混凝土面板堆石坝趾板的三维设计方法研究
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４ 结论
本文立足于 ＣＡＴＩＡＶ５平台，以蓄集峡水利枢 纽工程为研究对象，对水电站电气 ＢＩＭ 应用进行 了探索，研究成果如下：
（１）ＣＡＴＩＡ Ｖ５平台下，完成几十种水电站电 气设备的参数化建模，形成了能够应用于 １１０ｋＶ电 压等级水电站工程的电气设备库，今后在各种规模 的水电站设计中，仅对既有的电气设备库进行相应 的参数化修改就可以应用于生产设计，大大减少了 重复建模的时间。
利用 ＣＡＴＩＡ软件的逆向工程模块对坝址区的 地形地质进行模拟。使趾板“Ｘ”线的定制直接以三 维地形地 质 为 基 础。 三 维 直 观 的 “Ｘ”线 设 计 方 法， 既保证了趾板建基面坐落在坚硬、不冲蚀和可灌浆 的基岩上。又使“Ｘ”线的布置尽可能平顺，不出现 陡坎和反坡，如图 ２所示。
收稿日期：２０１８０２０８ 作者简介：董甲甲（１９８３年—），男，工程师。
由规范［３］可知混凝土面板的厚度随坝高线性增 加，而趾板体型参数与面板厚度有关，因此除河床 水平段外，趾板在任意位置处的体形参数均是不同 的。设计中通过调节 ＤＦ的长度来满足 ＢＥ段长度 的要求。同时趾板的 ＡＣ段和 ＩＡ段的长度和方向 也随 ＤＦ段的变化而变化。
２ 趾板三维设计实现方法
图 １ 趾板标准断面
（２）设备数字名片的引入及设备自动命名的实 现，使水电站电气设备不再是孤立的个体，它们被 赋予了 技 术 参 数 及 产 品 信 息，可 以 被 设 计 者 更 便 捷、全面的应用于工程中。此举也为 ＣＡＴＩＡＶ５在 电气专业数字化水电站方向的发展进步打下了良好 的基础。
三维协同设计
ＤＯＩ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１６７２２４６９２０１８０２０３１
水利规划与设计
２０１８年第 ２期
混凝土面板堆石坝趾板的三维设计方法研究
董甲甲，蔺志刚，王美斋，霍鹤飞
（黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 ４５０００３）
摘要：根据相关工程设计实践可知，趾板“Ｘ”线的准确定位和趾板间过渡段处理等是混凝土面板堆石坝趾板设计 的重点和难点所在。借助三维设计软件 ＣＡＴＩＡ为平台，运用逆向工程、模板和参数化技术，解决趾板设计中的 空间问题，以达到提高趾板设计效率和设计精度的目的。 关键词：趾板；三维设计；ＣＡＴＩＡ 中图分类号：ＴＶ６４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２２４６９（２０１８）０２０１２５０２
·１２５·
２０１８年第 ２期
水利规划与设计
三维协同设计
图 ２ “Ｘ”线的三维定制
２２ 直线段趾板的三维设计 “Ｘ”线直线段上的趾板体型是线性变化的。在
靠近“Ｘ”线直线段两端点的延长线上分别插入趾板 典型断面的 ＣＡＴＩＡ模板，通过调整模板参数，满 足典型断面的位置要求。再通过 ＣＡＴＩＡ的“多截面 实体”命令将两个典型断面拟合成三维模型，如图 ３所示。
趾板的宽度和水力梯度有关，换言之和作用水 头有关，坝肩处作用水头较小，趾板的设计也可适 当放宽，为了方便布置止水，封闭周边缝，坝肩处 的趾板往往与防浪墙相连。由于趾板典型断面的位 置要求，造 成 坝 肩 处 趾 板 底 面 与 防 浪 墙 底 面 不 共 面，通常在 趾 板 与 防 浪 墙 之 间 添 加 一 个 “三 角 板 ” 使之平顺过渡，如图 ５所示。
