本發(fā)明涉及水利工程的計算機輔助設(shè)計技術(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)：

在世界上第一臺計算機問世后，計算機技術(shù)以驚人的速度發(fā)展，計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)已深入應用到相關(guān)領(lǐng)域，傳統(tǒng)尺規(guī)作圖也基本退出歷史舞臺。在計算機技術(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用。目前的設(shè)計模式高度成熟，具有完備的制圖規(guī)范，且各對象不包含模型信息、對象之間不存在邏輯關(guān)系，故設(shè)計方法簡單，但其直觀性和糾錯能力差、編輯修改復雜繁瑣。

隨著數(shù)字化的發(fā)展，基于三維的CAD技術(shù)開始得到應用，三維設(shè)計的集成化、智能化、可視化、網(wǎng)絡(luò)化、并行化等優(yōu)勢得以展現(xiàn)，是技術(shù)進步的必然趨勢。目前國內(nèi)外流行的三維設(shè)計軟件有很多，CATIA是在市場上有較為影響力的一款。CATIA是法國達索公司開發(fā)的一款集CAD/CAE/CAM于一體的BIM（建筑信息模型）軟件，具有強大的實體建模和曲面建模功能，可通過參數(shù)化建模實現(xiàn)所有對象的建立與修改。該軟件目前正廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造等眾多行業(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雜性，三維設(shè)計方法的應用依舊呈現(xiàn)出一種較為落后的狀態(tài)，CATIA在水利行業(yè)的運用也尚未得到普及。

水利工程壩址處的地質(zhì)條件復雜，不易勘察清楚，在初步設(shè)計階段的設(shè)計方案不一定為最佳方案。在施工過程中，隨著施工的深入，地質(zhì)條件進一步明了，潛在的軟弱夾層或低強度巖基才會暴露出來。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位置等參數(shù)都有調(diào)整的可能性。由于水利工程的復雜性，在施工過程中各結(jié)構(gòu)之間的局部矛盾也時有發(fā)生。這些問題在傳統(tǒng)的二維設(shè)計模式下將產(chǎn)生較大工程量，不利于提升設(shè)計效率。因此傳統(tǒng)設(shè)計模式的表現(xiàn)方式抽象，糾錯能力低下，極大限制了設(shè)計效率的提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(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發(fā)、參數(shù)化及三維可視化特性，提高水利工程的設(shè)計效率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(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，用于實現(xiàn)VB與CATIA的參數(shù)對接，保證VB能夠識別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VB界面的文本框輸入；所述位置控制參數(shù)為壩軸線端點坐標；

步驟四、編寫代碼，根據(jù)壩軸線端點坐標創(chuàng)建壩軸線；

步驟五、在VB中基于步驟四中建立的壩軸線實現(xiàn)壩體剖面的草圖編輯和實體拉伸，并基于步驟一中建立的三維地形模型實現(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的坐標點，然后將所有的坐標點導入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)步驟三中的壩軸線端點坐標，在VB代碼編寫窗口中通過Set命令獲取CATIA中的三維地形模型，通過AddNewPointCoord命令創(chuàng)建壩軸線端點坐標的相應點，通過AddNewLinePtPt命令創(chuàng)建壩軸線。

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一步優(yōu)化方案，所述步驟五具體如下：通過Set命令獲取CATIA中的三維地形模型和壩軸線，并基于壩軸線創(chuàng)建一與壩軸線垂直的平面，通過Set reference命令獲取該平面并將其作為參考平面，通過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constraint命令使用步驟三中的形狀控制參數(shù)對二維草圖的輪廓尺寸進行約束，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pad命令對二維草圖進行拉伸形成實體，最后用布爾命令減去該實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。

