基于CATIA的岸边式水电站厂房三维设计

工程设计是水利水电工程建设过程中最重要的环节之一，设计方案的优劣、设计水平的高低以及设计周期的长短都直接影响着工程建设的质量和投资。随着科技的进步和发展，传统的二维设计方法已经适应不了现代水利设计周期短和质量要求高的新形势，而采用三维参数化的方法来优化设计过程，不仅能够全面提高工程设计的质量、效率和水平，而且可以最大限度地节约人力物力、缩短建设周期。

CATIA是一款功能强大的CAD/CAE/CAM一体化软件，其设计技术和解决方案在世界处于领先地位，目前广泛应用于航空航天、机械制造、土木工程等领域，并逐渐在水利水电、岩土工程等领域得到应用。

1 岸边式厂房三维设计思路

依据岸边式水电站厂房的设计流程，将参数化方法应用于岸边式厂房三维设计中，运用CATIA平台实现岸边式厂房的参数化建模，生成工程图，并结合地形进行工程量统计。具体设计思路如下：

①根据地形地质资料，建立三维地质模型；

②结合枢纽总布置，选择厂房的厂址；

③根据初步确定的机组中心点、机组中心线、安装高程等元素，建立厂房骨架；

④通过三维协同设计，完成厂房整体三维模型的装配；

⑤在三维地质模型中，进行开挖、回填设计，利用开发的工程量计算模板，实现工程量自动计算；

⑥通过工程制图模块进行二维图纸设计。

2 设计过程

2.1 地质模型的建立和厂房厂址的初步确定

依据地形资料，利用“地形转换点云”插件，将地形高程点及等高线数据转化为点云(*.asc)格式，并存放在指定文件夹。在CATIA中，通过“Digitized Shape Editor”模块将点云(*.asc)格式文件导入，并修补形成完整的Mesh面，通过“Quick Surface Reconstruction”模块将Mesh面转化成曲面，通过“刨成式外形设计”和“零件设计”模块，完成地形体的建立。在地形体的基础上，依据平面地质图、产状线、钻孔数据等资料建寺地层分界面，对重点区域进行分割划分，最终建立三维地质模型。

厂房厂址的选择应根据地形、地质、环境条件，结合整个枢纽的工程布局进行。在妥善解决施工和建设占地、厂房后边坡稳定性、厂基及地表水处理等问题的基础上，初步确定厂房的厂址。

2.2 厂房骨架的建立

骨架是三维设计的基础平台，由确定水工建筑物空间定位的点、线、面组成。骨架设计思想的核心是理顺模型之间的从属关系，使骨架能够有效地驱动模型。厂房的骨架主要由厂房控制性的点、线、面组成，如机组中心点、机组中心线、安装高程等元素。

某岸边式厂房安装6台单机容量350Mw的水轮发电机组，机组中心点为A(1015.018，1082.338)，安装高程为456m，尾水管底高程为436.40m，水轮机层高程为461m，发电机层高程为472.50m，吊车轨道的顶部高程为486m，屋顶高程为492.70m；主厂房上游侧净宽度为13m，主厂房下游侧净宽度为14m，标准机组段-X方向宽度为12m，标准机组段+X方向宽度为14m，边机组段(安装间侧)+X方向宽度为16 m，边机组段(非安装间侧)-X方向宽度为18m，机组分封宽度为0.02m；蜗壳二期混凝土底高程为452m，蜗壳二期混凝士下游面距机组中心线距离为10m，蜗壳二期混凝土(安装间侧)+X方向宽度为13.5m，蜗壳二期混凝土(非安装间侧)-X方向宽度为15.5m。

依据上述数据建立厂房的参数化骨架。骨架元素在方案调整时，也可以更改，相应设计将会自动更新修正。骨架元素是整个厂房定位和布置的关键依据，以此为参照可确定厂房各个部分与地质模型之间的相关关系，自上向下传递设计数据，规范地完成厂房的后续设计。

2.3 厂房各部分模型的建立

水利水电工程设计是分阶段进行的，水电站厂房在各阶段设计的深度有所不同，因此根据各阶段研究的内容和要求，利用CATIA可建立适应不同阶段的模型。

为了设计简单、快速，将复杂的建筑物体形先进行合理拆分，使之成为多个简单模型对象的组合。岸边式厂房可分为厂房下部结构、厂房上部结构、副厂房、安装间.尾水渠5个部分，在建模过程中，按照相应规范或规定，提取模型关键尺寸作为特征参数，调整这些特征参数，系统将自动驱动模型的更改。同时，为适应不同工程的应用，利用知识工程建立有一定通用性的标准模板，形成较完整的模板库。

在建立新工程类似建筑物的模型时，可以调用这些模板，修改参数，快速建立新工程建筑物的三维模型。

2.4 协同设计和装配

骨架设计思想是先总体规划，后细化设计。采用自上而下的设计方法，先进行总体枢纽布置设计，在总体骨架控制驱动下，各专业设计人员完成本专业骨架设计，继续向下驱动，关联、直到完成具体的零件设计。

厂房专业负责人结合项目提供的枢纽总体骨架，建立专业骨架，包括安装高程面、发电机层面、水轮机层面，蜗壳层面、尾水管底板面及桥机轨顶面、主厂房跨度、主机段和安装间宽度等控制参数，并发布这些参数。专业负责人将厂房建筑物各个部位的设计任务分配给各个设计人员，不同的设计人员拥有不同的权限，可以进行查看、修改、复制或粘贴等操作。专业负责人发布的参数是设计人员建模时的控制性元素，更改骨架中的参数，相关设计将自动更新修正，例如修改厂房布置的设计方案只需要修改厂房的控制点、参数、公式等，刷新后得厂房新的设计方案。