３ 应用实例
ＣＣＳ混 凝 土 面 板 堆 石 坝 工 程， 坝 顶 高 程
·１２６·
图 ５ 趾板在坝肩处的三维处理方法
１２３３５ｍ，最大坝高 ５１ｍ。１２１０ｍ高程以上趾板宽 ５ｍ，厚 ０６ｍ；１２１０ｍ 高 程 以 下 趾 板 宽 ６ｍ， 厚 ０６ｍ。用上述三 维 设 计 方 法 进 行 趾 板 设 计， 对 趾 板过渡段和坝肩进行处理，如图 ６所示。
图 ６ 趾板三维设计的应用实例
４ 结论
运用三维设计方法进行趾板 （下转第 １４６页）
２０１８年第 ２期
水利规划与设计
Hale Waihona Puke 三维协同设计图 １１ 照明计算结果（等照度曲线）
两软件结合后的照明计算结果更精确，便于灯 具的设计及位置调整；三维成果的呈现也更直观、 准确，更符合工程设计的需要，客户的设计成果体 验得到明显的提升。
趾板的体型参数中，趾板的宽度 ＤＧ按容许水 力梯度确定，最小宽度不应小于 ３ｍ；趾板的厚度 ＧＨ宜与其连接的面板厚度相当，最小设计厚度应 不小于 ０３ｍ；考虑到混凝土面板的滑模浇筑，趾 板的上游面 ＩＡ宜平行与混凝土面板上游面；趾板
ＣＡＴＩＡ是一款功能强大的 ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ 一 体化软件，其设计技术和解决方案在世界处于领先 地位［４］。软件的逆向工程、模板和参数化功能十分 强大。 ２１ “Ｘ”线的三维定制
趾板在混凝土面板堆石坝中是连接防渗面板和 基础防渗体的重要构件［１］，既是面板浇筑的基础， 又是基础灌浆的工作平台。趾板对基础面的要求较 高，空间位置受限于坝址处地形地质条件，其空间 布置的特点和过渡段的处理给传统设计方法带来极 大的困 难，因 此 趾 板 应 用 三 维 手 段 进 行 设 计 十 分 必要。
１ 趾板体型参数确定
在我国面板坝工程实践中，一般以面板下游面 与趾板基础的交线，即“Ｘ”线作为趾板体型设计和 基础开挖的控制线［２］。为便于施工和基础灌浆，趾 板布置应首先采用平趾板，即趾板面等高线始终垂 直与“Ｘ”线。趾板标准断面如图 １所示。
的下游面 ＡＣ应垂直于面板下游面，以保证趾板均 匀的承载混凝土面板传来的力；趾板下游若与防渗 板连接，则趾板的 ＣＤ段应与防渗板的宽度相同， 若趾 板 下 游 无 防 渗 板， 则 趾 板 的 ＣＤ 段 通 常 取 ０３ｍ；一般要求趾板的 ＢＥ段大于 ９０ｃｍ，使地基 对面板的端部不产生硬性支承，不造成过大的弯曲 应力。
图 ４ 趾板间过渡段的三维处理方法
图 ３ 直线段趾板的三维设计
２３ 趾板间过渡段的三维处理方法 趾板沿“Ｘ”线布置，“Ｘ”线相邻直线段趾板的
过渡是趾板设计的难点，需借助三维手段对趾板过 渡段进 行 有 效 准 确 的 处 理。延 长 趾 板 模 型 的 直 线 段，使相邻直线段的趾板自然相交，剪除外沿，即 为过渡段，如图 ４所示。 ２４ 趾板在坝肩处的三维处理方法
本文立足于 ＣＡＴＩＡＶ５平台，以蓄集峡水利枢 纽工程为研究对象，对水电站电气 ＢＩＭ 应用进行 了探索，研究成果如下：
（１）ＣＡＴＩＡ Ｖ５平台下，完成几十种水电站电 气设备的参数化建模，形成了能够应用于 １１０ｋＶ电 压等级水电站工程的电气设备库，今后在各种规模 的水电站设计中，仅对既有的电气设备库进行相应 的参数化修改就可以应用于生产设计，大大减少了 重复建模的时间。
