CN110990923A - 水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法、系统及介质，本发明水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法包括以下步骤：进行原始地形处理生成地形曲面，导出开挖后的地形数据；将开挖后的地形数据导入基于BIM软件建立的拱坝模型，通过所述BIM软件建立的拱坝模型结合开挖后的地形数据导出所需的拱坝模型数据。本发明可将大批量重复性与机械化工作交付给软件自动计算，能基于开挖后的地形数据快速准确地建立双曲拱坝模型，提高设计质量和效率，而且精度高，可实时动态修改，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对水利工程施工有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程领域，具体涉及一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法、系统及介质。
背景技术
双曲拱坝是一种在水平断面上和竖直断面上同时向上游弯曲的连续光滑的三维实体，由于这种特殊坝体结构所独具的力学性能，使得拱坝具有优越的经济性和安全性，成为当今大坝设计中三大优选坝型之一。但是一个双曲拱坝工程的完成往往在设计阶段花费大量的人工、时间进行坝体的绘制、调整，以及施工阶段的工程放样和工程量计算。用传统的三维建模软件建立双曲拱坝模型耗时长，需要大量的人力物力，而且模型精度不高，不能实时动态修改。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法、系统及介质，本发明可将大批量重复性与机械化工作交付给软件自动计算，能基于开挖后的地形数据快速准确地建立双曲拱坝模型，提高设计质量和效率，而且精度高，可实时动态修改，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对水利工程施工有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法，包括以下步骤：
步骤1，进行原始地形处理生成地形曲面，导出开挖后的地形数据；
步骤2，将开挖后的地形数据导入基于BIM软件建立的拱坝模型，通过所述BIM软件建立的拱坝模型结合开挖后的地形数据导出所需的拱坝模型数据。
可选地，所述步骤2之前还包括建立基于BIM软件建立的拱坝模型的步骤，包括：
S1，根据拱坝的拱冠梁中心线插值方程，按照高程方向的第一指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱冠梁的中心线；
S2，根据拱坝拱圈中心线参数方程，按照每第二指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱坝坝轴线；
S3，根据拱坝厚度插值方程，按照每第三指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱坝上下游曲线；
S4，利用Solid.ByLoft节点，将拱坝外形曲线生成拱坝实体。
可选地，所述N次拟合的样条曲线具体是指3次拟合的样条曲线。
可选地，步骤1的详细步骤包括：根据二维图纸中等高线或者高程点利用BIM软件生成实际地形，再根据放坡工具生成开挖区域，计算开挖工程量并导出开挖后的地形数据。
可选地，步骤2的详细步骤包括：
步骤2.1，利用BIM函数块将开挖后的地形数据导入BIM软件，根据Point.ByCoordinates节点生成地形点，最后根据Topography.ByPoints生成地形曲面；
步骤2.2，根据Geometry.Split节点用地形曲面切割拱坝模型并去掉多余部分；
步骤2.3，利用导出函数块导出所需的拱坝模型数据。
可选地，所述所需的拱坝模型数据包括坝段、坝块、升仓高度、仓面高程、仓面面积、混凝土工程量、测量放样控制点坐标中的至少一种。
此外，本发明还提供一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，包括：
数据导入程序单元，用于进行原始地形处理生成地形曲面，导出开挖后的地形数据；
模型调用程序单元，用于将开挖后的地形数据导入基于BIM软件建立的拱坝模型，通过所述BIM软件建立的拱坝模型结合开挖后的地形数据导出所需的拱坝模型数据。
此外，本发明还提供一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行所述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的步骤。
此外，本发明还提供一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行所述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的计算机程序。
此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行所述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的计算机程序。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明方法的步骤包括进行原始地形处理生成地形曲面，导出开挖后的地形数据；将开挖后的地形数据导入基于BIM软件建立的拱坝模型，通过BIM软件建立的拱坝模型结合开挖后的地形数据导出所需的拱坝模型数据。本发明可将大批量重复性与机械化工作交付给软件自动计算，能基于开挖后的地形数据快速准确地建立双曲拱坝模型，提高设计质量和效率，而且精度高，可实时动态修改，实现了从手工绘图向程序自动设计的重大飞跃，对水利工程施工有着极大的现实意义，具有速度快、精度高、可实时动态修改等优点。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例中生成地形曲面的结果示意图。
