CN110276161B - 基于catia软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法，1，利用CATIA软件规则，通过体积判断法，实现隧洞衬砌管片模型的分块；2，利用边线偏移法构建隧洞衬砌管片上的沟槽与孔洞，保证环向与径向面衔接部位细部结构的模型精度，完成隧洞衬砌管片模型的创建；3，实现隧洞衬砌管片模型的参数化，将参数化的隧道衬砌管片模型模板化，实现一块隧洞衬砌管片模型模板衍生出整环管片模型。本发明利用CATIA软件规则，通过体积判断法实现隧洞衬砌管片模型的正确分块，达到解决模型分割面法线双向性问题，有效避免了模型分割错误，从而保证了隧洞衬砌管片模型模板实用性。

Description

基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法
技术领域
本发明涉及隧洞衬砌管片模型模板的创建方法，尤其是涉及基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法。
背景技术
隧洞衬砌管片结构设计是盾构施工衬砌的一项关键工作，特别是隧洞衬砌管片的分块、止水槽、燕尾槽、灌浆孔、安装孔，以及这些细部结构在环向缝与径向缝部位的交接，直接关系到工程的安全、进度、造价和使用，因此对隧洞衬砌管片设计效率和精度有着较高的要求。三维设计由于直观性、高精度的特点已被作为隧洞衬砌管片结构设计的常规方法，但仍存在如下问题：
1、一方面，隧洞洞线转弯半径、洞径、受力特点每个工程各不相同，隧洞衬砌管片上的止水槽、燕尾槽、灌浆孔、安装孔等细部构造众多，使得构建的隧洞衬砌管片模型很难应用到其它工程。另一方面，受分割面法线双向性的制约，在隧洞衬砌管片模型模板设计时，因分块角度或位置变化经常导致分割面法线变化而产出模型分割错误，使得隧洞衬砌管片模型模板的参数化程度较差、通用性不强，导致目前隧洞衬砌管片设计周期较长、效率较低的现状。
2、目前用于隧洞衬砌管片设计的三维软件比较多，以达索公司的CATIA、欧特克公司的Revit和Bentley软件最为常见。但无论上述哪种设计软件，受软件本身功能特点以及设计人员的三维设计水平和对隧洞衬砌管片结构的认识等因素影响，构建的三维模型特别是在环向与径向面衔接部位的细节处理上往往存在瑕疵，这些瑕疵虽不影响工程使用，但却对隧洞衬砌管片的美观有一定的影响。
3、隧洞衬砌管片的三维模型更新中，对于长度、内径、厚度、楔形量、分块角度等体型基本参数的修改比较容易；但是管片细部结构随设计条件的不同也有许多种类：如灌浆孔有直线布置和倾斜布置；止水槽有内侧布置、外侧布置和双向布置；环向连接有螺栓连接和销连接等。各种细部结构情况相互组合，形成各种各样的管片类型，这就给隧洞衬砌管片模型的参数化与模板化带来巨大困难，成为制约隧洞衬砌管片模型模板快速实例化的重要因素。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法，包括下述步骤：
步骤1，利用所述CATIA软件规则，通过体积判断法，实现隧洞衬砌管片模型的分块；
步骤2，利用边线偏移法构建所述隧洞衬砌管片上的沟槽与孔洞，保证环向与径向面衔接部位细部结构的模型精度，完成隧洞衬砌管片模型的创建；所述沟槽包括燕尾槽、止水槽；所述孔洞包括灌浆孔、安装孔、识别孔、螺栓孔；
步骤3，实现所述隧洞衬砌管片模型的参数化，即：a、利用CATIA软件规则中的参数指向性原则，添加字符串类型的驱动参数，通过所述驱动参数赋值的变化实现隧洞衬砌管片模型对单块管片及其颜色的控制，以及细部结构模型样式的切换；b，从隧洞衬砌管片模型中提取几何控制参数，实现隧洞几何体型的参数化控制；将参数化的隧道衬砌管片模型模板化，实现一块所述隧洞衬砌管片模型模板衍生出整环管片模型；所述几何控制参数包括管片的长度、内径、厚度、楔形量、分块角度以及沟槽与孔洞的控制尺寸。
步骤1中，所述体积判断法是指：所述CATIA软件中有“与原文保持一致”、“与原文档相关联的结果”和“按结果”三种粘贴方式；以所述“按结果”的粘贴方式任意复制出一个三维实体作为目标实体，编辑规则，对曲面分割后得到的两个实体通过Volume函数判断其体积的大小，如果是隧洞衬砌管片分块，则让所述目标实体等于体积小的分割实体；如果是隧洞衬砌管片细部结构的设计，则让目标实体等于体积大的分割实体；所述隧洞衬砌管片细部结构包括止水槽、燕尾槽、灌浆孔、螺栓孔、安装孔。
