土石围堰参数化模型构建方法、电子设备及存储介质与流程

计算;推算;计数设备的制造及其应用技术1.本发明属于水利水电参数化设计与施工技术领域，尤其涉及一种基于bim技术的土石围堰参数化模型构建方法、电子设备及存储介质。背景技术：2.现今，bim技术在建筑行业中应用得越来越广泛，相较于以往的二维工程图设计，其作为基于可视化建筑信息模型的信息集成和管理技术，先天具有协同性、可视化、模拟性、优化性、节约成本、共建共享等优势。3.目前，常采用cad二维绘图进行土石围堰设计，这种常规的设计方法难以综合考虑围堰的导流标准、防渗型式、平面布置、剖面拟定等；也较难在围堰的施工中，对截流施工、围堰基础开挖、防渗结构施工、堰体填筑、防洪度汛、运行与维护等进行周详的规划，且工程施工时方案编制和工程量计算效率不高，不能全面把握工程各个部位。技术实现要素：4.本发明的目的在于提供一种土石围堰参数化模型构建方法、电子设备及存储介质，以解决在土石围堰设计和施工过程中，无法满足设计优化、快捷出图、堰体填筑分区以及相关工程量的快捷计算要求。5.本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种土石围堰参数化模型构建方法，包括以下步骤：构建土石围堰填筑区域地形曲面；根据需围堰封闭保护区域、分期导流规划以及所述土石围堰填筑区域地形曲面确定围堰中心线的布置位置，并在所述布置位置绘制围堰中心线；根据围堰基底地形高程、设计堰前最高水深、波浪爬高以及安全超高确定围堰堰顶设计高程；根据出图标准，对纵断面图特性和样式进行更改，定制所需的纵断面图样式集，再结合围堰堰顶设计高程，绘制纵断面图并在所述纵断面图上绘制围堰堰顶设计高程控制线；构建围堰参数化横断面；创建横断面装配，载入所述围堰参数化横断面并插入到所述横断面装配中；当所述围堰参数化横断面的几何参数符合要求时，在围堰创建界面选择已绘制或构建的所述围堰中心线、所述围堰堰顶设计高程控制线以及所述围堰参数化横断面，生成所述土石围堰参数化模型。6.本发明在土石围堰特征断面的基础上，结合bim软件的参数化设计能力，可快速进行断面绘制并以窗口化的形式设置断面参数，快速完成土石围堰模型的建立，为设计方案的比选优化、图纸绘制、施工方案编制、工程量统计提供高便利性，为设计优化和精细化施工提供保障。7.进一步地，所述构建土石围堰填筑区域地形曲面的具体实现过程为：对土石围堰填筑区域的水下地形进行测绘，得到测点及测点坐标和底部高程信息；将所述测点坐标和底部高程信息导入civil 3d软件，生成所述土石围堰填筑区域地形曲面。8.进一步地，所述构建土石围堰填筑区域地形曲面的具体实现过程为：基于电子地形数据，将土石围堰填筑区域的地形数据添加到civil 3d软件中，生成所述土石围堰填筑区域地形曲面；其中所述地形数据包括等高线、高程点、地物以及特征线。9.进一步地，所述围堰堰顶设计高程的计算公式为：围堰堰顶设计高程＝围堰基底地形高程＋设计堰前最高水深＋波浪爬高＋安全超高。10.进一步地，所述围堰参数化横断面的构建步骤包括：以围堰堰顶中心为起点，利用点、连接功能绘制围堰上下游坡面轮廓；添加目标曲面，利用点的“到曲面坡度”几何特性，绘制围堰基底两侧边坡开挖线并连接坡面轮廓；设定填筑区域设计参数，利用点、连接功能绘制围堰各填筑区域分隔线，并得出分隔线与地面目标曲面的交点；利用连接功能将各个分隔线与地面目标曲面的交点连接，形成围堰各填筑区域基底线；绘制填筑区域，即得到所述围堰参数化横断面。11.进一步地，所述构建方法还包括开挖曲面生成的步骤，具体实现过程为：在所述围堰参数化横断面构建过程中，对围堰基底线设置代码；将构建好的所述参数化横断面导入至civil3d后，编辑围堰中心线特性，在特性编辑界面中选中“曲面”一栏，栏中添加围堰基底线对应的代码，civil3d即可自动生成开挖曲面。