CN113656880A - 一种异型电力隧道井三维建模的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型电力隧道井三维建模的方法，包括包括以下步骤：隧道井结构的划分，分为墙体、楼板和构件；墙体的建模；楼板的建模；各构件的建模，本发明适用于电力隧道井三维建模技术领域，与国网建模规范提及的电缆井建模方法相比，更通用，不仅适用常规隧道井，还适用异型隧道井；建模过程方便快捷，不需要输入繁多的结构体尺寸数值；对电缆井的外形描述更准确，可以用直线、曲线、多段线等多种几何体来描述井体；更符合设计人员的工作习惯，建模过程与设计人员平时绘图工程很接近，容易上手，极大提高设计效率。

Description

一种异型电力隧道井三维建模的方法

技术领域

本发明属于电力隧道井的三维建模技术领域，具体是一种异型电力隧道井三维建模的方法。

背景技术

随着城市发展水平和人民生活水平的不断提高以及国家大力推进基础建设，电力电缆的应用率越来越高，应用三维设计受到大力推广，2018年国家电网有限公司发布了企业标准Q/GDW 11810.3—2018输变电工程三维设计建模规范(第3部分：电缆线路)。但是，电缆井建模部分仅包括了常规隧道直线井、转角井、三通井、四通井的建模方法，实际上，电缆隧道的三维设计中还有很多异型隧道井，比如：盘缆井、八角井、过渡井等多种样式的隧道井。

国网建模规范仅涵盖了常规隧道井，而实际设计工作中会遇到各种样式隧道井的建模，不仅包括常规隧道井还包括异型隧道井，因此实际的三维设计中需要一种更为通用的隧道井建模方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种异型电力隧道井三维建模的方法。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种异型电力隧道井三维建模的方法，包括以下步骤：

隧道井结构的划分，分为墙体、楼板和构件；

墙体的建模；

楼板的建模；

各构件的建模。

优选的，所述墙体包括构成隧道井的各面墙，各面墙体组合构成了井的主框架；

所述楼板包括隧道井的顶板、底板和井内用于分割上下空间的隔板；

所述构件为除墙体和楼板以外的其它组成部分，包括：人孔或风孔、集水坑、预留洞。

优选的，所述人孔或风孔是指隧道井顶部用于供人体进入或通风的开孔和部分凸出地面的结构，集水坑是指隧道井底部用于排水的坑洞，预留洞是指墙体上用于进出电缆的圆形或方形的开洞。

优选的，所述墙体的建模，包括以下步骤：

定义坐标空间；

定义内墙轮廓；

基于各墙体内墙轮廓的顶点集合和墙体的厚度计算出所有墙体的外轮廓线；

拉伸得到几何体。

优选的，所述定义坐标空间，包括：通道方向定义为X方向，X方向上井中心位置定义为原点O，水平面内过原点O与X方向垂直的方向定义为Y方向，从O点开始垂直向上的方向定义为Z方向，其中，通道方向为隧道井所连接沟道的方向。

优选的，所述定义内墙轮廓，包括：绘制各墙体内墙轮廓，直至形成闭合图形，依次记录各内墙轮廓的顶点集合。

优选的，所述基于各墙体内墙轮廓的顶点集合和墙体的厚度计算出所有墙体的外轮廓线，包括以下步骤：

第一步：合并各墙体内轮廓点集，然后在各墙体内轮廓点集的最后加入首个顶点,形成闭合图形；

第二步：根据各墙体内轮廓点集和墙体厚度计算出墙体外轮廓的顶点集合。

优选的，所述拉伸得到几何体，包括：墙体内轮廓线和外轮廓线所围成的图形，自原点O向Z轴正方向拉伸井体的内高度生成几何体，完成墙体的建模过程。

优选的，所述楼板的建模，包括：

通过对墙体内轮廓和外轮廓的拉伸完成楼板建模。

优选的，所述各构件的建模，包括：

集水坑、人孔或风孔的建模：均通过基本几何体的布尔运算进行建模；

预留洞的建模：用半径等同于预留洞半径、长度等同于墙体厚度的圆柱体与墙体模型做差的运算，进行预留洞的建模。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提出的一种通用的电力隧道井三维建模方法，适用于电缆线路三维设计过程中遇到的各种样式的电缆隧道井，与国网建模规范提及的电缆井建模方法相比，更通用，不仅适用常规隧道井，还适用异型隧道井；建模过程方便快捷，不需要输入繁多的结构体尺寸数值；对电缆井的外形描述更准确，可以用直线、曲线、多段线等多种几何体来描述井体；更符合设计人员的工作习惯，建模过程与设计人员平时绘图工程很接近，容易上手，极大提高设计效率。

附图说明

图1是本发明一种异型电力隧道井三维建模的方法的流程图；

图2是本发明一种异型电力隧道井三维建模的方法中坐标空间示意图；

图3是本发明一种异型电力隧道井三维建模的方法中内墙轮廓示意图；

图4是本发明一种异型电力隧道井三维建模的方法中墙体外轮廓示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-4，进一步说明本发明一种异型电力隧道井三维建模的方法的具体实施方式。本发明一种异型电力隧道井三维建模的方法不限于以下实施例的描述。

实施例1：

本实施例给出一种异型电力隧道井三维建模的方法的具体实施方式，如图1所示，包括以下步骤：

隧道井结构的划分，分为墙体、楼板和构件；

墙体的建模；

楼板的建模；

各构件的建模。

具体地，墙体包括构成隧道井的各面墙，各面墙体组合构成了井的主框架；

楼板包括隧道井的顶板、底板和井内用于分割上下空间的隔板；

构件为除墙体和楼板以外的其它组成部分，包括：人孔或风孔、集水坑、预留洞。

具体地，人孔或风孔是指隧道井顶部用于供人体进入或通风的开孔和部分凸出地面的结构，集水坑是指隧道井底部用于排水的坑洞，预留洞是指墙体上用于进出电缆的圆形或方形的开洞。

具体地，墙体的建模，包括以下步骤：

定义坐标空间；

定义内墙轮廓；

基于各墙体内墙轮廓的顶点集合和墙体的厚度计算出所有墙体的外轮廓线；

拉伸得到几何体。

具体地，定义坐标空间，包括：通道方向定义为X方向，X方向上井中心位置定义为原点O，水平面内过原点O与X方向垂直的方向定义为Y方向，从O点开始垂直向上的方向定义为Z方向，其中，通道方向为隧道井所连接沟道的方向。

进一步的，定义内墙轮廓，包括：绘制各墙体内墙轮廓，直至形成闭合图形，依次记录各内墙轮廓的顶点集合。

进一步的，基于各墙体内墙轮廓的顶点集合和墙体的厚度计算出所有墙体的外轮廓线，包括以下步骤：

第一步：合并各墙体内轮廓点集，然后在各墙体内轮廓点集的最后加入首个顶点,形成闭合图形；

第二步：根据各墙体内轮廓点集和墙体厚度计算出墙体外轮廓的顶点集合。

进一步的，拉伸得到几何体，包括：墙体内轮廓线和外轮廓线所围成的图形，自原点O向Z轴正方向拉伸井体的内高度生成几何体，完成墙体的建模过程。

进一步的，楼板的建模，包括：

通过对墙体内轮廓和外轮廓的拉伸完成楼板建模。

进一步的，各构件的建模，包括：

集水坑、人孔或风孔的建模：均通过基本几何体的布尔运算进行建模；

预留洞的建模：用半径等同于预留洞半径、长度等同于墙体厚度的圆柱体与墙体模型做差的运算，进行预留洞的建模。

进一步的，进行楼板高度、厚度检查；人孔、风孔位置、尺寸检查；集水坑位置、尺寸检查；预留洞位置、尺寸检查；数据保存，完成建模。

实施例2：

本实施例给出一种异型电力隧道井三维建模的方法的具体实施方式，如图1-4所示，包括以下步骤：

1.隧道井结构的划分：

划分为三大部分：墙体、楼板和构件。

墙体是指构成隧道井的各面墙，可以是直线墙或弧形墙，各面墙体组合起来构成了井的主框架。

楼板包括隧道井的顶板、底板和井内用于分割上下空间的隔板。

构件是指除墙体和楼板以外的其它组成部分，依次包括：人孔或风孔、集水坑、预留洞。人孔或风孔是指隧道井顶部用于供人体进入或通风的开孔和部分凸出地面的结构，集水坑是指隧道井底部用于排水的坑洞，预留洞是指墙体上用于进出电缆的圆形或方形的开洞。

