本發(fā)明涉及水利工程的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于VB（Visual Basic）和CATIA的斜心墻土石壩建模方法。

背景技術(shù)：

在世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世后，計(jì)算機(jī)技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)已深入應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域，傳統(tǒng)尺規(guī)作圖也基本退出歷史舞臺(tái)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)日臻成熟的今天，二維CAD技術(shù)在水利行業(yè)工程中也得到了廣泛應(yīng)用。目前的設(shè)計(jì)模式高度成熟，具有完備的制圖規(guī)范，且各對(duì)象不包含模型信息、對(duì)象之間不存在邏輯關(guān)系，故設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，但其直觀(guān)性和糾錯(cuò)能力差、編輯修改復(fù)雜繁瑣。

隨著數(shù)字化的發(fā)展，基于三維的CAD技術(shù)開(kāi)始得到應(yīng)用，三維設(shè)計(jì)的集成化、智能化、可視化、網(wǎng)絡(luò)化、并行化等優(yōu)勢(shì)得以展現(xiàn)，是技術(shù)進(jìn)步的必然趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外流行的三維設(shè)計(jì)軟件有很多，CATIA是在市場(chǎng)上有較為影響力的一款。CATIA是法國(guó)達(dá)索公司開(kāi)發(fā)的一款集CAD/CAE/CAM于一體的BIM（建筑信息模型）軟件，具有強(qiáng)大的實(shí)體建模和曲面建模功能，可通過(guò)參數(shù)化建模實(shí)現(xiàn)所有對(duì)象的建立與修改。該軟件目前正廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)制造、造船、機(jī)械制造等眾多行業(yè)和領(lǐng)域。由于缺乏普遍適用的統(tǒng)一規(guī)范和水利工程具有唯一性及復(fù)雜性，三維設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用依舊呈現(xiàn)出一種較為落后的狀態(tài)，CATIA在水利行業(yè)的運(yùn)用也尚未得到普及。

水利工程壩址處的地質(zhì)條件復(fù)雜，不易勘察清楚，在初步設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)方案不一定為最佳方案。在施工過(guò)程中，隨著施工的深入，地質(zhì)條件進(jìn)一步明了，潛在的軟弱夾層或低強(qiáng)度巖基才會(huì)暴露出來(lái)。故由于地址條件的不確定性，建筑物的結(jié)構(gòu)形式和尺寸及壩軸線(xiàn)位置等參數(shù)都有調(diào)整的可能性。由于水利工程的復(fù)雜性，在施工過(guò)程中各結(jié)構(gòu)之間的局部矛盾也時(shí)有發(fā)生。這些問(wèn)題在傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)模式下將產(chǎn)生較大工程量，不利于提升設(shè)計(jì)效率。因此傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的表現(xiàn)方式抽象，糾錯(cuò)能力低下，極大限制了設(shè)計(jì)效率的提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于VB和CATIA的斜心墻土石壩建模方法，基于VB和CATIA的信息化建模方法，利用了軟件的二次開(kāi)發(fā)、參數(shù)化及三維可視化特性，提高水利工程的設(shè)計(jì)效率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明提出的一種基于VB和CATIA的土石壩信息化建模方法，包括以下步驟：

步驟一、基于已有的地形地質(zhì)資料建立三維地形模型；

步驟二、關(guān)聯(lián)VB與CATIA，用于實(shí)現(xiàn)VB與CATIA的參數(shù)對(duì)接，保證VB能夠識(shí)別CATIA的關(guān)鍵字和VB中的代碼能在CATIA中執(zhí)行；

步驟三、在VB中設(shè)計(jì)包含位置控制參數(shù)和形狀控制參數(shù)的VB界面，位置控制參數(shù)和形狀控制參數(shù)將通過(guò)VB界面的文本框輸入；所述位置控制參數(shù)為壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟四、編寫(xiě)代碼，根據(jù)壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)建壩軸線(xiàn)；

步驟五、在VB中基于步驟四中建立的壩軸線(xiàn)實(shí)現(xiàn)壩體剖面的草圖編輯和實(shí)體拉伸，并基于步驟一中建立的三維地形模型實(shí)現(xiàn)布爾命令，并引用VB界面的文本框中的參數(shù)，完成壩體的建模。