12.进一步地，所述构建方法还包括围堰基底开挖工程量计算的步骤，具体实现过程为：将所述开挖曲面添加至采样源；利用挖方计算功能，指定计算类型为挖方；在材质目录栏下添加所述开挖曲面与所述土石围堰填筑区域地形曲面，并指定所述土石围堰填筑区域地形曲面为上方、所述开挖曲面为下方，即可导出围堰基底开挖工程量。13.进一步地，所述构建方法还包括围堰各填筑区域工程量计算的步骤，具体实现过程为：设置不同填筑区域的材质，结合所述围堰参数化横断面及其材质，计算围堰各填筑区域工程量。14.本发明还提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上所述土石围堰参数化模型构建方法的步骤。15.本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述土石围堰参数化模型构建方法的步骤。16.有益效果与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明所提供的一种土石围堰参数化模型构建方法、电子设备及存储介质，该方法通过围堰参数化横断面的创建，同时配合围堰中心线和围堰堰顶设计高程控制线，可快速完成土石围堰参数化模型的创建；在模型创建完成后，可随时于平面图调整围堰中心线，于纵断面图调整堰顶设计高程控制线，也可通过可视化窗口调整围堰各项设计参数，模型根据设计参数修改自动重新生成，大幅提高了设计方案优化效率；构建的围堰参数化横断面可重复使用，在类似工程中直接导入横断面即可完成相关工作，提高了类似工程的设计效率；利用创建的土石围堰参数化模型可以创建直观的设计模型，便于设计过程中的自检与施工过程中的工程量统计，极大地提升了设计优化和工程施工的效率。附图说明17.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。18.图1是本发明实施例中土石围堰参数化模型构建方法流程图；图2是本发明实施例中尺寸代码及默认参数设置示意图；图3是本发明实施例中目标曲面添加示意图；图4是本发明实施例中边坡与围堰基底面交点示意图；图5是本发明实施例中围堰各填筑分界线与基底面交点绘制示意图；图6是本发明实施例中填筑区域造型颜色设置示意图；图7是本发明实施例中围堰填筑材质设置示意图；图8是本发明实施例中围堰基底开挖曲面生成示意图；图9是本发明实施例中围堰断面快速出图成果图。具体实施方式19.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。20.下面以具体地实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。21.如图1所示，本发明实施例所提供的一种土石围堰参数化模型构建方法，包括以下步骤：1、构建土石围堰填筑区域地形曲面本实施例中，构建土石围堰填筑区域地形曲面有两种方式：一种是无电子地形数据情况下地形曲面的构建，另一种是有电子地形数据情况下地形曲面的构建。22.（1）无电子地形数据无电子地形数据的情况通常在工程设计方案比选时期，可采用无人测量船进行水下地形测绘。在实际操作中，技术人员先在土石围堰填筑区域布置测点与基站，待测点与基站的测量精符合要求后，架设无人船网桥和地面工作站，将rtk移动站（实时差分定位设备）架设在无人船上，并将无人船置于水中；下水后使用遥控器控制无人船沿测区水域外围航行一圈，圈定无人船自动测量的范围；在地面工作站，根据测量范围规划无人船自动测量的航线，无人船自动航测完成后，可对测量结果进行导出，导出文件格式采用“测点编号，x，y，水底高程”形式，再将测点坐标及底部高程信息文件导入civil 3d软件即可快速生成地形曲面。