[发明专利]一种用于水利水电工程的三维设计协同作业方法

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程领域中的三维一体化设计领域，尤其涉及一种用于水利水电工程的三维设计协同作业方法。

背景技术

水利水电工程设计分析参与专业众多，包括测量、地质、枢纽布置、坝工、通航建筑、电站厂房、施工导流和施工组织等各项内容，目前使用的主流设计分析方法和平台大都是基于二维的，难以实现这些专业进行协同分析的功能；即使有专业（如机电）采用三维设计，但专业间是以二维图形及说明文档形式传递设计成果，因此下游专业应用该成果时必须对上游专业成果进行重新理解和构造，这样无法保证设计依据的即时性和有效性，方案变更时修改工作量大。

三维设计比二维设计有许多优势^[1]：（1）三维表达直观（所见即所得），能准确地表达工程人员的设计意图，能发现和有效解决设计间的错、漏和碰等问题；（2）可有效集成设计知识，包括规则性知识和过程性知识，促进知识重用，减轻设计工作量；（3）模型关联，有效保证数据自动更新；（4）能为有限元分析提供原始数据，实现计算机辅助设计/计算机辅助工程（CAD/CAE）的集成。三维设计的这些优点更适用于水利水电工程多专业间的协同分析和设计方案的优化调整。

目前最常见的一种做法是先采用三维地质软件（如GOCAD、GeoEngine等）进行三维地质建模，然后用比较知名的三维设计软件（如AutoCAD Civil 3D、Microstation、CATIA等）^[2]进行水工、施工设计，同时将地质软件所建立的三维地质模型导入水工三维设计平台，将三维地质模型和水工建筑物进行总装分析。虽然这种方式在一定程度上可行，但这种采用异构三维模式来完成的三维设计不能保证设计关联性，例如由于新的钻孔数据而更新了三维地质模型，下游水工专业设计所依据的地质模型难以及时更新。

主要参考文献：

[1]李明超,钟登华,王忠耀,等.水利水电工程地质-水工三维协同设计系统研究.中国工程科学,2010,12(1):43-47

[2]王进丰,李小帅,傅尤杰.CATIA软件在水电工程三维协同设计中的应用.人民长江,2009,40(4):68-70

发明内容

本发明提供了一种用于水利水电工程的三维设计协同作业方法，本发明使用方便、运行效率高，提高了设计的关联性，实现了对下游地质模型等及时更新，详见下文描述：

一种用于水利水电工程的三维设计协同作业方法，所述方法包括以下步骤：

（1）在对已有工程区域的地形、地质基础资料进行数据采集、传输和存储的基础上，分别建立与属性库、模型库和图形图像库相应的基础数据库；

（2）通过与属性库、模型库和图形图像库相应的基础数据库建立水利水电工程尺度的三维地质精细模型；

（3）以所述三维地质精细模型为核心，通过属性库、模型库和图形图像库将地质勘探、地质制图与分析、水工建筑物三维建模与方案分析、施工组织方案设计与优化分析方法关联起来，通过地质-大坝工程、地质-地下工程和地质-边坡工程三维可视化协同分析方法，实现水利水电工程地质-水工-施工协同设计与分析的三维一体化环境和协同分析。

所述通过与属性库、模型库和图形图像库相应的基础数据库建立水利水电工程尺度的三维地质精细模型具体为：

通过与属性库、模型库和图形图像库相应的基础数据库采用面向工程区域尺度的三维地质建模方法和面向统计尺度的岩体结构三维网络随机建模方法，建立考虑地质结构历史构造的所述三维地质精细模型。

所述三维地质精细模型还能够自动转换为包含复杂地形地质体、岩体结构和工程建筑物的三维有限元网格体系。

所述三维有限元网格体系还用于针对水工岩体结构数值模拟分析前处理工作中存在的地质模型建立、空间单元划分问题，通过三维地质精细建模与数值模拟分析的耦合模式，建立为岩体结构数值模拟分析提供不同类别、信息丰富的精细三维网格剖分模型。

所述水利水电工程地质-水工-施工协同设计与分析的三维一体化环境和协同分析具体为：

基于基础数据库、三维地质建模、水工建筑物快速建模和计算机协同工作技术，采用同构的三维设计模式，通过地质分析与设计、大坝工程-地质三维设计与分析、地下工程-地质三维设计与分析、边坡工程-地质-三维设计与分析方法，实现三维剖切分析、坝基处理分析、地下建筑物布置分析、边坡开挖分析、施工进度分析多方面的综合分析和不同专业间的协同作业，提供模型反馈机制、公共数据通道，耦合新的数据实现模型的更新与分析，实现各专业间的交叉循环和协同分析，进行各种方案的三维设计。