王 巍，周 杰，李 迪，姜 坤

（吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林長春130021）

基于CATIA的三維岔管設(shè)計(jì)在水電站的應(yīng)用

王 巍，周 杰，李 迪，姜 坤

（吉林省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，吉林長春130021）

本文針對水電站壓力岔管常規(guī)設(shè)計(jì)方法存在的不足，提出基于CATIA的三維岔管設(shè)計(jì)方法，結(jié)合工程實(shí)例闡述了利用CATIA軟件設(shè)計(jì)非對稱Y形三岔管的步驟，并創(chuàng)建了三維岔管模型。工程結(jié)果表明，CATIA三維建模方法高效、直觀，能滿足工程設(shè)計(jì)精度要求，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

CATIA軟件；岔管；三維設(shè)計(jì)

1 概述

我國已建或在建的水電站輸水系統(tǒng)中，岔管的應(yīng)用較為廣泛。岔管是供水管路中最常見也是最基本的構(gòu)件之一，它起到了連接管路的樞紐作用，結(jié)構(gòu)上分為對稱岔管和非對稱岔管。岔管體型復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和體型展開計(jì)算均很困難，常規(guī)設(shè)計(jì)方法顯現(xiàn)出效率低、誤差大的特點(diǎn)。為提高設(shè)計(jì)效率，本文以非對稱Y型岔管為例，采用CATIA軟件進(jìn)行岔管設(shè)計(jì)。

通過對非對稱岔管的結(jié)構(gòu)分析得到以下共性:岔管的連接處的修剪方式都是通過求到相交耦合線后用耦合線修剪。所以關(guān)鍵在于耦合線的求取?；谶@樣共性創(chuàng)建三維岔管模板。

CATIA三維參數(shù)化建模方法高效、直觀，能滿足工程設(shè)計(jì)精度要求，為水電站壓力岔管設(shè)計(jì)提供了一種高效實(shí)用的新途徑。

2 建模思路

利用計(jì)算成果，在傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中定義每個截面的位置、截面尺寸及平面走向、位置，在CATIA軟件中分別建立這些關(guān)鍵定位元素。通過對比發(fā)現(xiàn)，鋼岔管模型較為簡單，建模相對簡單，開挖與外包混凝土比較復(fù)雜，尤其是外包混凝土，外形不一樣會發(fā)生截面的變化，而且鋼岔管外部的混凝土厚度不是相等的，因此對模型的截面定位就顯得特別重要。分析發(fā)現(xiàn)，模型的復(fù)雜性決定了建模的難度。采用CATIA的骨架建模思路，結(jié)合曲面設(shè)計(jì)的強(qiáng)大功能，先做出曲面，再通過封閉、剪切等運(yùn)算將曲面實(shí)體化，可以滿足建模需求。

3 工程實(shí)例

云南萬家口子水電站引水隧洞采用一洞雙機(jī)布置方式，采用非對稱Y型三岔管（分岔角度為60°）內(nèi)襯鋼管外包混凝土，主洞鋼管直徑為6.0m，分岔管直徑為4.0m，巖體開挖采用馬蹄形斷面。

運(yùn)用CATIA軟件建模設(shè)計(jì)的具體步驟如下:

第一步:三維模型節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)搭建

由于結(jié)構(gòu)部位較為單一，僅僅為鋼岔管處的建模及開挖，所以采用單個零件的方式來設(shè)計(jì)，采用幾何圖形集和幾何體并結(jié)合合理的命名來管理模型關(guān)鍵元素，如圖1所示。

圖1 模型結(jié)構(gòu)樹

第二步:定位骨架設(shè)計(jì)

1）平面定位（相當(dāng)于俯視圖），走向線，關(guān)鍵坐標(biāo)點(diǎn)等。

2）截面定位，建立多個符合要求的截平面，用于布置關(guān)鍵截面輪廓，如圖2所示。

圖2 定位圖

第三步:關(guān)鍵截面設(shè)計(jì)

利用上一步建立的骨架，采用定位草圖的方式建立關(guān)鍵截面。關(guān)鍵截面一般是截面變化的起始點(diǎn)或者終止點(diǎn)，或者是工程特定的一些位置的截面，如圖3、圖4所示。

圖3 開挖面建模關(guān)鍵截面

圖4 鋼管建模關(guān)鍵截面

第四步:曲面造型設(shè)計(jì)

利用上一步建立完成的關(guān)鍵截面，采用橋接等方式建立曲面，如圖5、圖6所示。

圖5 開挖模型曲面

圖6 鋼管模型曲面

第五步:實(shí)體設(shè)計(jì)

將上一步完成的曲面，通過一些布爾運(yùn)算生成實(shí)體，如圖7所示。

圖7 模型實(shí)體

4 結(jié)語

（1）針對水電站壓力岔管常規(guī)設(shè)計(jì)中存在的不足，以非對稱Y型三岔管為實(shí)例，探討了三維岔管的設(shè)計(jì)方法。結(jié)果表明，用CATIA軟件進(jìn)行復(fù)雜三維岔管的建模，直觀、快捷、操作步驟簡單，工作量小，效率高，可以精確的計(jì)算工程量，在任意位置進(jìn)行剖切，設(shè)計(jì)完成的三維模型可以使用其它三維動畫軟件（例如composer、3DmA X等）進(jìn)行動畫設(shè)計(jì)，對施工具有很好的指導(dǎo)意義。

（2）建立一個實(shí)用的具有代表性的管路構(gòu)建-岔管的3D模型，一方面可以體現(xiàn)CATIA軟件在3D設(shè)計(jì)中參數(shù)化控制模型這一獨(dú)特特點(diǎn)的優(yōu)越性，另一方面證明水工建筑物中典型結(jié)構(gòu)的3D設(shè)計(jì)模板化是沒有問題的，軟件的強(qiáng)大功能完全可以實(shí)現(xiàn)。

（3）通過建模，我們認(rèn)識到軟件本身的一些架構(gòu)型式和基本原理，為將來建立、組織和管理更加復(fù)雜的構(gòu)件做鋪墊。CATIA的三維參數(shù)化建模具有很強(qiáng)的實(shí)用性，在水利工程設(shè)計(jì)中具有良好的應(yīng)用前景。

［1］鄭安興，武亮，徐天寶.基于三維CAD技術(shù)的水電站壓力岔管設(shè)計(jì)方法［J］.水電能源科學(xué)，2010，28（01）:124-126.

［2］徐良華，伍鶴臬，劉波.基于APDL的水電站三梁岔管設(shè)計(jì)研究［J］.水電能源科學(xué)，2008，26（03）:100-102.

［3］SL281-2003.水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］鄭聲安，王仁坤，等.基于CATIAV5的水利水電工程三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)應(yīng)用［M］.北京:中國水利水電出版，2010.

TV73

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1672-2469（2015）10-0107-02

10.3969/j.issn.1672-2469.2015.10.34

王?。?983年—），男，工程師。