步骤2中，所述利用边线偏移法构建隧洞衬砌管片上的沟槽与孔洞步骤为：在所述止水槽和燕尾槽建模时，通过偏移和相交命令同时求得所述止水槽和燕尾槽的径向与环向联通的棱线，通过所述棱线拟合止水槽和燕尾槽。
本发明利用CATIA软件规则，通过体积判断法实现隧洞衬砌管片模型的正确分块，达到解决模型分割面法线双向性问题，有效的避免了隧洞衬砌管片模型模板实例化过程中，因管片分块角度以及位置变化导致分割面法线变化而产出的模型分割错误，从而保证了隧洞衬砌管片模型模板实用性。同时，对隧洞衬砌管片模型的高度参数化，将参数化的隧道衬砌管片模型模板化，实现一块隧洞衬砌管片模型模板就能衍生出整环管片模型甚至多种管片类型，进而保证了隧洞衬砌管片模型构建的效率和速度。
附图说明
图1.1、1.2是本发明所述隧洞衬砌管片模型分块分割面法线双向性示意图。
图2.1是现有常规方法构建止水槽在环向与径向衔接处产生错台的示意图。
图2.1.1是图2.1的A部放大示意图。
图2.2是本发明通过联通棱线构建止水槽在环向与径向衔接的示意图。
图2.2.1是图2.2的B部放大示意图。
图3.1、图3.2是本发明所述特征驱动型参数的更新示意图。
具体实施方式
本发明所述基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法，根据隧洞衬砌管片是一种环形块状拼装结构，由于细部结构较多、较复杂，一般进行三维设计时采用先分块再在分块上添加或分割减除细部结构的设计模式。由于分割面法线双向性的存在，在隧洞衬砌管片设计分块时，通过分块面将环状结构分割成两部分，一部分是隧洞管片结构的基本体形，另一部分是环状结构剪除隧洞管片基本体形后的剩余部分。目前无论CATIA、Revit以及Bently软件都没有按照设计意图直接判断分割法线方向的功能；但CATIA软件中支持规则编辑，因此可通过分割剪除的体积来判断分割剪除的正确性，具体步骤如下：
步骤1，利用所述CATIA软件规则，通过体积判断法，实现隧洞衬砌管片模型的分块。
CATIA软件中有“与原文保持一致”、“与原文档相关联的结果”和“按结果”三种粘贴方式；以“按结果”的粘贴方式任意复制出一个三维实体作为目标实体；对曲面分割后得到的两个实体通过Volume函数判断其体积的大小，如果是隧洞衬砌管片分块，则让目标实体等于体积小的分割实体；如果是隧洞衬砌管片细部结构（包括止水槽、燕尾槽、灌浆孔、螺栓孔、安装孔）的设计，则让目标实体等于体积大的分割实体；这种方法可以有效的控制实体分割的保留部分，保证了隧洞衬砌管片模型构建的正确性。
现结合图1.1、1.2作详细说明。分割面1有两个法线方向，即第一法线方向1.1和第二法线方向1.2；在隧洞衬砌管片设计分块时，通过分割面将环状结构分割成两部分，一个是第一实体3，一个是第二实体4。
当分割面1角度或者位置变化时，第一实体3可能变成第二实体4；第二实体4可能变成第一实体3。考虑到隧洞管片衬砌是环状拼接结构，每环由若干（4~11个）管片组成，按照设计要求，无论分割面1角度或位置如何变化，目标实体总是体积较小的部分，因此添加如下规则：如果第一实体3的体积≥大于等于第二实体4的体积，则目标实体等于第二实体4；如果第二实体3的体积≥大于等于第一实体3的体积，则目标实体等于第一实体3。
步骤2，利用边线偏移法构建隧洞衬砌管片上的沟槽与孔洞，保证环向与径向面衔接部位细部结构的模型精度，完成隧洞衬砌管片模型的创建；沟槽包括燕尾槽、止水槽；所述孔洞包括灌浆孔、安装孔、识别孔、螺栓孔。
如图2.1、2.1.1所示，隧洞衬砌管片5的止水槽和燕尾槽虽然是等截面的，但是通过等截面扫略常规方法分别构建环向与径向模型时候，由于环向与径向引线曲率差异较大，特别是止水槽6往往在环向与径向衔接部位不能完全对齐，有0.01mm左右的错台7误差；这个误差虽不影响工程质量，但却影响美观。为克服这个误差，如图2.2、2.2.1所示，在止水槽细部建模时，通过偏移和相交命令同时求得止水槽6的径向与环向联通的棱线，通过棱线拟合止水槽、燕尾槽，完美地克服了环向与径向衔接处8的误差问题，提升了隧洞衬砌管片的精度和质量。