作為本發(fā)明所述的一種基于VB和CATIA的土石壩信息化建模方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟一具體如下：根據(jù)已有地形圖提取等高線(xiàn)的坐標(biāo)點(diǎn)，然后將所有的坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)入CATIA并擬合成曲面，以該曲面為限制生成三維地形模型。

作為本發(fā)明所述的一種基于VB和CATIA的土石壩信息化建模方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟四具體如下：根據(jù)步驟三中的壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)，在VB代碼編寫(xiě)窗口中通過(guò)Set命令獲取CATIA中的三維地形模型，通過(guò)AddNewPointCoord命令創(chuàng)建壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)的相應(yīng)點(diǎn)，通過(guò)AddNewLinePtPt命令創(chuàng)建壩軸線(xiàn)。

作為本發(fā)明所述的一種基于VB和CATIA的土石壩信息化建模方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟五具體如下：通過(guò)Set命令獲取CATIA中的三維地形模型和壩軸線(xiàn)，并基于壩軸線(xiàn)創(chuàng)建一與壩軸線(xiàn)垂直的平面，通過(guò)Set reference命令獲取該平面并將其作為參考平面，通過(guò)CreatePoint命令和CreateLine命令在該參考平面上繪制壩體各部分的二維草圖，通過(guò)constraint命令使用步驟三中的形狀控制參數(shù)對(duì)二維草圖的輪廓尺寸進(jìn)行約束，使壩殼、心墻和棱體排水的尺寸與所述步驟三中的形狀控制參數(shù)一致，通過(guò)pad命令對(duì)二維草圖進(jìn)行拉伸形成實(shí)體，最后用布爾命令減去該實(shí)體與步驟一中的三維地形模型的重合部分，完成壩體設(shè)計(jì)。

作為本發(fā)明所述的一種基于VB和CATIA的土石壩信息化建模方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述形狀控制參數(shù)包括各壩頂高程和寬度、馬道頂部高程和寬度、壩體上下游坡度以及心墻頂部高程和上下游坡度；所述馬道頂部高程和寬度包括排水棱體的頂部高程和寬度，所述壩體上下游坡度包括排水棱體的坡度。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

（1）本發(fā)明改變了傳統(tǒng)二維建模的直觀(guān)性不足的問(wèn)題，通過(guò)三維模型，將設(shè)計(jì)對(duì)象更富有立體感地展示出來(lái)；解決了利用二維的CAD技術(shù)制圖時(shí)，因必要的反復(fù)修改導(dǎo)致大量重復(fù)工作的問(wèn)題；在設(shè)計(jì)理念和方式上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，從信息化的角度使設(shè)計(jì)效率得到根本的提升，使設(shè)計(jì)成果更加準(zhǔn)確；對(duì)本建模方法建立的模型進(jìn)行更深層次的利用，可產(chǎn)生更高的效率效益；

（2）本發(fā)明以CATIA的三維建模功能為核心，將設(shè)計(jì)對(duì)象以直觀(guān)的三維模型呈現(xiàn)，使模型清晰直觀(guān)，更加方便設(shè)計(jì)者闡述自己的設(shè)計(jì)理念；基于CATIA的進(jìn)程外程序調(diào)用接口，通過(guò)VB語(yǔ)言對(duì)CATIA進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，形成了一種模型參數(shù)易修改，模型生成自動(dòng)化的信息化建模方式，減少了重復(fù)工作，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量；

（3）本發(fā)明所述的一種基于VB和CATIA的土石壩信息化建模方法，不僅適用于土石壩，也適用于諸如重力壩、拱壩、支墩壩等基本壩型；同時(shí)，基于本發(fā)明所建立的模型也可進(jìn)一步進(jìn)行填筑量計(jì)算、有限元分析及生成二維工程圖等工作；總之，由于本發(fā)明基于信息化的建模理念具有很好的普適性，可應(yīng)用于多種壩型，甚至各種水工結(jié)構(gòu)，所建立的模型不僅僅局限于結(jié)構(gòu)展示，也可基于該模型進(jìn)行深層次的分析，在水利行業(yè)具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明的VB界面圖；

圖3為本發(fā)明的壩體三維模型圖；

圖4為本發(fā)明的整體模型布置圖。

附圖中的標(biāo)記解釋為：1為壩軸線(xiàn)，2為壩殼，3為心墻，4為排水棱體，5為三維地形模型。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅僅局限于本實(shí)施方式的描述。

