雷 娜

(新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 三維建模設(shè)計(jì)方法概論

1.1 Inventor三維設(shè)計(jì)概述

BIM應(yīng)用軟件種類(lèi)系列眾多[1]，其中常用的有Revit、ArchiCAD、Inventor、Civil3D、Navisworks，3D Max，Architectur等。本文主要將Autodesk公司的三維設(shè)計(jì)軟件Inventor應(yīng)用于攔河分水閘工程中，完成了工程的三維展示和施工要求，成果更直觀，更容易理解。

Inventor最初是Autodesk公司為機(jī)械設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一款三維設(shè)計(jì)軟件，它具有從局部到整體建?？?、思路簡(jiǎn)單、操作快捷、修改靈活的特點(diǎn)。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷成熟，Inventor也成為水利水電工程設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用的三維設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)軟件基礎(chǔ)應(yīng)用的培訓(xùn)學(xué)習(xí)和實(shí)踐，水利工程師使用起來(lái)也越來(lái)越順手。

就目前來(lái)說(shuō)一般都是單獨(dú)針對(duì)于具體建筑物先按不同部位材料分別制作零件，然后再組裝成部件，最后導(dǎo)出工程圖，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工需要[2]。如圖1和圖2為工作閘井三維模型剖視圖，是施工圖的一部分，結(jié)合三維模型可以作出各個(gè)方位的剖視圖，來(lái)滿(mǎn)足工程建設(shè)的不同視角需求，直觀、精確且容易理解，同時(shí)繪圖效率也提高了一倍。通過(guò)實(shí)踐證明作為一款優(yōu)秀的三維設(shè)計(jì)軟件，在科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)思維指導(dǎo)下，以Inventor在建模中強(qiáng)大的功能為基礎(chǔ)，充分利用Inventor軟件特點(diǎn)，采用有效的設(shè)計(jì)方法，是完全可以快速高效地建立水工建筑物Inventor模型的。

圖1 工作閘井順?biāo)鞣较蛉S剖視圖

圖2 工作閘井垂直水流方向三維剖視圖

1.2 三維設(shè)計(jì)參數(shù)化概述

在水利工程建設(shè)中，不管是金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終都是在不斷計(jì)算優(yōu)化的基礎(chǔ)上得出最安全最經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案，這就需要設(shè)計(jì)人員不斷的計(jì)算繪圖然后不斷修改，周而復(fù)始做很多重復(fù)性工作，耗時(shí)耗力[3]。

Inventor三維建模參數(shù)化驅(qū)動(dòng)就是在建模過(guò)程中，用一組參數(shù)來(lái)定義幾何圖形尺寸數(shù)值并約束尺寸關(guān)系,主要思路是用幾何約束、數(shù)學(xué)方程與關(guān)系來(lái)說(shuō)明產(chǎn)品模型的形狀特征,在結(jié)構(gòu)體型優(yōu)化過(guò)程中，只需要修改關(guān)聯(lián)參數(shù)表里的相關(guān)參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)建筑三維體型自動(dòng)變化，可使設(shè)計(jì)人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來(lái)，可以大大提高設(shè)計(jì)速度，并減少信息的存儲(chǔ)量[4]。如表1為一進(jìn)口工作閘井的參數(shù)表。

表1 進(jìn)口工作閘井參數(shù)

1.3 三維配筋軟件概述

水工三維配筋軟件是在三維平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的二維、三維一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。他可以導(dǎo)入任意結(jié)構(gòu)的三維模型，制圖人員只需規(guī)劃好配筋構(gòu)建，選擇合適的配筋命令，給定鋼筋直徑、間距、錨固長(zhǎng)度、內(nèi)外層布置、是否彎折等簡(jiǎn)單參數(shù)即可；校審人員只需檢查是否有漏配、少配的結(jié)構(gòu)面，鋼筋直徑、間距、錨固長(zhǎng)度是否滿(mǎn)足計(jì)算要求。它徹底將工程師從“瑣碎”的制圖活動(dòng)中解脫出來(lái)[5]，把主要精力用于創(chuàng)意性設(shè)計(jì)。

