尹偉波，孫 凱，魏魯雙

(1.華北水利水電學院，河南鄭州450045;2.中國科學院大學，北京100049)

水工鋼閘門結構形式復雜，出圖量大，制約了鋼閘門優(yōu)化設計水平和與相關專業(yè)的協(xié)調設計.目前鋼閘門三維設計多半是利用軟件已有功能來構筑物理模型，然后利用手工進行工程圖制作.尤其是鋼閘門設計過程中的材料清單生成等工作完全依賴人工進行，費時、費力［1］.三維建模依賴于具體項目的單體，在圖形的架構、分類及劃分層次中沒有進行科學的管理，圖形的可移植性和重復利用率低［2］.因此，在鋼閘門設計中提供屬于不同層次、不同級別的模板是快速化建模的關鍵，也是提高設計水平和效率的有效途徑.

筆者對平板鋼閘門的主要結構進行了歸類，使用基本構件的形狀信息、屬性參數(shù)和約束參數(shù)構筑了構件的信息模型［3］，以網軸線作為驅動骨架，并建立了構件各級別、各層次的數(shù)字圖形模板庫.

1 構件分類

構件的分類是三維建模中的關鍵一環(huán)，直接影響著建模的速度和效率以及用戶的操作體驗.分類過于具體(如所有結構都以板材處理)，則導致建模繁瑣，不利于提升建模的速度和質量.分類過于粗略(如將門葉作為一個整體)，則會使模型失去靈活性和適應性.因此，筆者認為比較合適的分類依據(jù)為:①各構件能夠作為文獻［4］中獨立的計算單元，以便和計算部分銜接;②各構件中使用的板材規(guī)格一般不超過3種;③各構件的分類考慮層次和級別，以便和出圖部分銜接.根據(jù)上述基本原則，確定閘門構件的分類如圖1所示.

在圖1構件分類的基礎之上，總結平板鋼閘門常用的結構型式，主要包括以下3種.

1)零件和標準件［3，5］.零件的特征是能由起始位置、結束位置和截面決定;標準件的特征是符合各種規(guī)范.

2)組合件.由零件、標準件和軸線組合而成，零件和標準件附著于軸線之上，隨著軸線的變化而相應變化，零件和標準件能夠自由拆卸.

3)項目工程.由組合件、零件和軸線組合而成，組合件和零件附著于軸線之上，隨著軸線的變化而相應變化，零件和組合件能夠自由拆卸.

對平板鋼閘門設計所使用的構件進行分類［6］:①零件級別包括20多個大類、150多個子類和400多個實例模型;②組合件級別包括120多個類;③項目級別包括25套模板.

2 數(shù)字圖形模板庫的建立

使用面向對象的編程語言VB.Net對各模板按圖形數(shù)據(jù)方法進行匯編，即可得到平板鋼閘門的數(shù)據(jù)圖形模板庫.

2.1 零件和標準件模板庫

零件在使用時，首先需要選擇截面類型和樣式，然后選擇生成路徑(以起始點和結束點代替)，即可生成(拉伸、放樣、掃略)構件.鋼閘門構件大部分屬于這類構件，比如主梁、次梁、邊梁等各種梁系.標準件是符合規(guī)范的各種標準件，諸如螺栓、螺母等.零件的數(shù)字圖形模板庫如圖2所示.

圖2 零件圖形模板庫

2.2 組合件模板庫

組合件一般由定位位置和參數(shù)組成［7－8］.模板中首先需要使用約束(對齊、匹配、角度、插入)設定三維模型和參數(shù)，并確定整體插入位置.使用時選擇插入點并確定參數(shù)即可生成構件.鋼閘門構件中的封水結構和門槽結構一般屬于該種類型.組合件的數(shù)字圖形模板庫如圖3所示.

圖3 組合件圖形模板庫

2.3 項目模板庫

在組合件和零件的基礎之上組合成項目模型庫.把鋼閘門所包括的門葉結構、門槽結構、水封結構等以整套模板存儲起來，供相似項目進行快速移植.項目圖形模板庫如圖4所示.

圖4 項目圖形模板庫

在上述圖形模板庫基礎上構建的各種項目級模板均可存入該項目級別模板庫中，以實現(xiàn)鋼閘門三維建模的智能累積功能.

3 數(shù)字圖形模板庫的應用

利用Inventor軟件提供的面向對象的API二次開發(fā)接口，筆者所在團隊利用多年來總結的一系列關于三維設計的理論和方法［3，5－8］，提出了基于 Inventor平臺的平板鋼閘門智能設計系統(tǒng)，并把數(shù)字圖形模板庫應用到該系統(tǒng)的快速建模當中.圖5是從組件模板庫中生成的模型.

圖5 單節(jié)門葉模型

4 結語

在對鋼閘門分類分層的基礎上，構建了面向對象的數(shù)據(jù)圖形模板庫，能夠為鋼閘門的快速建模提供大量準確精細的三維模型，實現(xiàn)了鋼閘門建模的智能積累，提高了設計的精度和效率.

［1］吳玉光，朱燈林.平面鋼閘門集成CAD軟件設計［J］.計算機輔助設計與圖形學學報，2001，13(1):44－47.

［2］余迎賓，賈剛.基于CATIA軟件的水工鋼閘門三維設計［J］.水電站設計，2009(1):17 －21.

［3］魏群，張國新，尉軍耀，等.拱壩三維可視化設計軟件的開發(fā)與應用［J］.天津大學學報，2008，41(9):1087－1090.

［4］編者不詳.DL/T 5013—95水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范［S］.北京:電力工業(yè)出版社，1995.

［5］尹偉波，魏群，姬廣坤.基于 BRep的自動裝配技術在Inventor上的實現(xiàn)［J］.華北水利水電學院學報，2010，31(6):23－26.

［6］華北水利水電學院鋼結構與工程研究院.智能鋼閘門設計系統(tǒng)研發(fā)報告［R］.鄭州:華北水利水電學院鋼結構與工程研究院，2012.

［7］魏群，姬廣坤，尹偉波.基于深層分析的方法的Inventor二次開發(fā)［J］.華北水利水電學院學報，2010，31(5):1－5.

［8］魏群，張國新.巖土工程圖形計算力學的概念方法及應用［J］.巖土工程學報，2008，27(10):2043 －2050.