動態(tài)可視化以及智能化生產工程圖紙的工程設計克服了這些問題，給設計施工人員帶來了相當大的便利。CATIA在渠道三維設計中的應用成為渠道設計的發(fā)展發(fā)向，目前正逐步應用到渠道設計的各個步驟之中，這將是渠道設計改革性的一幕，這也使得設計水平突飛猛進。

參考文獻：

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作者簡介：潘煒元（1985—），男，河南鄭州人，本科，助理工程師，研究方向：三維可視化仿真，三維設計。