基于重力壩三維設計的CAD動(dòng)態(tài)交互系統開(kāi)發(fā)
為了在可研階段合理、快速地制定重力壩設計方案，減少設計周期和成本，采用極限狀態(tài)設計的方法，利用VB 6. 0 可視化編程工具開(kāi)發(fā)出了一套能夠與CAD 動(dòng)態(tài)交互的重力壩三維設計系統。該系統通過(guò)對Auto-CAD 的二次開(kāi)發(fā)實(shí)現了重力壩的三維參數化建模，并對所建三維模型進(jìn)行結構計算，將設計與計算緊密結合，通過(guò)動(dòng)態(tài)交互簡(jiǎn)化了大量復雜數據的計算，達到精確、快速完成斷面設計的目的。經(jīng)實(shí)踐檢驗證明，該系統大大提高了斷面設計效率，實(shí)用性強，對可研階段的方案比選具有重大意義。
引言
混凝土重力壩結構簡(jiǎn)單，施工方便，安全度高，在水電工程中應用廣泛。在重力壩斷面確定之前往往涉及不同方案的比選、穩定及應力分析計算。重力壩設計在斷面設計初期可更改性較大，但修改某個(gè)參數需要重新計算，重復工作量較大。目前重力壩斷面設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(jiǎn)稱(chēng)CAD) 配合計算; c) 純程序計算。純手工計算顯然已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現代設計的需要。利用CAD 圖元屬性功能得到計算所需數據，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(gè)層次，但是兩種軟件之間的反復切換操作不但大大降低了設計效率，反復的人工操作也增大了錯誤的出現概率。純程序計算是現在的主流趨勢，此類(lèi)完善的程序較多，精確度較好，但是絕大多數程序以參數輸入為主，計算時(shí)需要記錄和輸入大量的數據，且計算斷面形式相對單一，不具有廣泛的通用性。
目前重力壩設計還處在二維水平階段，但人在設計時(shí)的原始沖動(dòng)是三維的，設計成果是有顏色、形狀、材料、尺寸、位置、復雜運動(dòng)關(guān)系等關(guān)聯(lián)概念的三維實(shí)體�，F階段的水電行業(yè)設計工作是從三維到二維，再從二維到三維的過(guò)程，這種設計方式對設計工程師和施工者都提出了一定的要求: a) 設計者將原始的三維設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(lái)展示，這種設計方式往往難以完全表達設計者的原始設計思想，易出現差錯和缺漏; 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，設計者與施工者之間表達和理解的差異往往也帶來(lái)了差錯。而三維設計則可以完全避免這種三維—二維—三維的繁冗過(guò)程。根據三維設計概念直接進(jìn)行三維設計，輸出的三維設計成果可以非常直觀(guān)和完整地表達設計師的思想。只有三維設計才能完成思維過(guò)程與設計過(guò)程的統一，才是真正意義上的CAD，故三維設計是水利水電工程設計的必然趨勢。
為了提高重力壩三維設計水平，本文提出了基于重力壩三維設計的CAD 動(dòng)態(tài)交互系統。此系統以工程設計人員最熟悉的AutoCAD 為基礎，利用VB 6. 0 程序語(yǔ)言對CAD 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，著(zhù)重于系統與CAD 的動(dòng)態(tài)數據交互，減少計算過(guò)程中計算參數的人為輸入，采用動(dòng)態(tài)交互功能實(shí)現計算剖面信息和計算系統的有效結合，通過(guò)動(dòng)態(tài)交互功能減少了大量復雜數據的人為干預，通過(guò)計算結果和斷面信息的動(dòng)態(tài)交互達到快速、智能化地完成斷面設計的目的，可以提高設計人員的工作效率。設計完成的三維成果還可直接導入到ANSYS 等通用有限元軟件中進(jìn)行數值分析。
3、結束語(yǔ)
本研究基于重力壩極限狀態(tài)設計的方法和原則，利用VB6. 0 可視化編程工具實(shí)現了重力壩的三維設計程序化，在整個(gè)設計過(guò)程中通過(guò)不斷與CAD 進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互，利用CAD 強大的幾何分析功能，實(shí)現了CAD 設計和計算分析的有效結合，很大程度上提高了計算速度和精度。結合本系統在實(shí)際工程中的應用得出以下結論:
a) 基于三維設計方法，通過(guò)三維參數化實(shí)體造型技術(shù)可快速建立重力壩壩體三維實(shí)體模型，并滿(mǎn)足各個(gè)設計階段的需要，為設計人員提供一個(gè)直觀(guān)的設計成果，大大增強了設計可視化程度。
b) 通過(guò)三維參數化設計可快速實(shí)現重力壩斷面設計，結合動(dòng)態(tài)交互的計算系統可實(shí)現對眾多方案的快速比選，為設計人員提供了方便。
c) 采用動(dòng)態(tài)交互功能實(shí)現設計和計算系統的有效結合，通過(guò)動(dòng)態(tài)交互功能減少了大量復雜數據的人為干預，通過(guò)計算結果和斷面信息的動(dòng)態(tài)交互達到快速、智能化地完成斷面設計的目的，使設計人員提高了工作效率。
d) 利用VBA 技術(shù)開(kāi)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計壩段三維、二維工程圖紙，并且實(shí)現了工程圖紙的半自動(dòng)標注，為設計人員節省了大量的作圖勞動(dòng)時(shí)間。
e) 根據本系統計算結果及在工程中的實(shí)際應用，計算結果可靠、可滿(mǎn)足設計要求，特別是對于水電建設的初期可研階段具有較大的實(shí)用性，可快速評價(jià)設計方案和修改方案，縮短設計周期。
f) 本文系統以工程設計人員最熟悉的AutoCAD 為基礎，利用VB 6. 0 程序語(yǔ)言對CAD 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，便于設計人員掌握和理解，故適用性較廣。