图3是本发明实施例中编制的函数块①示意图。
图4是本发明实施例中得到的拱冠梁的中心线。
图5是本发明实施例中编制的函数块②示意图。
图6是本发明实施例中得到的拱坝坝轴线。
图7是本发明实施例中编制的函数块③示意图。
图8是本发明实施例中得到的拱坝上下游曲线。
图9是本发明实施例中编制的函数块④示意图。
图10是本发明实施例中得到的生成拱坝实体。
图11是本发明实施例中编制的函数块⑤示意图。
图12是本发明实施例中编制的函数块⑥示意图。
图13是本发明实施例中得到的导入开挖后地形数据拱坝模型与地形数据的结合结果。
具体实施方式
如图1所示，本实施例水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法包括以下步骤：
步骤1，进行原始地形处理生成地形曲面，参见图2，导出开挖后的地形数据；
步骤2，将开挖后的地形数据导入基于BIM软件建立的拱坝模型，通过所述BIM软件建立的拱坝模型结合开挖后的地形数据导出所需的拱坝模型数据。其中，BIM软件为用于水利水电工程设计的现有软件，核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。
本实施例中，所述步骤2之前还包括建立基于BIM软件建立的拱坝模型的步骤，包括：
S1，根据拱坝的拱冠梁中心线插值方程，按照高程方向的第一指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱冠梁的中心线；
本实施例中，步骤S1中利用BIM软件编制的函数块①如图3所示，本实施例中导入开挖后的地形数据最终得到的拱冠梁的中心线如图4所示。参见图3，第一指定长度决定拱冠梁的中心线的精度，本实施例中第一指定长度取值为50cm，其大小可根据计算机配置确定。需要说明的是，拱坝的拱冠梁中心线插值方程为已知方程，例如本实施例中为yu=a0+a1*z+a2*Math.Pow(z,2) +a3*Math.Pow(z,3)，其中yu为样条曲线，a0, a1, a2, a3分别为参数，Math.pow(z,2)的作用就是计算z的2次方，Math.pow(z,3)的作用就是计算z的3次方，z为坐标点的高度。
S2，根据拱坝拱圈中心线参数方程，按照每第二指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱坝坝轴线；本实施例中，步骤S2中利用BIM软件编制的函数块②如图5所示，本实施例中导入开挖后的地形数据最终得到的拱坝坝轴线如图6所示。参见图5，第二指定长度决定拱坝坝轴线的精度，本实施例中第一指定长度取值为10cm，其大小可根据计算机配置确定。拱坝拱圈中心线参数方程为已知方程，在此不再赘述。
S3，根据拱坝厚度插值方程，按照每第三指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱坝上下游曲线；
本实施例中，步骤S3中利用BIM软件编制的函数块③如图7所示，本实施例中导入开挖后的地形数据最终得到的拱坝上下游曲线如图8所示。参见图7，第三指定长度决定拱坝上下游曲线的精度，本实施例中第三指定长度取值为10cm，其大小可根据计算机配置确定。拱坝厚度插值方程为已知方程，在此不再赘述。
S4，利用Solid.ByLoft节点，将拱坝外形曲线生成拱坝实体；本实施例中，步骤S4中利用BIM软件编制函数块④如图9所示，本实施例中导入开挖后的地形数据最终得到的拱坝实体如图10所示。
本实施例中，前述N次拟合的样条曲线具体是指3次拟合的样条曲线，此外也可以根据需要采用其他次数拟合的样条曲线。
本实施例中建立基于BIM软件建立的拱坝模型的步骤和步骤1置于同一基准坐标系中。
本实施例建立基于BIM软件建立的拱坝模型的方法与传统三维拱坝建模方法相比，本发明具有以下优点：（1）本实施例是利用一系列的节点按照一定的逻辑和算法创建模型，因此可以很方便动态的修改模型及其属性。对于类似工程只要修改拱坝左右中心角、半径、拱冠梁参数方程等基础数据，几分钟就能建好模型，节约建模者大量时间成本。（2）本实施例中，每一个模型对应一个节点，每一个节点对应一个程序代码，代码使用计算机语言运行，这样既保证了模型的精度，而且避免复杂模型丢失细部结构。（3）本实施例所建模型就是一个数据库，设计师可以根据程序导出想要的任何数据，有利于工程坐标复核、放样检查以及后期运行维护管理。并且模型文件较小，便于保存。
本实施例中，步骤1的详细步骤包括：根据二维图纸中等高线或者高程点利用BIM软件生成实际地形，再根据放坡工具生成开挖区域，计算开挖工程量并导出开挖后的地形数据。参见图2，原始地形处理时需要使用软件处理地形图中干扰信息，重新新建地形曲面；利用放坡创建工具，对刚刚生成的地形曲面进行开挖放坡，计算开挖工程量，生成开挖后地形曲面；对开挖后地形曲面原点进行调整，使之与拱坝模型原点相对应，然后作为一种可选的实施方式，本实施例中以excel格式导出开挖后地形点数据。
本实施例中，步骤2的详细步骤包括：
步骤2.1，利用BIM函数块将开挖后的地形数据导入BIM软件（本实施例中具体为利用Data.ImportExcel导入开挖后地形数据），根据Point.ByCoordinates节点生成地形点，最后根据Topography.ByPoints生成地形曲面；本实施例中，步骤2.1中利用BIM软件编制函数块⑤如图11所示。
步骤2.2，根据Geometry.Split节点用地形曲面切割拱坝模型并去掉多余部分，利用BIM软件编制的函数块命名为函数块⑦，如图13所示；
步骤2.3，利用导出函数块导出所需的拱坝模型数据。本实施例中，步骤2.3中利用BIM软件编制函数块⑥如图12所示。
