GC在土石坝参数化设计中的应用研究

 

　　王岩 河南省水利勘测设计研究有限公司

 

　　摘 要：为有效的分析土石坝，采用参数化建模软件Generative Component(GC)对土石坝主要构件进行参数化分析，找出其内在结构的规律性及各个构件之间的参数关系，实现土石坝的数字化，参数化描述，生成参数可修改的结构化三维模型。

 

　　关键词：土石坝；参数化；Generative Component

 

 

　　参数化建模软件GC（Generative Component）是Bentley公司开发的一款基于Microstation平台的关联参数化建模系统。GC可以模拟人的思维逻辑，设定元素间的关系，形成各种各样的空间形状。只需在GC中逻辑修改，就可以轻松改变整个模型，改变传统的CAD软件只能通过画线完成设计构思的情况。GC已经具备像人一样进行思维的前期条件，可让建筑师、工程师以过去无法想象的方式呈现设计和实现结果；以自由的方式采用创新性的材料和组件，帮助设计师将灵感创意转换为可实现的建筑作品；使编辑、删除和重构变化工作所耗费的事件更少，压缩设计周期；只需在程序中改变不同结构的相关参数就可以生成不同的模型，但不会增加工作量。

 

　　GC在一定程度上可以将工程师从传统的工程制图解放出来，进行更有效率、创造性的工作。工程师利用GC可以采用完全图形方式工作，也可以将图形与脚本和编程结合使用。GC使得工程师用逻辑的方式将我们对现实世界的感性认识和改造世界的创新意识有机的结合在一起。

 

 

　　GC可以与现有的Microstation元素结合使用，既可以在当前的*.dgn文件中使用，也可以从参考文件中使用。

 

　　传统的CAD应用程序，例如Microstation，AutoCAD不会记住如何生成图形，因此，有关如何创建图形的信息总是属于临时信息。GC则不同，图形的创建方式信息属于永久性信息，对象可以记住自身的创建方式。同时GC还有以下优点：它是基于几何和特征的传统建模，是一个参数化和关联控制的系统，支持面向对象的软件设计约定编写脚本和编程。

 

　　使用GC进行参数化设计的典型工作流如下：

 

　　1)对工程进行分析，选取最优方程，并提取以后需要做方案调整的公共参数。

 

　　2)由方程生成各类特征，一般先生成点，由方程和公共参数控制点。

 

　　3)由点生成曲线，使用点来控制曲线。

 

　　4)由曲线生成曲面，使用曲线来控制曲面。

 

　　5)由曲面生成实体，使用曲面来控制实体。

 

　　6)使用GC直接生成各类专业模块，比如建筑结构构件，也可以参数化切图，统计材料甚至动画漫游。

 

　　7)后期方案调整，修改方程和公共参数。

 

 

　　系统选择使用GC实现了对土石坝参数化设计。首先利用GC实现对坝体模块的构建，然后利用模型特征技术实现对坝体模块的特征模型的生成，在此基础上实现土石坝参数化设计中参数信息的动态修改和坝体模块装配。

 

　　3.1 坝体三维参数化建模过程

 

　　整个系统中所有的坝体模型都利用GC生成，但是由于模型众多，这里选择土石坝上游坝身为例对建模过程进行介绍。

 

　　3.1.1 确定坝体图形变量

 

　　图形变量时指已经命名的、可将值保存为单个值或值列表的数据容器。这些值可以通过使用变量名替代所需值来访问。系统将坝体的主要参数设置为图形变量，以便在建模时候使用这些参数确定几何元素特征点的位置。土石坝上游坝身的主要变量如下：

 

　　设置图形变量可以大大简化复杂参数或者系列参数的调用过程，通过调整坝体图形变量可以迅速直观地实现设计意图，便于后期模型重用和方案调整。

 

　　3.1.2 确定构件几何特征点分布及坝体断面

 

　　几何特征点的确定通过图形变量和几何模型的约束关系的进行计算得出确定的某一特征点的位置。但是对于初始几何特征点（即模型基点）的位置，可以由用户任意指定。几何特征点生成过程树状图如下所以，其中边代表了几何特征点的生成顺序，边上的权值代表了特征点生成过程遵循的图形变量约束规则。

 

　　约束规则是根据实际开发过程，对各个几何特征体需要满足的几何约束关系进行定义。

 

图1 土石坝上游坝身几何特征点的约束关系图


 

　　(a)断面图示                    (b)实体图

 

　　图2 土石坝上游坝身建模过程

 

　　确定完土石坝上游坝身各个特征点的位置后，使用GC中的命令Create New Feature->Polygon->ByVertices创建断面。其最终效果如图2所示。对于生成的断面。

 

　　3.1.3 通过断面生成三维实体

 

　　通过实体的OffsetFromClosedCurve操作，指定其闭合界面的偏移值，可以说生成符合系统要求的土石坝上游坝身的实体图像。如图2(b).

 

　　土石坝每个坝体模块的构建过程都是类似的，这里不再赘述。由于模型各个部件之间彼此联系，整个建模过程必须要有有效的组织建模逻辑和层次，如果不能明晰关系之间的复杂性，就无法调控最后的参数化模型。最后，我们将所有的坝体模块装配在一起，其效果如图3所示。

 

　　图3 最终完成的土石坝三维模型

 

　　3.2 数据式修改土石坝参数模型

 

　　数据式建模是基于Excel的变量控制建模方式。通过修改预先录入Excel表格中的数据可以即时实现自动化建模或模型修改，大大提高设计效率。

 

　　对于模型参数我们可以将参数信息预先载入Excel表格中，当需要对某个模型参数信息进行修改的时候，直接在Excel中进行修改。

 

　　其中也对Excel数据的导入可使用以下代码：

 

　　Feature   User.Objects.XYBS_GD_PB

 

　　Bentley.GC.Features.ExcelRange

 

　　{

 

　　RangeAddress             = "C2 ";  //地址范围

 

　　SheetName               = "SYBS";  //工作表

 

　　WorkbookFileName        =

 

　　"E:\\ Dam \\Damtest.xls"; //Excel地址

 

　　}

 

　　表2给出来三组土石坝上游坝身的数据集合以及三组不同的赋值，根据表2中的数据，我们可以生成不同的土石坝上游坝身效果图，如图3所示。

　

 

　　参数化设计师计算机技术不断智能化发展的结果，对现有的模型设计体系有革命性的推动，更适合现有社会条件下复杂、多变且快速的设计环境。GC正式具有关联性的参数化设计系统，为工程师有效地探索其他模型构建形式提供新途径。本文从参数化思想出发，利用GC平台，构建了土石坝的三维模型，并实现模型参数的动态修改过程。

 

 

　　[1] 郝志桃，李昌华，王东.基于Generative Component的中国古建筑参数化设计[J].计算机辅助工程.2010,19(4):102-104

 

　　[2] 李端阳,刘晶,田新星.GC在水电站厂房蜗壳三维参数化建模设计中的应用研究[J]，水利水电工程设计.2013,32(4):18-20