在水电站大坝及发电厂房基础开挖中, 开挖形体复杂且对体形的控制要求较高, 常规的设计及施工用图都是二维平面图加特征部位的典型断面图进行描述的, 对于设计开挖面是由多个空间平面或扭面 (直纹曲面) 组成的形体的土石方量计算, 一般的方法是用断面法进行计算, 但断面间距一般在5~10, 断面线大多不是正好落在体形突变的地方, 这样就给工程量计算的带来了由计算方法造成的不准确性, 对于土石方开挖计量还不算太严重, 但对于开挖完成浇筑混凝土量的计算这种问题不容忽视。
1 开挖前地面实体建模
用CASS7.0软件生成不规则三角网地面模型, 此地面模型不是一个实体而是由很多空间三角形组成的是地形表面模型, 为使所有三角形成为一个实体, 需在Auto CAD中使用extrude (拉伸) 命令沿Z轴 (高程) 方向向下拉伸 (下拉高度对应的高程应低于设计开挖高程中最低高程) 所有三角形使之成为实体, 然后用union (并集) 选中所有三棱柱实体, 即可建立地形实体模型。
2 设计开挖形体建模
先用设计平面图计算出开挖形体各个面的转角特征点的三维坐标值, 在AutoCAD上用计算得的三维坐标画三维线框模型, 但三维线框模型中没有面, 只有描绘对象的点、直线和曲线, 是对三维物体轮廓的描述、包含的信息很少不能用于体积计算。实体模型包含的信息才可进行体积计算, 所以要在三维线框模型的基础上建立实体模型。对于体形面的轮廓是由三个点组成或位于同一空间平面的四个点组成时, 则可直接用extrude (拉伸) 命令沿Z轴 (高程) 方向向上拉伸 (上拉高度对应的高程应高于地面实体模型高程中最高点的高程) 使之成为实体, 但对于体形结构面的轮廓是由四个角点控制的扭面 (直纹曲面) 时, 则不能直接用extrude (拉伸) 命令把它拉伸形成实体, 为此我用AutoLISP编写了一段程序 (见下, 程序实现的流程图) 来对扭面进行内插计算, 计算出其体形结构面上按指定步长计算的三维坐标点, 坐标数据按CASS7.0软件对数据文件的格式要求存入指定位置, 然后用CASS7.0软件生成TIN三维三角网表面模型 (如图1) , 再在AutoCAD上对所有三角网运用extrude (拉伸) 命今使其成为实体。最后用union (并集) 命令, 选中所有棱柱实体, 即可建立设计开挖实体模型。
把地形实体模型与设计开挖实体模型相叠加, 用subtract (交集) 命令生成开挖形体模型。对于混凝土工程量的计算也是依上面的思路和方法, 建立混凝土形体实体模型, 然后把混凝土实体模型和设计开挖实体模型相叠加, 用subtract (交集) 命令生成混凝土设计面与开挖设计面之间的混凝土实体模型。用massprop (查询-面域/质量特性) 命令即可得到体积。
3 AutoLISP编程在扭面内内插三维坐标计算的流程图 (图2)
4 结语
为使图例清晰上面例子只截取了某水电站厂房基础开挖的一小部分。在建模过程中需要注意几点:边界线一定要明确、设计体型线的每一个面要封闭且相邻面间的轮廓坐标要一致 (不能有缝隙) 。三维模型建立完成后, 利用AutoCAD的查询功能得其体积 (也就是准确的工程量) , 还可以用三维模型直观地再现复杂体型间的相互关系指导现场施工。
摘要：利用AutoLISP编程实现若干个空间小三角形拟合扭面 (直纹曲面) , 然后三维拉伸空间小三角形用union并集建立开挖区域的设计开挖实体模型, 使用CASS和AutoCAD软件在实测地形数据的基础上建地形实体模型, 地形实体模型与设计开挖实体模型求subtract (交集) 后生成开挖实体模型, 查询工程量。
关键词：扭面 (直纹曲面) ,AutoLISP,编程,线框模型,表面模型,实体模型,union并集
参考文献
[1] 刘志刚, 等.AutoCAD2000 Visual LISP开发人员指南[M].北京:中国电力出版社, 2001.
[2] 马永志, 等.AutoCAD中文版三维造型基础教程[M].北京:人民邮电出版社, 2009.