本实施例中，所需的拱坝模型数据包括坝段、坝块、升仓高度、仓面高程、仓面面积、混凝土工程量、测量放样控制点坐标中的至少一种。
图13是本实施例导入开挖后地形数据，拱坝模型并与地形数据相结合，通过函数块⑤、函数块⑥、函数块⑦最终得到的结果。
此外，本实施例还提供一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，包括：
数据导入程序单元，用于进行原始地形处理生成地形曲面，导出开挖后的地形数据；
模型调用程序单元，用于将开挖后的地形数据导入基于BIM软件建立的拱坝模型，通过所述BIM软件建立的拱坝模型结合开挖后的地形数据导出所需的拱坝模型数据。
此外，本实施例还提供一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行本实施例前述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的步骤。
此外，本实施例还提供一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行本实施例前述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的计算机程序。
此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行本实施例前述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的计算机程序。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，进行原始地形处理生成地形曲面，导出开挖后的地形数据；
步骤2，将开挖后的地形数据导入基于BIM软件建立的拱坝模型，通过所述BIM软件建立的拱坝模型结合开挖后的地形数据导出所需的拱坝模型数据。
2.根据权利要求1所述的水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法，其特征在于，所述步骤2之前还包括建立基于BIM软件建立的拱坝模型的步骤，包括：
S1，根据拱坝的拱冠梁中心线插值方程，按照高程方向的第一指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱冠梁的中心线；
S2，根据拱坝拱圈中心线参数方程，按照每第二指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱坝坝轴线；
S3，根据拱坝厚度插值方程，按照每第三指定长度计算一个坐标点，然后利用NurbsCurve.ByPoints节点生成N次拟合的样条曲线，从而得到拱坝上下游曲线；
S4，利用Solid.ByLoft节点，将拱坝外形曲线生成拱坝实体。
3.根据权利要求2所述的水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法，其特征在于，所述N次拟合的样条曲线具体是指3次拟合的样条曲线。
4.根据权利要求1或2或3所述的水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法，其特征在于，步骤1的详细步骤包括：根据二维图纸中等高线或者高程点利用BIM软件生成实际地形，再根据放坡工具生成开挖区域，计算开挖工程量并导出开挖后的地形数据。
5.根据权利要求1或2或3所述的水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法，其特征在于，步骤2的详细步骤包括：
步骤2.1，利用BIM函数块将开挖后的地形数据导入BIM软件，根据Point.ByCoordinates节点生成地形点，最后根据Topography.ByPoints生成地形曲面；
步骤2.2，根据Geometry.Split节点用地形曲面切割拱坝模型并去掉多余部分；
步骤2.3，利用导出函数块导出所需的拱坝模型数据。
6.根据权利要求1所述的水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法，其特征在于，所述所需的拱坝模型数据包括坝段、坝块、升仓高度、仓面高程、仓面面积、混凝土工程量、测量放样控制点坐标中的至少一种。
7.一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，其特征在于包括：
数据导入程序单元，用于进行原始地形处理生成地形曲面，导出开挖后的地形数据；
模型调用程序单元，用于将开挖后的地形数据导入基于BIM软件建立的拱坝模型，通过所述BIM软件建立的拱坝模型结合开挖后的地形数据导出所需的拱坝模型数据。
8.一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，包括计算机设备，其特征在于，该计算机设备被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的步骤。
9.一种水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算系统，包括计算机设备，其特征在于，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的计算机程序。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行权利要求1～6中任意一项所述水利水电工程双曲拱坝的快速工程计算方法的计算机程序。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200410 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |