通常來說，在水利水電工程設(shè)計(jì)中，開挖圖的繪制較為繁雜。如果采用常規(guī)的平面 CAD 繪圖軟件來設(shè)計(jì)，難以準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)思想。江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院基于 GeoPAK Site 三維場(chǎng)地設(shè)計(jì)軟件對(duì)浯溪口水利樞紐進(jìn)行三維開挖輔助設(shè)計(jì)，取得了良好的效果，其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程參考。

水利工程開挖設(shè)計(jì)的新方式

浯溪口水利樞紐工程是相對(duì)復(fù)雜的水利工程，以防洪功能為主，兼顧供水、發(fā)電等功能。工程場(chǎng)地設(shè)計(jì)本來是一個(gè)復(fù)雜繁瑣的過程，即使在二維環(huán)境下借助 ZDM 等相關(guān)軟件插件，也不能很好地表達(dá)場(chǎng)地開挖、回填的真實(shí)情況。對(duì)于地形復(fù)雜的水利樞紐工程來說，開挖設(shè)計(jì)質(zhì)量很大程度上依賴于設(shè)計(jì)工程師的三維空間想象力。加上不可避免的重復(fù)計(jì)算和制圖過程，不能不說場(chǎng)地開挖設(shè)計(jì)變成了一個(gè)繁重的設(shè)計(jì)任務(wù)，而且開挖圖的繪制還耗時(shí)耗力。此外，常規(guī)二維開挖圖在表達(dá)設(shè)計(jì)成果方面不如三維設(shè)計(jì)成果那樣直觀和有空間感，這給實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工帶來一定的困難。

由 Bentley 提供的 GeoPAK 是一款集成的土木設(shè)計(jì)和工程三維設(shè)計(jì)軟件，工程場(chǎng)地開挖主要使用GEOPAK Site 模塊來實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地的開挖設(shè)計(jì)。GeoPAK Site 是專注于場(chǎng)地開挖的三維設(shè)計(jì)軟件，它具有一整套動(dòng)態(tài)而靈活的場(chǎng)地設(shè)計(jì)工具，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)開挖項(xiàng)目，如建筑場(chǎng)地平整，渠道、公路和水利樞紐基礎(chǔ)開挖等，其出色的內(nèi)部算法和對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力的充分應(yīng)用，有效地減輕了復(fù)雜場(chǎng)地開挖圖設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)，且其準(zhǔn)確快捷的工程量統(tǒng)計(jì)也為投資概算精確計(jì)算打下了基礎(chǔ)。這款三維軟件可以按照開挖的先后順序?qū)崿F(xiàn)工程的模擬，比二維設(shè)計(jì)的計(jì)算方法更加直觀，在指導(dǎo)施工方面更具實(shí)用價(jià)值。相關(guān)人員可以在 MicroStation 中建立樞紐各個(gè)組成部分（如重力壩、廠房等）的三維模型。將模型組裝完成后，結(jié)合建筑物的外輪廓線，以及測(cè)量和地質(zhì)數(shù)據(jù)，在GeoPAK中可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地的開挖模擬。將測(cè)量數(shù)據(jù)和地址數(shù)據(jù)導(dǎo)入 GeoPAK 中，把建筑物的外輪廓線投影到設(shè)計(jì)高程（某點(diǎn)沿鉛垂線方向到絕對(duì)基面的距離）上，就可以按照設(shè)計(jì)邊坡在原地形上進(jìn)行放坡（為了防止塌方、確保施工安全，在挖方超過一定深度或填方超過一定高度時(shí)，在其邊沿放出的足夠的邊坡），修筑馬道等。在建筑物開挖部分有交集的地方，軟件可自動(dòng)進(jìn)行處理，防止重復(fù)計(jì)算開挖量。

關(guān)鍵的五個(gè)步驟

基于 GeoPAK Site 的開挖輔助設(shè)計(jì)主要流程有建立三維數(shù)字地面模型，提取開挖邊界，確定開挖坡比（坡面的垂直高度和水平寬度的比叫做坡比）、范圍和方案等，調(diào)整、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以及成果整理與出圖。浯溪口水利樞紐項(xiàng)目中，開挖設(shè)計(jì)主要包含以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟：

 ? 第一步：建立三維數(shù)字地面模型。首先在Bentley 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái) MicroStation 上建立各個(gè)組成部分的三維模型。

 ? 第二步：提取開挖邊界。在樞紐模型總裝完成后，搜集所需的測(cè)量資料（如前期的DWG工程地形圖紙文件），利用等高線、高程點(diǎn)等數(shù)據(jù)生成GeoPAK 可識(shí)別的tin（不規(guī)則三角網(wǎng)格）文件。導(dǎo)入原始地形的tin文件，將其作為開挖設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)面。

 ? 第三步：模擬開挖順序。因施工順序不同，各個(gè)不同的構(gòu)筑物的開挖設(shè)計(jì)順序也不同。 GeoPAK 可以按照施工順序?yàn)椴煌瑯?gòu)筑物創(chuàng)建相應(yīng)的對(duì)象，所有對(duì)象隸屬于統(tǒng)一的場(chǎng)地開挖模型。

 ? 第四步：計(jì)算工程量。在開挖設(shè)計(jì)完成后，再進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)。

 ? 第五步：根據(jù)三維開挖模型生成平面圖和剖面圖。完成GeoPAK Site 開挖設(shè)計(jì)后，還要對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行整理。

遠(yuǎn)不止于提高效率

基于MicroStation 的GeoPAK Sit 可以充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化、智能化優(yōu)勢(shì)，給水利水電工程的設(shè)計(jì)提供了很大的幫助。三維可視化設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)行業(yè)的一個(gè)發(fā)展方向。隨著勘測(cè)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的日益市場(chǎng)化，業(yè)主對(duì)工程勘測(cè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求越來越高，而對(duì)設(shè)計(jì)周期的要求卻越來越短。如果設(shè)計(jì)院能夠采用 GeoPAK Site進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，不僅可以快速對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，還可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)方案的修改。在開挖和回填工程量的統(tǒng)計(jì)上，雖然當(dāng)前的結(jié)果表現(xiàn)方式還不是很理想，但精確程度是很高的。相信隨著三維設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)一步發(fā)展，越來越多適合水利行業(yè)的模塊會(huì)得到完善，從而大幅提供設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

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