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)二維建模的直觀性不足的問題，通過三維模型，將設(shè)計對象更富有立體感地展示出來；解決了利用二維的CAD技術(shù)制圖時，因必要的反復修改導致大量重復工作的問題；在設(shè)計理念和方式上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計模式，從信息化的角度使設(shè)計效率得到根本的提升，使設(shè)計成果更加準確；對本建模方法建立的模型進行更深層次的利用，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)計對象以直觀的三維模型呈現(xiàn)，使模型清晰直觀，更加方便設(shè)計者闡述自己的設(shè)計理念；基于CATIA的進程外程序調(diào)用接口，通過VB語言對CATIA進行二次開發(fā)，形成了一種模型參數(shù)易修改，模型生成自動化的信息化建模方式，減少了重復工作，提高了設(shè)計質(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，基于本發(fā)明所建立的模型也可進一步進行填筑量計算、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，也可基于該模型進行深層次的分析，在水利行業(yè)具有很好的應用前景。

附圖說明

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。

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

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細說明：

本發(fā)明的保護范圍并不僅僅局限于本實施方式的描述。

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的坐標點，然后將所有坐標點導入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庫文件，并通過代碼關(guān)聯(lián)VB與CATIA，實現(xiàn)VB與CATIA的參數(shù)對接，保證在后續(xù)的二次開發(fā)中VB能識別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)為壩軸線端點坐標；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VB界面的文本框輸入，保證二次開發(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、編寫代碼，根據(jù)壩軸線端點坐標創(chuàng)建壩軸線1：

根據(jù)步驟三中的壩軸線端點坐標，在VB代碼編寫窗口中通過“Set”命令獲取CATIA中的已有對象——三維地形模型，通過“AddNewPointCoord”命令創(chuàng)建壩軸線端點坐標的相應點，通過“AddNewLinePtPt”命令創(chuàng)建壩軸線，完成創(chuàng)建壩軸線的二次開發(fā)過程。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打開地形的三維模型所在的完整路徑后，再獲取Part對象

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

Set part1 = partDocument1.Part

…………

‘以VB中的壩軸線端點坐標創(chuàng)建兩個點

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)建的兩個點連成線，即壩軸線

Set hybridShapeLinePtPt1 = hybridShapeFactory1.AddNewLinePtPt(reference1, reference2)

…………

步驟五、在VB中基于步驟四中建立的壩軸線實現(xiàn)壩體剖面的草圖編輯和實體拉伸，并基于步驟一中建立的三維地形模型實現(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：

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，三部分的代碼編寫思路類似。即在VB中通過Set命令獲取CATIA中的已有對象——三維地形模型和壩軸線，并基于壩軸線創(chuàng)建一與壩軸線垂直的平面，然后在VB中通過Set reference獲取該平面作為參考平面，通過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constraint命令使用步驟三中的形狀控制參數(shù)對二維草圖的輪廓尺寸進行約束，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命令對二維草圖進行拉伸形成實體，最后用布爾命令減去該實體與三維地形模型的重合部分，完成壩體設(shè)計。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)建一個垂直于壩軸線的工作平面，用于創(chuàng)建草圖

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

…………

‘通過創(chuàng)建點和線來繪制草圖

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

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

…………

‘用VB界面中對應的文本框參數(shù)對草圖進行約束

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性問題，也能利用其強大的糾錯能力大幅度提升設(shè)計效率。同時，基于VB可對CATIA進行二次開發(fā)的特性，可進一步將所有參數(shù)在VB界面中體現(xiàn)，可實現(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，本專利針對斜心墻土石壩進行說明。土石壩是目前世界壩工建設(shè)工程中應用最為廣泛和發(fā)展最快的一種壩型，在經(jīng)濟和施工方面較其他壩型由較大優(yōu)勢。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，但抗震性及對不均勻沉降的適應性不足。在設(shè)計和建壩過程中，填筑量是應著重關(guān)注的部分，但在傳統(tǒng)的設(shè)計模式下的計算過程復雜、結(jié)果粗糙，基于本專利建立的模型進行體積測量，可有效解決此問題。此外，基于本發(fā)明建立的模型可與有限元軟件結(jié)合，實現(xiàn)功能互補，也可利用三維模型出二維工程圖，進一步產(chǎn)生更高的設(shè)計效率。

基于VB和CATIA的信息化建模方法，利用了軟件的二次開發(fā)、參數(shù)化及三維可視化特性，可避免目前水利工程設(shè)計模式的缺點，提高效率。并且，基于本專利建立的模型還可進行進一步的分析計算。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。

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