23.（2）有电子地形数据在电子地形数据基础上，将土石围堰填筑区域的地形数据添加到civil 3d软件中，生成土石围堰填筑区域地形曲面；其中地形数据包括等高线、高程点、地物以及特征线等。24.2、绘制围堰中心线根据需围堰封闭保护区域、分期导流规划以及步骤1的土石围堰填筑区域地形曲面确定围堰中心线的布置位置，根据civil 3d创建设计中的路线创建功能调出路线创建工具，使用路线创建工具在布置位置绘制围堰中心线。根据出图标准，通过civil 3d对土石围堰填筑区域地形曲面及路线进行特性更改，定制所需的出图样式，从而达到平面出图要求。出图标准为设计或施工单位自身标准，例如横断面出图的桩号间距、尺寸标注等，可在特性中进行更改，以满足要求。25.3、绘制围堰堰顶设计高程控制线根据围堰基底地形高程、设计堰前最高水深、波浪爬高以及安全超高确定围堰堰顶设计高程，具体计算公式为：围堰堰顶设计高程＝围堰基底地形高程＋设计堰前最高水深＋波浪爬高＋安全超高。26.根据出图标准，通过civil 3d对纵断面图特性和样式进行更改，定制所需的纵断面图样式集，再结合围堰堰顶设计高程，利用通过civil 3d的纵断面创建工具绘制纵断面图，并在纵断面图上绘制围堰堰顶设计高程控制线。27.4、构建围堰参数化横断面通过调用api和函数来实现各个部位的绘制和断面几何关系的控制。28.（1）上下游坡面轮廓参数化控制以围堰堰顶中点为原点绘制围堰上下游坡面轮廓线，通过“创建参数”来创建堰顶宽度、反滤料层厚度等尺寸参数，以代码的形式来代表某一部位尺寸，在创建时设置一个默认值，在参数使用时可随时调用并赋值，如图2。在绘制轮廓时，上下游坡面与“围堰基底面”的交点可以先通过在“目标参数”中添加目标曲面作为“围堰基底面”，命名为eg，再添加“点”求得，所添加点几何类型应选择“到曲面坡度”，目标曲面选择“围堰基底面”，在坡度栏中输入设计坡度参数即可。29.上下游坡面与“围堰基底面”的交点绘制时，先通过在“目标参数”中添加目标曲面1，作为“围堰基底面”，命名为eg，如图3；然后在输入/输出参数变量中通过“创建参数”创建变量sy1、sy2，将数据类型选择为grade，即可以1：x的方式填入设计坡度，表示上游一级坡面及二级坡面坡比；再添加一个“点”p5，选定上游马道外侧边界点p4作为起点，以eg作为曲面目标，在坡度一栏填入-sy2（负号表示坡方向向下），即以固定坡度将p4连接到曲面eg上，连接交点为p4，如图4。其他需与曲面连接的轮廓线均可采用类似方法进行。30.（2）围堰基底两侧边坡开挖线通过“目标参数”添加设定第2个目标曲面，作为“地形曲面”，命名为eg2，在“输入/输出参数”中设定堰基两侧开挖宽度及边坡开挖坡比，名称定义为i，坡比设置时注意参数类型选择“grade”以1：x的方式进行输入；再添加点p8（以上游为例）作为围堰上游侧开挖坡面与地形曲面的交点，选择几何类型“到曲面的坡度”，起点设置为围堰基底上游侧开挖边界点p7，目标曲面选择为eg2（即地形曲面），即可绘制出围堰基底上游侧边坡开挖线，重复操作即可绘制出下游侧边坡开挖线。31.（3）围堰基底线连接控制 围堰基底连接线绘制前，设置防渗心墙设计尺寸，使用“创建参数”中的参数设置添加变量“设计厚度”，利用添加点时的几何类型“增量x与增量y”，在堰顶绘制出防渗心墙各成分分界的控制点，再利用添加点时的几何类型“曲面上的增量x”，得出防渗心墙各成分分界线与围堰基底面的交点并连接，以绘制出分界线，重复此步骤完成所有分界线绘制。需注意绘制心墙在参数化平面上的控制点时，应使用辅助点的添加模式。32.