摘 要：本文基于渠道施工詳圖三維設(shè)計(jì)過(guò)程中CATIA軟件的應(yīng)用，通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)和模式設(shè)計(jì)，方便快捷的建立渠道施工的三維立體動(dòng)態(tài)模型，直觀快捷的生成渠道施工過(guò)程中的各部位節(jié)點(diǎn)詳圖這整個(gè)過(guò)程的研究，探討CATIA軟件在渠道施工詳圖三維設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)用上的特點(diǎn)和方式，以及指出較傳統(tǒng)工藝做法的方便性和快捷性之處。

關(guān)鍵詞：CATIA軟件；渠道施工詳圖；三維設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，渠道施工過(guò)程中三維模型可視化參考應(yīng)用成為了可能，越來(lái)越多的場(chǎng)合開(kāi)始利用CATIA軟件建立三維可視化場(chǎng)景，直觀便捷的給設(shè)計(jì)和施工人員提供了實(shí)時(shí)觀察模型，同時(shí)也可以自動(dòng)生成渠道施工詳圖，大大的提高了設(shè)計(jì)和施工人員的工作效率，也保證了設(shè)計(jì)和施工的質(zhì)量。

1 CATIA軟件概述

CATIA是一種基于CAD/CAE/CAM以及PDM的軟件應(yīng)用，采用先進(jìn)的混合建模技術(shù)，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行混合建模，通過(guò)設(shè)置參數(shù)和變量，方便快捷的得到無(wú)論是曲面還是實(shí)體的動(dòng)態(tài)模型。CATIA中各個(gè)模塊都是基于同一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，使得每個(gè)模塊都有著真正的全相關(guān)性。而在設(shè)計(jì)需要修改時(shí)，直接修改設(shè)計(jì)參數(shù)便可方便快速的修改三維立體設(shè)計(jì)模型。三維立體設(shè)計(jì)模型可以全部體現(xiàn)在二維，自動(dòng)生產(chǎn)二維數(shù)據(jù)，大大的減少了二維平面設(shè)計(jì)過(guò)程中的局限的難度，提高了工作人員的設(shè)計(jì)效率。CATIA具有相當(dāng)強(qiáng)大的地形處理能力，這在渠道施工設(shè)計(jì)前期，減少了很大的工程量。其仿真技術(shù)以廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)，如航天、汽車(chē)、渠道隧道、化工生產(chǎn)等。

2 CATIA在渠道三維實(shí)體模型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

（1）模板的建立。在渠道施工詳圖三維設(shè)計(jì)中，CATIA軟件參數(shù)化設(shè)計(jì)通過(guò)提取結(jié)構(gòu)一些主要的形態(tài)，位置，大小等參數(shù)為自定義變量，通過(guò)計(jì)算檢查等將模型關(guān)聯(lián)，從而快速的建立一系列形態(tài)相似的三維實(shí)體模型。模板的建立可以快速的建立也各完整的三維實(shí)體模型，從而進(jìn)行平面，縱橫斷面，節(jié)點(diǎn)詳圖的生成的提取。所以模板在三維實(shí)體設(shè)計(jì)過(guò)程中起著關(guān)鍵性作用，但是模板的建立必須符合現(xiàn)行的法律規(guī)范要求，根據(jù)規(guī)范嚴(yán)格控制模板的制作，保證整個(gè)三維可視化立體模型符合國(guó)家規(guī)定要求。渠道常見(jiàn)的有圓形，拱形等，以渠道洞口形態(tài)為主要參數(shù)變量，通過(guò)工程規(guī)范對(duì)該變量加以限定。在此過(guò)程中，CATIA操作簡(jiǎn)單，方便快捷。

（2）渠道設(shè)計(jì)分階段與模型管理。CATIA數(shù)據(jù)處理能力和容量有限，為了更加方便的進(jìn)行渠道施工設(shè)計(jì)，我們需要對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行分階段設(shè)計(jì)。此過(guò)程中最需要考慮的因素就是 地形，地形變化大則分段較密，相反則較稀疏，但是差距不能太大。CATIA中一般以15千米左右為一個(gè)分段長(zhǎng)度。利用CATIA的模板進(jìn)行三維設(shè)計(jì)成果的總體控制。首先建立渠道分段設(shè)計(jì)模型管理的根目錄，根目錄聯(lián)系各分段的三維設(shè)計(jì)模型，這樣就可以快速的任意查看和調(diào)用相應(yīng)渠道分段的三維模型效果。

（3）布置渠道中軸線，建立三維設(shè)計(jì)模型統(tǒng)計(jì)工程工作量。對(duì)渠道的x，y，z坐標(biāo)分別進(jìn)行中軸線布點(diǎn)，或則是通過(guò)excel表格加載渠道中軸線各點(diǎn)的坐標(biāo)，連接中軸線各點(diǎn)，自動(dòng)生成切點(diǎn)坐標(biāo)，圓心位置坐標(biāo)，這樣就形成渠道中軸線的空間三維布置。

