利用CATIA三维软件建立面板坝趾板参数化模型的方法与流程

本发明涉及一种利用catia三维软件建立面板坝趾板参数化模型的方法，属于水利水电工程技术领域。

背景技术：

目前面板堆石坝以其较好的适应性和经济性在水利水电工程中得到了广泛的应用。趾板作为面板坝最主要防渗结构之一，它是面板坝设计和施工的主要基准结构，设计质量的优劣和设计效率的高低直接关系着整个面板坝的质量、安全和经济性。

目前关于趾板的三维建模方法在水电工程领域尚无精确建模方法，一般都是分段建模，趾板在发生转折或断面发生变化处为断开状态，趾板沿整个周边缝不能封闭。第二，目前的趾板建模方法具有一次性，当趾板断面或趾板走向布置发生变化时，其三维模型需重新修改，重新创建，模型的重复利用率较低。第三，目前关于趾板的三维建模思路与方法尚停留在二维设计的阶段；通常在二维趾板布置确定后，根据趾板的二维设计来创建三维模型，不能直接进行趾板的三维设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种利用catia三维软件建立面板坝趾板参数化模型的方法，将面板坝趾板设计从半三维设计提升至纯三维设计的高度；以解决目前三维趾板创建方法中趾板不连续的问题；提高模型的重复利用率和趾板三维设计的效率，从而克服现有技术的不足。

本发明的技术方案：

本发明的一种利用catia三维软件建立面板坝趾板参数化模型的方法，该方法按以下步骤建立面板坝趾板参数化模型：

步骤一：创建面板坝模型骨架；面板坝模型骨架主要包括坝体面板草图、趾板轴线草图支持面、与趾板轴线各控制点约束的趾板轴线控制点高程面和平行于大坝横剖面的趾板横向控制面。

步骤二：创建控制趾板控制点高程、坝横桩号和趾板断面尺寸的参数。

步骤三：在面板坝模型骨架的趾板轴线草图支持面上绘制趾板轴线，趾板轴线根据河床和岸坡的形状由一组首尾相接的直线段构成；相邻两直线段的共同端点为趾板断面控制点，每条直线段的中间某点为趾板走向控制点；

步骤四：将步骤二创建的参数与相应的趾板断面控制点和趾板走向控制点建立关联和约束；

步骤五：趾板的类型（平趾板或斜趾板）创建趾板典型断面草图支持面；

步骤六：基于趾板典型断面草图支持面创建各段趾板草图，并将各段趾板草图与步骤二中的趾板断面尺寸参数关联；

步骤七：根据各段趾板草图创建各段规则趾板实体；

步骤八：根据各段规则趾板实体，创建趾板断面发生变化位置和趾板发生转折位置的过渡异型趾板实体；

步骤九：统计趾板工程量、尺寸信息；

步骤十：基于创建的趾板三维模型进行工程出图。

与现有技术相比，本发明为水利水电工程领域面板坝趾板三维建模创建了一套准确、快速的设计思路，填补了该领域关于面板坝趾板基于catia参数化建模方法的空白。本发明中介绍的基于地质模型中不同的风化面通过调整参数来确定趾板建基面的方法科学、精确，且能在设计的各阶段根据实际情况对趾板布置进行调整，优化趾板嵌深和趾板尺寸，减小趾板开挖量、混凝土量和钢筋量，节省投资。通过设置异型过渡段趾板，解决了不同段趾板的封闭连接这一关键问题，大大提高了趾板建模的精确性，模型能指导实际趾板放样和施工。针对趾板建模进行参数化，通过调整参数达到调整趾板布置和趾板尺寸的目的，避免了后期调整重新建模浪费大量时间，提高了模型的可重复利用率，且模型调整后输出的结构图和工程量能随时自动更新，大大提高了设计效率。

附图说明

图1是面板坝模型骨架的示意图；

图2是趾板轴线及趾板典型断面草图支持面；

图3是生成的最终的趾板三维模型；

附图中标记为：1-大坝坐标系，2-坝轴线，3-顺河向轴线，4-坝顶高程面，5-坝体面板草图，6-趾板轴线草图支持面，7-趾板轴线控制点高程面，8-趾板轴线控制点坝横参考面，9-趾板断面变化控制点，10-趾板走向控制点，11-趾板轴线，12-趾板典型断面草图图支持面，13-趾板典型断面草图支持面辅助面，14-规则趾板实体，15-过渡异型趾板实体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

一种利用catia三维软件建立面板坝趾板参数化模型的方法，该方法按以下步骤建立面板坝趾板参数化模型：

步骤一：创建面板坝模型骨架；面板坝模型骨架如图1所示，主要包括坝体面板草图5、趾板轴线草图支持面6、与趾板轴线11各控制点约束的趾板轴线控制点高程面7和平行于大坝横剖面的趾板横向控制面8。

