CATIA在渠道施工详图三维设计中的应用

摘 要：本文基于渠道施工详图三维设计过程中CATIA软件的应用，通过参数化设计和模式设计，方便快捷的建立渠道施工的三维立体动态模型，直观快捷的生成渠道施工过程中的各部位节点详图这整个过程的研究，探讨CATIA软件在渠道施工详图三维设计过程应用上的特点和方式，以及指出较传统工艺做法的方便性和快捷性之处。

关键词：CATIA软件；渠道施工详图；三维设计

随着计算机技术的发展，渠道施工过程中三维模型可视化参考应用成为了可能，越来越多的场合开始利用CATIA软件建立三维可视化场景，直观便捷的给设计和施工人员提供了实时观察模型，同时也可以自动生成渠道施工详图，大大的提高了设计和施工人员的工作效率，也保证了设计和施工的质量。

1 CATIA软件概述

CATIA是一种基于CAD/CAE/CAM以及PDM的软件应用，采用先进的混合建模技术，对设计对象进行混合建模，通过设置参数和变量，方便快捷的得到无论是曲面还是实体的动态模型。CATIA中各个模块都是基于同一的数据平台，使得每个模块都有着真正的全相关性。而在设计需要修改时，直接修改设计参数便可方便快速的修改三维立体设计模型。三维立体设计模型可以全部体现在二维，自动生产二维数据，大大的减少了二维平面设计过程中的局限的难度，提高了工作人员的设计效率。CATIA具有相当强大的地形处理能力，这在渠道施工设计前期，减少了很大的工程量。其仿真技术以广泛应用到各行各业，如航天、汽车、渠道隧道、化工生产等。

2 CATIA在渠道三维实体模型基础设计

（1）模板的建立。在渠道施工详图三维设计中，CATIA软件参数化设计通过提取结构一些主要的形态，位置，大小等参数为自定义变量，通过计算检查等将模型关联，从而快速的建立一系列形态相似的三维实体模型。模板的建立可以快速的建立也各完整的三维实体模型，从而进行平面，纵横断面，节点详图的生成的提取。所以模板在三维实体设计过程中起着关键性作用，但是模板的建立必须符合现行的法律规范要求，根据规范严格控制模板的制作，保证整个三维可视化立体模型符合国家规定要求。渠道常见的有圆形，拱形等，以渠道洞口形态为主要参数变量，通过工程规范对该变量加以限定。在此过程中，CATIA操作简单，方便快捷。

（2）渠道设计分阶段与模型管理。CATIA数据处理能力和容量有限，为了更加方便的进行渠道施工设计，我们需要对设计过程进行分阶段设计。此过程中最需要考虑的因素就是 地形，地形变化大则分段较密，相反则较稀疏，但是差距不能太大。CATIA中一般以15千米左右为一个分段长度。利用CATIA的模板进行三维设计成果的总体控制。首先建立渠道分段设计模型管理的根目录，根目录联系各分段的三维设计模型，这样就可以快速的任意查看和调用相应渠道分段的三维模型效果。

（3）布置渠道中轴线，建立三维设计模型统计工程工作量。对渠道的x，y，z坐标分别进行中轴线布点，或则是通过excel表格加载渠道中轴线各点的坐标，连接中轴线各点，自动生成切点坐标，圆心位置坐标，这样就形成渠道中轴线的空间三维布置。

一般一段渠道的设计，地形数据的范围为渠道两旁各延伸1千米左右，长度在15千米以内。在CATIA中，三维地形可以采用不规则的三角网进行表示，或这采用曲面方式表示。以dwg格式形式输入地形的三维等高线（还可以点云方式，也可以是基于ARCGIS TIN 文件格式的地形数据），导入CATIA之中，生成以TIN表示的地形三维模型。地形三维模型转换为地形曲面模型，再有地形曲面模型与同体积大小的长方体三维实体模型相交，从而得到地形实体模型。

在这个过程中，将三维地形的开挖体，填方体，积水排水沟，砌层垫层换土层，洪沟等形式相应的几何形体。利用CATIA体积计算方便快捷的统计出整个三维设计模型的工程量，挖方量以填方量。

3 生成工程图

（1）平面图。将CATIA切换到“工程制图”操作平台，通过三维设计模型能够快速的生成平面布置图和各节点构造图。通过CATIA的SHAPESCULPTOR平台，选择地表面，输入主次等高线相关参数，即可形成以地形三维地形模型为基础的形xy平面地形等高线。进入“工程制图”界面，切换到正视图，即可得到渠道设计的平面图。

（2）渠道断面的描述生成。在CATIA中，采用统一的方式来描述各种类型的渠道断面，其中包括全部挖方渠道断面、全部填方渠道断面、半挖半填渠道断面。由于存在诸多形式存在，在统一渠道断面的表示方式中，挖方和填方公用一级马道以下的部分，一级马道以上部分向上伸展为挖方渠道断面；一级马道以上部分向下伸展则为填方渠道断面。其中表示渠道断面的基本参数包括：“桩号、渠道底部宽度、各级马道坡度，坡比以及马道宽、填方提顶道路宽、填方各级护坡的高度、破宽等”。

在CATIA中，将整个渠段的渠道基本断面，在CATIA中采用“多截面曲面”命令进行连接，生成渠段的整体基本参数参数化设计曲面模型。根据曲面模型与地形三维实体模型的相交关系，可以确定该渠段是全挖方渠段还是全填方渠段，亦或半挖半填渠段。然后选择将渠段的整体基本三维参数化设计曲面作为切割面对地形三维实体模型进行切割。

（3）渠道设计节点详图。在CATIA制作的三维设计模型中，对渠道三维设计模型的任一节点位置的进行剖切，形成剖切面。进入“工程制图”界面，选择xy轴方向，及可生产渠道断面的节点施工详图。此过程可根据需要自行调节剖切位置和方向，得到渠道各个位置的施工详图进而指导设计和施工。

（4）生成工程图过程中的智能控制。在CATIA软件平台，可以通过三维设计动态模型自动生成平面图，纵横断面图，施工详图等，并且图形比较统一，这就是CATIA对工程图的智能化控制。然而尺寸标注不能进行智能布置，往往有重复覆盖的现象，这就需要我们在“工程制图”界面进行重新标注。在二维平面图上，再进行图框图签，比例指北针的布置就完成了渠道施工详图的绘制设计。

4 结语

传统的二维工程设计存在效率低下，容易出错，且不易修改等问题，而基于CATIA 平台的三维模型动态可视化以及智能化生产工程图纸的工程设计克服了这些问题，给设计施工人员带来了相当大的便利。CATIA在渠道三维设计中的应用成为渠道设计的发展发向，目前正逐步应用到渠道设计的各个步骤之中，这将是渠道设计改革性的一幕，这也使得设计水平突飞猛进。

参考文献：

[1]虞松宾.浅谈利用三维设计软件计算某灌区渠道工程量[J].广西水利水电，2009（06）：64-67.

[2]桑国庆，房玉龙，崔积佳等.大型渠道动态三维可视化设计研究与应用[J].南水北调与水利科技，2009，7（06）：105-107.

作者简介：潘炜元（1985—），男，河南郑州人，本科，助理工程师，研究方向：三维可视化仿真，三维设计。