POWER GEOPAK在導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張萌曾 俊張晴

復(fù)雜地形條件的導(dǎo)流隧洞進(jìn)、出口開挖設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)人員有較高的空間想象能力，且繪圖過(guò)程繁瑣易出錯(cuò)。隨著三維技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維輔助設(shè)計(jì)工具可以幫助設(shè)計(jì)人員將傳統(tǒng)的二維圖形轉(zhuǎn)換為直觀的三維模型。POWER GEOPAK是一款集成的土木工程三維設(shè)計(jì)軟件，可以進(jìn)行導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口開挖及圍堰填筑設(shè)計(jì)，得到導(dǎo)流隧洞及圍堰的場(chǎng)地模型，設(shè)計(jì)效率高，能夠更好地輔助設(shè)計(jì)。在這款軟件中可以通過(guò)調(diào)整開挖對(duì)象的先后順序來(lái)模擬實(shí)際的施工過(guò)程，比常規(guī)的二維設(shè)計(jì)更直觀，對(duì)實(shí)際的施工過(guò)程具有更強(qiáng)的指導(dǎo)價(jià)值。POWER GEOPAK可以輸出三維圖紙、二維圖紙、統(tǒng)計(jì)開挖、填筑工程量及坡面面積。本文以某混凝土重力壩工程為例，介紹POWER GEOPAK在導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)中的應(yīng)用?；赑OWER GEOPAK輔助的開挖填筑設(shè)計(jì)的主要流程有：（1）根據(jù)已有的等高線或高程點(diǎn)信息建立三維地面模型；（2）提取待開挖（填筑）建筑物的特征輪廓線；（3）確定開挖（填筑）坡比、開挖（填筑）方案等；（4）進(jìn)行開挖（填筑）設(shè)計(jì)并優(yōu)化開挖（填筑）方案；（5）成果輸出，輸出三維、二維圖紙，進(jìn)行工程量計(jì)算。

1 工程概述

某工程為Ⅲ等中型工程，主要由樞紐工程和輸水線路工程組成。擋水建筑物為混凝土重力壩，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。壩頂高程517.00 m，最大壩高52.00 m，庫(kù)容4 672萬(wàn)m3，正常蓄水位514.00 m。河谷為U形峽谷，河床寬40～50 m，兩岸坡度一般大于60°，岸坡高40～80 m。岸頂為溶蝕寬谷地貌，近岸地帶地形較平緩，坡度5°～20°，地面高程490～550 m，相對(duì)高差20～40 m。無(wú)天然灘地、臺(tái)地可以利用，河床兩岸巖石裸露、山體陡峻。

根據(jù)壩址地形、地質(zhì)條件，攔河壩施工導(dǎo)流采用圍堰一次攔斷河床，枯水期上、下游圍堰擋水，隧洞導(dǎo)流。導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)，擋水建筑物為土石結(jié)構(gòu)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選定枯水期10年一遇洪水，相應(yīng)的洪峰流量為163 m3/s。

導(dǎo)流隧洞進(jìn)口底高程為471.00 m，縱坡為0.394%，長(zhǎng)度431.32 m，出口底高程為469.30 m。導(dǎo)流隧洞采用直墻圓拱型斷面，襯砌后洞底寬5.7 m，高6.6 m，直墻高4.95 m，中心角120°，拱半徑3.29 m。上游堰頂高程480.00 m，頂寬10 m，上游邊坡1∶4；下游邊坡1∶2。下游堰頂高程472.30 m，頂寬8 m，上游邊坡1∶4；下游邊坡1∶2。

2 POWER GEOPAK三維輔助設(shè)計(jì)

2.1 地面三維建模

POWER GEOPAK提供了多種生成三維地面模型的方式，如匹配等高線、高程點(diǎn)、帶有三維點(diǎn)坐標(biāo)的文本文檔等方式。在將二維CAD圖形導(dǎo)入POWER GEOPAK時(shí)需要注意：將CAD文件的單位裝換為“無(wú)單位”或者“米”，POWER GEOPAK提取CAD信息時(shí)，需設(shè)置為與CAD相對(duì)應(yīng)的單位，保證CAD文件與POWER GEOPAK默認(rèn)文件格式的準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換。二維CAD地形及三維地面模型見(jiàn)圖1。

2.2 開挖及填筑設(shè)計(jì)

新建開挖對(duì)象，將原地面.TIN文件作為原地面（基礎(chǔ)對(duì)象），提取待開挖建筑物特征輪廓，將特征輪廓線作為基礎(chǔ)元素賦以相應(yīng)高程，按地質(zhì)專業(yè)所提建議開挖邊坡及高度進(jìn)行三維開挖設(shè)計(jì)，得出開挖三維模型。

2.3 成果輸出

利用POWER GEOPAK三維輔助設(shè)計(jì)軟件完成三維建模，由于建模的過(guò)程即為設(shè)計(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)人員在三維建模的同時(shí)已經(jīng)存儲(chǔ)了對(duì)象的全部三維信息，所以可以根據(jù)需要輸出以下成果：（1）輸出三維圖紙；（2）剖切二維斷面及剖面圖；（3）根據(jù)需要進(jìn)行尺寸標(biāo)注及高程標(biāo)注；（4）輸出相應(yīng)的開挖（填筑）工程量；（5）輸出開挖面面積用以計(jì)算噴錨支護(hù)的工程量。成果輸出截圖見(jiàn)圖2、3。

圖2 三維及二維圖紙輸出

圖3 工程量計(jì)算截圖

3 結(jié)語(yǔ)

使用POWER GEOPAK對(duì)建筑物進(jìn)行開挖（填筑）輔助設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）初擬某建筑物開挖（填筑）方案后，通過(guò)一鍵式整體升高或降低平臺(tái)高程能快速找到最優(yōu)方案，可以大幅提高工作效率。

（2）傳統(tǒng)方法計(jì)算工程量需要手切多個(gè)剖面，根據(jù)剖面計(jì)算工程量。其過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)且精度較低，三維設(shè)計(jì)可以一鍵查詢開挖工程量，可以查詢每個(gè)開挖面的面積（包括投影面積和實(shí)際面積），能更加精確、高效地計(jì)算錨噴支護(hù)工程量。

（3）三維模型要素線壓平再參考原始地形圖進(jìn)行適當(dāng)處理直接生成平面布置圖，剖切不同位置剖面圖，添加地質(zhì)圖、標(biāo)注和說(shuō)明等生成剖面圖。

（4）POWER GEOPAK具有實(shí)時(shí)修改功能，設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)調(diào)整某個(gè)元素的相關(guān)信息，相應(yīng)的模型也會(huì)隨時(shí)更新，使得設(shè)計(jì)過(guò)程變得更加直觀。