2 工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

總閘口除險(xiǎn)加固工程最大過(guò)閘流量為120 m3/s，分水閘主要任務(wù)是向灌區(qū)分水，不存在防洪任務(wù)，3級(jí)建筑物，抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)。分水閘共布置8孔，從左向右采用3孔+2孔+3孔平行布置。分水樞紐下游布設(shè)有消能設(shè)施，通過(guò)連接段與下游渠道銜接。

分水閘底高程1369.8 m，頂高程1373.3 m，閘室長(zhǎng)13 m，每孔凈寬5 m，三孔總寬度為19.4 m，兩孔總寬度為13 m，閘內(nèi)布設(shè)有一道事故檢修平板門(mén)和一道工作平板門(mén)。

2.2 總分水閘三維結(jié)構(gòu)圖

因?yàn)樵诠こ探ㄔO(shè)中，一般是將整個(gè)工程分為幾個(gè)標(biāo)段分別按照不同的工期施工，所以設(shè)計(jì)人員在繪制施工圖時(shí)也是按不同的施工要求和建筑物等級(jí)分別設(shè)計(jì)制圖，本文主要是著重總結(jié)和歸納Inventor三維設(shè)計(jì)軟件在分水閘施工中的實(shí)際應(yīng)用，閘后消能段和整治段暫不做具體說(shuō)明。

在本次工程應(yīng)用中，總分水閘三維建模完全采用Inventor三維建模軟件，除過(guò)門(mén)槽二期混凝土部分，分水閘一期混凝土部分都可以作為一個(gè)特性在一個(gè)零件下制作完成。因?yàn)槟壳癇IM協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)還未整體成型，在審圖、查閱和施工參考中還不能達(dá)到全程信息化，這樣就要求設(shè)計(jì)單位還需將建筑物施工圖以藍(lán)圖的形式交付使用。當(dāng)建筑物三維模型整體裝配完成之后，可以新建工程圖，在工程圖中可以定義和生成建筑物不同方位的投影視圖和不同部位的剖面圖，還有細(xì)部大樣圖。

2.3 總分水閘三維鋼筋圖

分水閘Inventor三維模型完成之后，可以直接導(dǎo)入數(shù)值模擬軟件里進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析或者采用計(jì)算程序計(jì)算出結(jié)構(gòu)配筋[6]，按照計(jì)算結(jié)果將模型導(dǎo)出為“sat”文件再導(dǎo)入三維大體積配筋軟件,進(jìn)行各個(gè)結(jié)構(gòu)面的配筋，配筋完成后可利用應(yīng)用小程序?qū)С鯟AD鋼筋圖。如圖3為分水閘三維配箱界面。

圖3 分水閘三維配筋界面

3 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合實(shí)際工程，采用Inventor三維設(shè)計(jì)軟件和三維配筋軟件完成了水工建筑物的結(jié)構(gòu)和鋼筋圖。針對(duì)同一建筑物結(jié)構(gòu)，不同的設(shè)計(jì)者會(huì)有不同的設(shè)計(jì)思路，三維設(shè)計(jì)軟件可以滿(mǎn)足不同設(shè)計(jì)者的思維模式。以下是在三維設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及建議：

(1)Inventor 在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用起步相對(duì)較晚，零件庫(kù)內(nèi)容較少，共享程度不高，再加上水工建筑物結(jié)構(gòu)受地形、地質(zhì)條件等制約因素影響較大，難以形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，使得Inventor 在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用發(fā)展較慢。

(2)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分使模型能夠按照設(shè)計(jì)意圖靈活修改，希望設(shè)計(jì)人員在參數(shù)化驅(qū)動(dòng)方面深入研究，對(duì)每一個(gè)參數(shù)都有具體的說(shuō)明，使每一個(gè)設(shè)計(jì)者都能看懂并靈活使用。

(3)大體積混凝土配筋軟件基本上能解決水工模型的配筋工作，解決了鋼筋統(tǒng)計(jì)、計(jì)算的煩瑣過(guò)程，生成鋼筋圖能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，但目前還有10%左右的模型配筋難以完成，例如矩形洞變城門(mén)洞、城門(mén)洞變圓洞等特殊部位，有待進(jìn)一步研究解決。

(4)大體積配筋軟件生成鋼筋圖后需局部調(diào)整及修改，建議走完校審程序，模型配筋及生成鋼筋圖無(wú)誤并無(wú)缺失時(shí)再進(jìn)行調(diào)整，避免重復(fù)工作。