一般一段渠道的設(shè)計(jì)，地形數(shù)據(jù)的范圍為渠道兩旁各延伸1千米左右，長(zhǎng)度在15千米以內(nèi)。在CATIA中，三維地形可以采用不規(guī)則的三角網(wǎng)進(jìn)行表示，或這采用曲面方式表示。以dwg格式形式輸入地形的三維等高線（還可以點(diǎn)云方式，也可以是基于ARCGIS TIN 文件格式的地形數(shù)據(jù)），導(dǎo)入CATIA之中，生成以TIN表示的地形三維模型。地形三維模型轉(zhuǎn)換為地形曲面模型，再有地形曲面模型與同體積大小的長(zhǎng)方體三維實(shí)體模型相交，從而得到地形實(shí)體模型。

在這個(gè)過(guò)程中，將三維地形的開(kāi)挖體，填方體，積水排水溝，砌層墊層換土層，洪溝等形式相應(yīng)的幾何形體。利用CATIA體積計(jì)算方便快捷的統(tǒng)計(jì)出整個(gè)三維設(shè)計(jì)模型的工程量，挖方量以填方量。

3 生成工程圖

（1）平面圖。將CATIA切換到“工程制圖”操作平臺(tái)，通過(guò)三維設(shè)計(jì)模型能夠快速的生成平面布置圖和各節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖。通過(guò)CATIA的SHAPESCULPTOR平臺(tái)，選擇地表面，輸入主次等高線相關(guān)參數(shù)，即可形成以地形三維地形模型為基礎(chǔ)的形xy平面地形等高線。進(jìn)入“工程制圖”界面，切換到正視圖，即可得到渠道設(shè)計(jì)的平面圖。

（2）渠道斷面的描述生成。在CATIA中，采用統(tǒng)一的方式來(lái)描述各種類型的渠道斷面，其中包括全部挖方渠道斷面、全部填方渠道斷面、半挖半填渠道斷面。由于存在諸多形式存在，在統(tǒng)一渠道斷面的表示方式中，挖方和填方公用一級(jí)馬道以下的部分，一級(jí)馬道以上部分向上伸展為挖方渠道斷面；一級(jí)馬道以上部分向下伸展則為填方渠道斷面。其中表示渠道斷面的基本參數(shù)包括：“樁號(hào)、渠道底部寬度、各級(jí)馬道坡度，坡比以及馬道寬、填方提頂?shù)缆穼?、填方各?jí)護(hù)坡的高度、破寬等”。

在CATIA中，將整個(gè)渠段的渠道基本斷面，在CATIA中采用“多截面曲面”命令進(jìn)行連接，生成渠段的整體基本參數(shù)參數(shù)化設(shè)計(jì)曲面模型。根據(jù)曲面模型與地形三維實(shí)體模型的相交關(guān)系，可以確定該渠段是全挖方渠段還是全填方渠段，亦或半挖半填渠段。然后選擇將渠段的整體基本三維參數(shù)化設(shè)計(jì)曲面作為切割面對(duì)地形三維實(shí)體模型進(jìn)行切割。

（3）渠道設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)詳圖。在CATIA制作的三維設(shè)計(jì)模型中，對(duì)渠道三維設(shè)計(jì)模型的任一節(jié)點(diǎn)位置的進(jìn)行剖切，形成剖切面。進(jìn)入“工程制圖”界面，選擇xy軸方向，及可生產(chǎn)渠道斷面的節(jié)點(diǎn)施工詳圖。此過(guò)程可根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)剖切位置和方向，得到渠道各個(gè)位置的施工詳圖進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工。

（4）生成工程圖過(guò)程中的智能控制。在CATIA軟件平臺(tái)，可以通過(guò)三維設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)模型自動(dòng)生成平面圖，縱橫斷面圖，施工詳圖等，并且圖形比較統(tǒng)一，這就是CATIA對(duì)工程圖的智能化控制。然而尺寸標(biāo)注不能進(jìn)行智能布置，往往有重復(fù)覆蓋的現(xiàn)象，這就需要我們?cè)凇肮こ讨茍D”界面進(jìn)行重新標(biāo)注。在二維平面圖上，再進(jìn)行圖框圖簽，比例指北針的布置就完成了渠道施工詳圖的繪制設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的二維工程設(shè)計(jì)存在效率低下，容易出錯(cuò)，且不易修改等問(wèn)題，而基于CATIA 平臺(tái)的三維模型動(dòng)態(tài)可視化以及智能化生產(chǎn)工程圖紙的工程設(shè)計(jì)克服了這些問(wèn)題，給設(shè)計(jì)施工人員帶來(lái)了相當(dāng)大的便利。CATIA在渠道三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用成為渠道設(shè)計(jì)的發(fā)展發(fā)向，目前正逐步應(yīng)用到渠道設(shè)計(jì)的各個(gè)步驟之中，這將是渠道設(shè)計(jì)改革性的一幕，這也使得設(shè)計(jì)水平突飛猛進(jìn)。

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作者簡(jiǎn)介：潘煒元（1985—），男，河南鄭州人，本科，助理工程師，研究方向：三維可視化仿真，三維設(shè)計(jì)。