示例性的，使用“创建参数”添加变量cq（刺墙设计厚度）和fll（反滤料厚度），选定原点后（例如刺墙中心线与围堰中心线重合，利用添加点时的几何类型“增量x与增量y”，选定起点为堰顶中心点p1作为原点），在增量x方向填入dk/2（dk为设置变量围堰顶宽），即可获得刺墙左侧边界线堰顶的交点p23位置，右侧边界线及其他堆筑区域边线与堰顶的交点通过相同的设置方式即可得到；于流程序列中添加一个辅助点，使用几何类型“曲面上的增量x”，增量x用于指代平面上的偏移距离，如图5，选择刺墙左侧边界线与堰顶的交点p23为起点，目标曲面设定为围堰基底面eg，增量x根据设计数据进行填入，即可得出刺墙左侧边界线与围堰基底面的交点，选择连接至起点后，即可绘制出刺墙左侧边界线，重复此步骤完成所有防渗心墙边线绘制。33.围堰基底线连接控制时，使用“曲面连接”功能，在设定目标参数化平面围堰基底面为“eg”后，起点与终点x值的中填入相应的控制点的x值代码，如“ap1.x”，即可完成围堰基底线连接。以左侧堆石区为例，设定目标曲面为围堰基底面为“eg”，起点x填入“ap1.x”，终点x填入“ap2.x”，即可完成此部分的围堰基底线连接。34.重复以上步骤即可完成相关开挖基准面连接线。35.（4）围堰各填筑区域绘制绘制各填筑区域时，通过建立不同的曲面连接，及利用不同的封闭图形，对不同区域的填筑材料进行区别绘制。36.在完成曲面连接后，生成的曲面连接线与轮廓线并不闭合，无法直接绘制填筑区域，此时应将曲面连接时自动创建的点与绘制轮廓线时得出的各填筑边界线与围堰基底线的交点相连接，以左侧堆石区为例：上游侧坡面与eg交点为p5，左侧反滤料边界线与eg交点为p24，曲面连接自动生成的点与连线为p25、p26、l22，此时需添加“连接”，设定起点为p25，终点为与p25重合的p5，同理连接p26与p24，此时再添加造型，并选择绘制区域，即可完成左侧堆石区绘制。37.需要注意的是，填筑区域绘制时，所需绘制区域轮廓线必须相互连接封闭，如左侧反滤料s2绘制时，地面线连接会产生点p27、p28与线l25，在视图中l25为左侧反滤料轮廓线，但实际l25与先前绘制的左侧反滤料边界线l19、l21无连接，此时需要再添加一条连接使p27与p24相连、p28与p22相连，几何图形才能完成闭合，并进行填筑区域绘制。其他区域造型绘制理论同上。38.5、生成围堰参数化模型围堰参数化横断面生成后，将围堰参数化横断面载入到civil 3d的部件库中待用。在土石围堰中心线和堰顶设计高程控制线创建完成后，使用装配创建功能创建横断面装配，载入围堰参数化横断面并插入到横断面装配中，插入完成后检查围堰参数化横断面的几何参数设置是否符合要求，如不符合则在特性窗口中直接填写；符合后，使用civil 3d“道路”功能创建围堰，在创建界面的围堰中心线、堰顶设计高程控制线、横断面均选择上述步骤中所绘制或创建的成果，将eg及eg2对应选择到地形曲面与开挖曲面。上述工作完成后即可生成土石围堰参数化模型。39.围堰参数化模型生成时，在提取道路实体界面可以设置各部分着色颜色，方便对不同填筑区域进行区分，如图6所示。40.在围堰参数化模型生成后，通过对象查看器查看实体模型并进行检视，若部分点未在模型中完成连接，可通过在制作参数化横断面过程中对所有点与线进行编码，需注意的是代码填写时应使用英文输入引号“”，引号内填入相应编码即可，如“s1”、“p1”、“l1”。41.6、模型成果深化应用（1）围堰方案比选围堰中心线、堰顶设计高程控制线、设计参数与围堰参数化模型生成直接关联，在调整各控制线及参数后模型会自动动态更新，在设计优化时，对围堰填筑区域的修改、各类设计数据的变更，可直接在平面图、纵断面图以及可视化参数窗口中调整与修改，无需重新进行绘制。