一種基于VB和CATIA的土石壩信息化建模方法，如圖1所示流程，具體步驟如下：

步驟一、基于已有的地形地質(zhì)資料建立如圖4所示的三維地形模型5：

根據(jù)已有地形圖提取等高線(xiàn)的坐標(biāo)點(diǎn)，然后將所有坐標(biāo)點(diǎn)導(dǎo)入CATIA并擬合成曲面，以該曲面為限制生成三維地形模型。

步驟二、關(guān)聯(lián)VB與CATIA：

在VB中根據(jù)需要引用相關(guān)的CATIA庫(kù)文件，并通過(guò)代碼關(guān)聯(lián)VB與CATIA，實(shí)現(xiàn)VB與CATIA的參數(shù)對(duì)接，保證在后續(xù)的二次開(kāi)發(fā)中VB能識(shí)別CATIA的關(guān)鍵字和VB中的代碼能在CATIA中執(zhí)行。關(guān)聯(lián)代碼如下：

Dim catia As Object

On Error Resume Next

Set catia = GetObject(, "catia.application")

If Err.Number <> 0 Then

Set catia = CreateObject("catia.application")

catia.Visible = True

End If

On Error GoTo 0

步驟三、在VB中設(shè)計(jì)包含位置控制參數(shù)和形狀控制參數(shù)的如圖2所示的VB界面：

位置控制參數(shù)為壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)；形狀控制參數(shù)包括壩頂高程和寬度、馬道頂部高程和寬度、壩體上下游坡度以及心墻頂部高程和上下游坡度；馬道頂部高程和寬度包括排水棱體的頂部高程和寬度，壩體上下游坡度包括排水棱體的坡度。

以上參數(shù)將通過(guò)VB界面的文本框輸入，保證二次開(kāi)發(fā)中的參數(shù)可變性。此外，再設(shè)置命令控件保證命令調(diào)用的完整性。

步驟四、編寫(xiě)代碼，根據(jù)壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)建壩軸線(xiàn)1：

根據(jù)步驟三中的壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)，在VB代碼編寫(xiě)窗口中通過(guò)“Set”命令獲取CATIA中的已有對(duì)象——三維地形模型，通過(guò)“AddNewPointCoord”命令創(chuàng)建壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)的相應(yīng)點(diǎn)，通過(guò)“AddNewLinePtPt”命令創(chuàng)建壩軸線(xiàn)，完成創(chuàng)建壩軸線(xiàn)的二次開(kāi)發(fā)過(guò)程。其中，由于VB與CATIA的連接，VB中的代碼能在CATIA中執(zhí)行。部分關(guān)鍵代碼如下：

‘使用Open打開(kāi)地形的三維模型所在的完整路徑后，再獲取Part對(duì)象

Set partDocument1 = catia.Documents.Open(“完整文件路徑”)

Set part1 = partDocument1.Part

…………

‘以VB中的壩軸線(xiàn)端點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)建兩個(gè)點(diǎn)

Set hybridShapePointCoord1 = hybridShapeFactory1.AddNewPointCoord(Val(X1.Text), Val(Y1.Text), Val(Z1.Text))

…………

Set hybridShapePointCoord2 =

hybridShapeFactory1.AddNewPointCoord(Val(X2.Text), Val(Y2.Text), Val(Z2.Text))

…………

‘將創(chuàng)建的兩個(gè)點(diǎn)連成線(xiàn)，即壩軸線(xiàn)

Set hybridShapeLinePtPt1 = hybridShapeFactory1.AddNewLinePtPt(reference1, reference2)

…………

步驟五、在VB中基于步驟四中建立的壩軸線(xiàn)實(shí)現(xiàn)壩體剖面的草圖編輯和實(shí)體拉伸，并基于步驟一中建立的三維地形模型實(shí)現(xiàn)布爾命令，并引用VB界面文本框中的形狀控制參數(shù)，完成如圖3所示的壩體三維模型設(shè)計(jì)：