步骤二：创建控制趾板轴线控制点高程、坝横桩号和趾板断面尺寸的参数。

步骤三：在面板坝模型骨架的趾板轴线草图支持面6上绘制趾板轴线11，趾板轴线11根据河床和岸坡的形状由一组首尾相接的直线段构成；相邻两直线段的共同端点为趾板断面控制点9，每条直线段的中间某点为趾板走向控制点10；

步骤四：将趾板控制点高程、坝横桩号参数与相应的趾板断面控制点9和趾板走向控制点10建立关联和约束；

步骤五：根据趾板的类型创建趾板典型断面草图支持面12；

步骤六：根据趾板典型断面草图支持面12创建各段趾板草图，并将各段趾板草图和趾板断面尺寸的参数关联；

步骤七：根据各段趾板草图创建各段规则趾板实体14；

步骤八：根据各段规则趾板实体14，创建趾板断面发生变化位置和趾板发生转折位置的过渡异型趾板实体15；

步骤九：统计趾板工程量、尺寸信息；

步骤十：基于创建的趾板三维模型进行工程出图。

实施例

本例利用catia三维软件建立面板坝趾板参数化模型的方法，该方法是在catia三维软件环境下实现面板坝趾板参数化建模过程，具体实施过程如下：

步骤一：创建面板坝三维模型骨架。面板坝三维模型骨架如图1所示包括大坝坐标系1，坝轴线2，顺河向轴线3，坝顶高程面4，坝体面板草图5，趾板轴线草图支持面6，趾板轴线控制点高程面7，趾板轴线控制点坝横参考面8，趾板断面变化控制点9，10-趾板走向控制点10，趾板轴线11。具体创建方法是在catia三维软件的零件part坐标系1下以坝顶高程面4为草图支持面创建大坝的坝轴线2和顺河向轴线3，以大坝横剖面为草图支持面创建面板草图5；创建趾板控制点高程面7和平行于大坝横剖面的趾板轴线控制点坝横参考面8；根据之前创建的坝体面板草图5和坝轴线2创建趾板轴线草图支持面6。

步骤二：根据设计要求创建控制趾板轴线控制点高程、坝横桩号和趾板断面尺寸的参数，这里的趾板轴线控制点包括趾板断面变化控制点和趾板走向控制点。

步骤三：在面板坝三维模型骨架的趾板轴线草图支持面初步绘制趾板轴线11。趾板轴线11草图一般包括河床段、左右岸段，其中左右岸段为适应地形以及趾板尺寸变化一般包含2～6条直线段，各直线段之间呈一定角度；每条直线段的中间某点作为趾板走向控制点10；相邻两直线段的共同端点为趾板断面控制点9。

步骤四：将各控制点与之前在面板坝三维模型骨架中创建的趾板控制点高程面7和平行于大坝横剖面的趾板轴线控制点坝横参考面8做“相合”约束。关联趾板轴线控制点的控制面（高程面7和坝横参考面8）与创建的控制控制点高程和坝横桩号参数；根据地质三维模型中的各地层风化面通过调整控制趾板走向、嵌深的高程、坝横参数达到调整趾板轴线布置的目的，使趾板轴线的走向或嵌深至设计要求。

步骤五：根据趾板的类型创建趾板典型断面草图支持面12；对于平趾板是在趾板轴线控制点处分别作控制点左右相邻两段趾板轴线的法平面；对于斜趾板是做平行于大坝横剖面且过趾板轴线控制点的平面；针对平趾板需将创建的法平面13分别向控制点左右两段趾板轴线方向偏移一定距离，该距离视实际趾板走向而定，能使得相邻两端趾板平顺过渡即可，一般为0～5m；得到趾板典型断面草图支持面12。

步骤六：在之前创建的趾板典型断面草图支持面12上绘制各段趾板草图；趾板典型断面草图可提前制作成模板，供调用，亦可直接在趾板典型断面草图支持面12上绘制；趾板典型断面草图绘制后，将趾板断面草图尺寸参数与趾板断面草图对应尺寸关联。

步骤七：利用软件中的“多截面实体”功能，将各段趾板两端的趾板典型断面草图生成规则趾板实体14。

步骤八：生成相邻两端规则趾板实体之间的过渡异型趾板实体15。具体实施过程为：将相邻两段规则趾板实体各段部对应的几何边进行“桥接”后生成过渡异型趾板实体的各面，利用“创成式外形设计”模块中的曲面“缝合”功能将过渡异型趾板实体的各面合并为一个曲面；之前合并生成的曲面利用“零件设计”模块中的“封闭曲面生成实体”功能生成该段过渡异型趾板实体。

步骤九：创建工程量参数，利用测量函数与创建的工程量参数关联，工程量参数的显示值即为当前趾板的工程量。

步骤十：利用“工程制图”模块生成趾板平面布置图以及典型断面图。

当后续趾板布置或趾板断面尺寸发生修改时，仅通过调整步骤2中创建的相应参数值，趾板三维模型、趾板工程量以及趾板结构图即可随之更新，避免重新建模浪费大量时间。