2.墙体的建模：

2.1定义坐标空间：

如图2所示，通道方向定义为X方向，是指隧道井所连接沟道的方向；通道方向的垂直方向定义为Y方向；XY的焦点定义为原点O；从O点开始垂直向上的方向为Z方向。

2.2定义内墙轮廓：

如图3所示，利用直线、弧线和多段线顺时针或逆时针绘制出各墙内轮廓，最后形成闭合图形；然后，依次记录各内墙轮廓的顶点集合W{W₁[d₁,d₂，d₃],W₂[d_i,h₂...h_i]...W_i[h_i...d₁]},W₁，W₂为相邻的2面墙，交点为d₃，W₁墙的最后一个顶点为W₂墙的起点，最后那面墙体W_i的终点为第一面墙体W₁的起点。

2.3根据各墙体内轮廓的顶点集合W和墙体的厚度m计算出所有墙体的外轮廓线P[p₁,p₂,...p_i]；

第一步：首先利用去除W₁之外各墙体首顶点的方法合并各墙体内轮廓的点集，S＝W₁[d₁,d₂,d₃]+W₂[h₂...h_i]...W_i[...d₁]，然后在S点集合的最后加入首个顶点d₁,形成闭合图形，即S[d₁,d₂,d₃,h₂,h₃..h_i...d₁]。

第二步：根据S和墙体厚度m计算出墙体外轮廓的顶点集合P。

以S的前3个顶点d₁,d₂,d₃为例，分别做线段d₁d₂、d₂d₃的平行线L₁，L₂，平行线间的距离均为m,L₁和L₂的交点为p₂，p₂就是顶点d₂对应的外轮廓顶点。

如图4所示，求P₂的坐标：

d₂p₂向量等于平行四边形的两个相邻边v₁和v₂的和。而v₁和v₂向量的方向，就是墙体各小段的方向，可以用顶点差表示；v₁和v₂的长度是相同的，等于墙体厚度m与两个线段夹角的sin值的除法。

重复以上步骤依次求出S中各顶点对应的外顶点，便组成了外轮廓顶点集合P。

2.4拉伸得到几何体

墙体内轮廓线S和外轮廓线P所围成的图形，自原点O向Z轴正方向拉伸井体的内高度h生成几何体，墙体的建模过程就完成了。

3.楼板的建模步骤

楼板包括隧道井的顶板、底板和井内用于分割上下空间的隔板，楼板均可以通过对墙体内轮廓S和外轮廓P的拉伸完成建模。

设顶板厚度为y₁,顶板由外轮廓P自点(0，0，h)到点(0,0,h+y₁)拉伸得到。

设底板板厚度为y₂,底板由外轮廓P自点(0，0，0-y₂)到点(0,0,0)拉伸得到。

设中间隔板的厚度为y_i,与内顶面的距离为s_i，则隔板由内轮廓S自点(0，0，h-s_i-y_i)到点(0,0,h-s_i)拉伸得到。

4.各构件(人孔、风孔、集水坑、预留洞)的建模：

构件的外型相对规整，人孔多为中空的圆柱体，风孔为中空的方柱体，集水坑为中空的平截头体，预留洞为墙体上圆形或方形的开孔。

4.1人孔或风孔的建模：

隧道井的人孔和风孔多为中空的圆柱体或方柱体，均可以通过基本几何体的布尔运算生成。以方形风孔为例，设风孔X方向、Y方向的长度分别为a、b，突出顶板的高度为h，壁厚为p。首先用a×bx(h+顶板厚度)和(a-p)×(b-p)x(h+顶板厚度-p)的两个长方体做差运算，生成的几何体再与顶板做差运算，重复以上步骤完成所有人孔和风控的建模。

4.2集水坑的建模：

集水坑为中空的四棱体，可以通过基本几何体的布尔运算生成。设集水坑X方向、Y方向的长度分别为a、b，突出底板的高度为h，壁厚为p，锥度为f。首先用a×bx(h+底板厚度)、锥度f和(a-p)×(b-p)x(h+底板厚度-p)、锥度f的两个四棱体做差运算，生成的几何体再与底板做差运算，重复以上步骤完成所有集水坑的建模。

4.3预留洞的建模：

预留洞为墙体上圆形或方形的开孔，设墙体厚度为p，以半径为R圆形预留洞为例，用半径为R、长度为p的圆柱体与墙体模型做差的运算得到，重复以上步骤完成所有预留洞的建模。