本部分的代碼主要由壩殼2、心墻3及棱體排水4三部分組成，三部分的代碼編寫(xiě)思路類(lèi)似。即在VB中通過(guò)Set命令獲取CATIA中的已有對(duì)象——三維地形模型和壩軸線(xiàn)，并基于壩軸線(xiàn)創(chuàng)建一與壩軸線(xiàn)垂直的平面，然后在VB中通過(guò)Set reference獲取該平面作為參考平面，通過(guò)CreatePoint和CreateLine命令在該參考平面上繪制壩體各部分的二維草圖，通過(guò)constraint命令使用步驟三中的形狀控制參數(shù)對(duì)二維草圖的輪廓尺寸進(jìn)行約束，使壩殼、心墻和棱體排水的尺寸和所述步驟三中的形狀控制參數(shù)一致，，再用pad命令對(duì)二維草圖進(jìn)行拉伸形成實(shí)體，最后用布爾命令減去該實(shí)體與三維地形模型的重合部分，完成壩體設(shè)計(jì)。其中，由于VB與CATIA的連接，VB中的代碼能在CATIA中執(zhí)行。部分關(guān)鍵代碼如下：

‘創(chuàng)建一個(gè)垂直于壩軸線(xiàn)的工作平面，用于創(chuàng)建草圖

Set reference2 = hybridShapes2.Item("Plane.4")

…………

‘通過(guò)創(chuàng)建點(diǎn)和線(xiàn)來(lái)繪制草圖

Set point2D1 = factory2D1.CreatePoint(-632.476, 2825#)

Set line2D14 = factory2D1.CreateLine(-719.976, 2790#, -632.476, 2825#)

…………

‘用VB界面中對(duì)應(yīng)的文本框參數(shù)對(duì)草圖進(jìn)行約束

Set reference15 = part1.CreateReferenceFromObject(point2D10)

Set reference16 = part1.CreateReferenceFromObject(point2D11)

Set reference17 = part1.CreateReferenceFromObject(line2D1)

Set constraint7 = constraints1.AddTriEltCst(catCstTypeDistance, reference15, reference16, reference17)

constraint7.Mode = catCstModeDrivingDimension

Set Length1 = constraint7.Dimension

Length1.Value = m(2) * (h(1) - Val(h_base))

‘使用凸臺(tái)命令拉伸

………………

Set shapeFactory1 = part1.ShapeFactory

Set pad1 = shapeFactory1.AddNewPad(sketch1, 235#)

Set limit1 = pad1.SecondLimit

Set length19 = limit1.Dimension

length19.Value = 300#

………………

因此，將CATIA的三維建模功能引入到水利工程中顯得有一定的必要性，不僅能有效解決二維圖的直觀(guān)性問(wèn)題，也能利用其強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力大幅度提升設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，基于VB可對(duì)CATIA進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的特性，可進(jìn)一步將所有參數(shù)在VB界面中體現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)在參數(shù)化建模中模型參數(shù)的清晰呈現(xiàn)且易于修改。

從普遍意義上來(lái)講，本發(fā)明涉及的建模方法，適用于水利工程中的所有基礎(chǔ)壩型。特別地，本專(zhuān)利針對(duì)斜心墻土石壩進(jìn)行說(shuō)明。土石壩是目前世界壩工建設(shè)工程中應(yīng)用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型，在經(jīng)濟(jì)和施工方面較其他壩型由較大優(yōu)勢(shì)。斜心墻土石壩是土石壩的一種，其斜墻與壩殼之間的施工干擾較心墻壩小，但抗震性及對(duì)不均勻沉降的適應(yīng)性不足。在設(shè)計(jì)和建壩過(guò)程中，填筑量是應(yīng)著重關(guān)注的部分，但在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式下的計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、結(jié)果粗糙，基于本專(zhuān)利建立的模型進(jìn)行體積測(cè)量，可有效解決此問(wèn)題。此外，基于本發(fā)明建立的模型可與有限元軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能互補(bǔ)，也可利用三維模型出二維工程圖，進(jìn)一步產(chǎn)生更高的設(shè)計(jì)效率。

基于VB和CATIA的信息化建模方法，利用了軟件的二次開(kāi)發(fā)、參數(shù)化及三維可視化特性，可避免目前水利工程設(shè)計(jì)模式的缺點(diǎn)，提高效率。并且，基于本專(zhuān)利建立的模型還可進(jìn)行進(jìn)一步的分析計(jì)算。因此，將這種信息化建模方式引入到水利工程中，是有意義的。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。