步骤3，实现所述隧洞衬砌管片模型的参数化，即：a、利用CATIA软件规则中的参数指向性原则，添加字符串类型的驱动参数，通过所述驱动参数赋值的变化实现隧洞衬砌管片模型对单块管片及其颜色的控制，以及细部结构模型样式的切换；b，从隧洞衬砌管片模型中提取几何控制参数，实现隧洞几何体型的参数化控制；将参数化的隧道衬砌管片模型模板化，实现一块所述隧洞衬砌管片模型模板衍生出整环管片模型；所述几何控制参数包括管片的长度、内径、厚度、楔形量、分块角度以及沟槽与孔洞的控制尺寸。
隧洞衬砌管片的设计参数比较多，但在三维设计角度上可分为两类，一类如：长度、内径、厚度、楔形量、分块角度等可通过修改数值直接驱动模型的数值型驱动参数；另一类如：灌浆孔是直线布置还是倾斜布置；止水槽是内侧布置还是外侧布置；环向连接是螺栓连接还是销连接等需要通过特征变换来驱动模型的特征驱动型参数。
特征驱动型参数的构建，利用CATIA软件规则中的参数指向性，通过字符串类型参数赋值变化实现隧洞衬砌管片模型对单块管片及其颜色等特征驱动型参数的控制，以及细部结构模型样式的快速切换，并将参数化的隧道衬砌管片模型模板化，使一块隧洞衬砌管片模型模板就能衍生出整环管片模型，进而保证了隧洞衬砌管片模型构建的效率和速度。
如图3.1、3.2所示，通过字符串参数值的变化，实现隧洞衬砌管片5上的灌浆孔形式得以改变。在CATIA软件中先分别做出直灌浆孔9、斜灌浆孔10两个分割面，并以“按结果”的粘贴方式任意复制出一个曲面作为“灌浆孔的最终分割面”。运用规则通过字符串赋值的变化建立灌浆孔最终分割面与直灌浆孔9分割面和斜灌浆孔10分割面的对应关系，通过特征驱动型参数的变化实现隧洞衬砌管片模型的更新。规则如下：当字符串类型参数“灌浆孔类型”的值为“斜”时，曲面“灌浆孔的最终分割面”等于曲面“斜灌浆孔分割面”；当字符串类型参数“灌浆孔类型”的值为“直”时，曲面“灌浆孔的最终分割面”等于曲面“直灌浆孔分割面”。

Claims (3)

1.一种基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤1，利用所述CATIA软件规则，通过体积判断法，实现隧洞衬砌管片模型的分块；
步骤2，利用边线偏移法构建所述隧洞衬砌管片上的沟槽与孔洞，保证环向与径向面衔接部位细部结构的模型精度，完成隧洞衬砌管片模型的创建；所述沟槽包括燕尾槽、止水槽；所述孔洞包括灌浆孔、安装孔、识别孔、螺栓孔；
步骤3，实现所述隧洞衬砌管片模型的参数化，即：a、利用CATIA软件规则中的参数指向性原则，添加字符串类型的驱动参数，通过所述驱动参数赋值的变化实现隧洞衬砌管片模型对单块管片及其颜色的控制，以及细部结构模型样式的切换；b，从隧洞衬砌管片模型中提取几何控制参数，实现隧洞几何体型的参数化控制；将参数化的隧道衬砌管片模型模板化，实现一块所述隧洞衬砌管片模型模板衍生出整环管片模型；所述几何控制参数包括管片的长度、内径、厚度、楔形量、分块角度以及沟槽与孔洞的控制尺寸。
2.根据权利要求1所述基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法，其特征在于：步骤1中，所述体积判断法是指：所述CATIA软件中有“与原文保持一致”、“与原文档相关联的结果”和“按结果”三种粘贴方式；以所述“按结果”的粘贴方式任意复制出一个三维实体作为目标实体，编辑规则，对曲面分割后得到的两个实体通过Volume函数判断其体积的大小，如果是隧洞衬砌管片分块，则让所述目标实体等于体积小的分割实体；如果是隧洞衬砌管片细部结构的设计，则让目标实体等于体积大的分割实体；所述隧洞衬砌管片细部结构包括止水槽、燕尾槽、灌浆孔、螺栓孔、安装孔。
3.根据权利要求1所述基于CATIA软件规则创建隧洞衬砌管片模型模板的方法，其特征在于：步骤2中，所述利用边线偏移法构建隧洞衬砌管片上的沟槽与孔洞步骤为：在所述止水槽和燕尾槽建模时，通过偏移和相交命令同时求得所述止水槽和燕尾槽的径向与环向联通的棱线，通过所述棱线拟合止水槽和燕尾槽。
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