42.（2）填筑工程量计算参数化横断面绘制时添加了目标参数eg、eg2作为地形，在参数化模型生成后，围堰参数化模型基底会根据地形曲面及开挖曲面自行变化。可利用材质计算，对各不同填筑分区分别设置材质，对各填筑分区进行分析，再配合参数化横断面图及先前设置的材质，可快速导出围堰各填筑区域工程量，如图7所示。civil 3d可以自动获取断面面积，根据平均端面积和两端端面间距自动计算工程量。43.（3）开挖曲面绘制在参数化横断面构建时，对各曲面连接线设置代码，在civil 3d中，对道路特性进行编辑，于曲面一栏增添曲面，添加指定代码后即可生成开挖曲面，如图8所示。44.（4）开挖工程量计算绘制开挖曲面后，对采样源进行编辑，将新生成的开挖曲面添加至采样源，再利用材质计算的挖方计算功能，指定计算类型为挖方，在材质栏下添加开挖曲面与步骤1生成的地形曲面，指定地形曲面为上方、开挖曲面为下方，设置完成后即可快速导出围堰基底开挖工程量，相关曲面后即可计算开挖工程量。45.（5）快速出图使用civil 3d出图功能，在已完成的模型基础上可根据出图方自身标准与需求，利用civil 3d中的样式与特性修改，自定义横纵断面相关标注形式，如侧边栏标注、图表标题、水平栅格尺寸等，进行快速出图，可快速完成横纵断面的自动绘制（如图9所示），为设计出图提供更高的效率。46.在施工过程中，根据实际施工条件，若有围堰结构尺寸、围堰布置、填筑材料变更，可在平面图中直接调整围堰填筑中心线、于纵断面图中直接修改堰顶设计高程控制线、在横断面参数化定制窗口中修改各填筑区域尺寸，再根据实际需求对出图样式进行定制修改，得以高效率出图，极大程度上提高设计施工双方的沟通协调效率。47.（6）开挖填筑范围控制及辅助现场放样在土石围堰参数化断面创建时，利用围堰边坡坡度、开挖边坡坡度及目标曲面得出开挖边坡与地形曲面的交点，参数化模型生成后，即可在civil 3d平面中查看整体模型轮廓，此时开挖边坡线与地形曲面的相交处即会在平面中以边线的形式体现出来，可利用绘制点或线的方式读取边线坐标，在实际施工过程时利用读取的坐标可快速进行开挖边线放样，大幅提高了施工准备效率。48.同理，各填筑分区边线与围堰基底面的相交处亦可在平面中显现，在提取坐标后，可快速判断各区域的填筑边线位置，辅助现场施工和开挖放样。且可利用civil 3d及部件编辑器的特性，对参数化断面、模型进行分层，分层模型生成后可对各层的填筑工程量进行分别计算，便于围堰分层填筑施工时对于填筑材料工程量的优化和调配，大幅提高了施工效率。49.本发明在参数化横断面创建时，对于围堰各填筑分区的划分及与地形面相交处的处理方式，实现围堰模型可根据不同填筑材料进行分别生成，且模型底部可随地形曲面及开挖曲面变动而变动；参数化横断面创建时，对于开挖边坡与地形面交点的控制，随地形曲面及开挖曲面变动而变动，便于进行开挖工程量的统计。50.在参数化横断面建成后，对不同分区进行材质处理方法，通过设置分析，对不同分区的填筑工程量进行分别计算，且可根据桩号的不同进行累计量的计算；在参数化模型生成后，可以进行开挖工程量的计算，具体包括开挖曲面的设置生成、开挖工程量计算分析；在civil 3d中生成地形曲面后，模型断面随地形变化而变化，上下游围堰边坡与地形的交点，开挖边坡线与地形的交点，将直接体现在平面图中，利用软件本身特性，可以将开挖范围与填筑范围直接读取，实际施工时无需反复计算与放线，大幅加快施工测量进度。51.以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。









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