实施例3：

本实施例给出一种异型电力隧道井三维建模的方法的具体实施方式，如图1-4所示，以八角井的建模为例：包括以下步骤：

使用Revit进行建模，该工具是三维设计中应用广泛的建模软件之一。建模过程中用到Revit中的两种操作：封闭的多边形通过向某个方向拉伸得到几何体；几何体间的交、并、差等的运算。

步骤一：在CAD中绘制八角井的内墙轮廓，然后根据墙体厚度依次计算出外墙轮廓各个顶点，将这些顶点连接起来便得到外墙轮廓。

步骤二：将第一步绘制的CAD图形导入到Revit中，然后使用“拾取线”工具选择八角井的墙体内轮廓和外轮廓，构建一个封闭的墙体区域，再利用其拉伸的功能将墙体区域自原点O往Z轴正方向拉伸，拉伸的数值等于墙体高度，便完成了墙体的建模。

步骤三：使用“拾取线”工具选择八角井的墙体外轮廓，自点(0，0，h)到点(0,0,h+y1)拉伸，拉伸的数值等于顶板厚度，完成顶板的建模；自点(0，0，0-y2)到点(0,0,0)拉伸，拉伸的数值等于底板厚度，完成底板的建模。

使用“拾取线”工具选择八角井的墙体内轮廓，自隔板下底面的中心点往Z轴正方向拉伸，拉伸的数值等于隔板厚度，重复以上步骤，完成所有隔板的建模。

步骤四：使用Revit中基本体，圆柱体、方柱体、截头体，结合人孔、风孔、集水坑、预留洞的长度、宽度、外径、高度、壁厚等的具体数值，完成其建模；然后利用建模工具几何体间的交、并、差等的运算，完成构件与八角井的拼接。

重复以上步骤，完成盘缆井和过渡井的建模。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于，包括以下步骤：

隧道井结构的划分，分为墙体、楼板和构件；

墙体的建模；

楼板的建模；

各构件的建模。

2.如权利要求1所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：

所述墙体包括构成隧道井的各面墙，各面墙体组合构成了井的主框架；

所述楼板包括隧道井的顶板、底板和井内用于分割上下空间的隔板；

所述构件为除墙体和楼板以外的其它组成部分，包括：人孔或风孔、集水坑、预留洞。

3.如权利要求2所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：所述人孔或风孔是指隧道井顶部用于供人体进入或通风的开孔和部分凸出地面的结构，集水坑是指隧道井底部用于排水的坑洞，预留洞是指墙体上用于进出电缆的圆形或方形的开洞。

4.如权利要求3所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：所述墙体的建模，包括以下步骤：

定义坐标空间；

定义内墙轮廓；

基于各墙体内墙轮廓的顶点集合和墙体的厚度计算出所有墙体的外轮廓线；

拉伸得到几何体。

5.如权利要求4所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：所述定义坐标空间，包括：通道方向定义为X方向，X方向上井中心位置定义为原点O，水平面内过原点O与X方向垂直的方向定义为Y方向，从O点开始垂直向上的方向定义为Z方向，其中，通道方向为隧道井所连接沟道的方向。

6.如权利要求5所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：所述定义内墙轮廓，包括：绘制各墙体内墙轮廓，直至形成闭合图形，依次记录各内墙轮廓的顶点集合。

7.如权利要求6所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：所述基于各墙体内墙轮廓的顶点集合和墙体的厚度计算出所有墙体的外轮廓线，包括以下步骤：

第一步：合并各墙体内轮廓点集，然后在各墙体内轮廓点集的最后加入首个顶点,形成闭合图形；

第二步：根据各墙体内轮廓点集和墙体厚度计算出墙体外轮廓的顶点集合。

8.如权利要求7所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：所述拉伸得到几何体，包括：墙体内轮廓线和外轮廓线所围成的图形，自原点O向Z轴正方向拉伸井体的内高度生成几何体，完成墙体的建模过程。

9.如权利要求8所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：所述楼板的建模，包括：

通过对墙体内轮廓和外轮廓的拉伸完成楼板建模。

10.如权利要求9所述的一种异型电力隧道井三维建模的方法，其特征在于：所述各构件的建模，包括：

集水坑、人孔或风孔的建模：均通过基本几何体的布尔运算进行建模；

预留洞的建模：用半径等同于预留洞半径、长度等同于墙体厚度的圆柱体与墙体模型做差的运算，进行预留洞的建模。

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