利用 ＣＡＴＩＡ软件的逆向工程模块对坝址区的 地形地质进行模拟。使趾板“Ｘ”线的定制直接以三 维地形地 质 为 基 础。 三 维 直 观 的 “Ｘ”线 设 计 方 法， 既保证了趾板建基面坐落在坚硬、不冲蚀和可灌浆 的基岩上。又使“Ｘ”线的布置尽可能平顺，不出现 陡坎和反坡，如图 ２所示。
收稿日期：２０１８０２０８ 作者简介：董甲甲（１９８３年—），男，工程师。
由规范［３］可知混凝土面板的厚度随坝高线性增 加，而趾板体型参数与面板厚度有关，因此除河床 水平段外，趾板在任意位置处的体形参数均是不同 的。设计中通过调节 ＤＦ的长度来满足 ＢＥ段长度 的要求。同时趾板的 ＡＣ段和 ＩＡ段的长度和方向 也随 ＤＦ段的变化而变化。
２ 趾板三维设计实现方法
图 １ 趾板标准断面
（２）设备数字名片的引入及设备自动命名的实 现，使水电站电气设备不再是孤立的个体，它们被 赋予了 技 术 参 数 及 产 品 信 息，可 以 被 设 计 者 更 便 捷、全面的应用于工程中。此举也为 ＣＡＴＩＡＶ５在 电气专业数字化水电站方向的发展进步打下了良好 的基础。
三维协同设计
ＤＯＩ：１０３９６９／ｊｉｓｓｎ１６７２２４６９２０１８０２０３１
水利规划与设计
２０１８年第 ２期
混凝土面板堆石坝趾板的三维设计方法研究
董甲甲，蔺志刚，王美斋，霍鹤飞
（黄河勘测规划设计有限公司，河南 郑州 ４５０００３）
摘要：根据相关工程设计实践可知，趾板“Ｘ”线的准确定位和趾板间过渡段处理等是混凝土面板堆石坝趾板设计 的重点和难点所在。借助三维设计软件 ＣＡＴＩＡ为平台，运用逆向工程、模板和参数化技术，解决趾板设计中的 空间问题，以达到提高趾板设计效率和设计精度的目的。 关键词：趾板；三维设计；ＣＡＴＩＡ 中图分类号：ＴＶ６４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２２４６９（２０１８）０２０１２５０２
·１２５·
２０１８年第 ２期
水利规划与设计
三维协同设计
图 ２ “Ｘ”线的三维定制
２２ 直线段趾板的三维设计 “Ｘ”线直线段上的趾板体型是线性变化的。在
靠近“Ｘ”线直线段两端点的延长线上分别插入趾板 典型断面的 ＣＡＴＩＡ模板，通过调整模板参数，满 足典型断面的位置要求。再通过 ＣＡＴＩＡ的“多截面 实体”命令将两个典型断面拟合成三维模型，如图 ３所示。
趾板的宽度和水力梯度有关，换言之和作用水 头有关，坝肩处作用水头较小，趾板的设计也可适 当放宽，为了方便布置止水，封闭周边缝，坝肩处 的趾板往往与防浪墙相连。由于趾板典型断面的位 置要求，造 成 坝 肩 处 趾 板 底 面 与 防 浪 墙 底 面 不 共 面，通常在 趾 板 与 防 浪 墙 之 间 添 加 一 个 “三 角 板 ” 使之平顺过渡，如图 ５所示。
３ 应用实例
ＣＣＳ混 凝 土 面 板 堆 石 坝 工 程， 坝 顶 高 程
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图 ５ 趾板在坝肩处的三维处理方法
１２３３５ｍ，最大坝高 ５１ｍ。１２１０ｍ高程以上趾板宽 ５ｍ，厚 ０６ｍ；１２１０ｍ 高 程 以 下 趾 板 宽 ６ｍ， 厚 ０６ｍ。用上述三 维 设 计 方 法 进 行 趾 板 设 计， 对 趾 板过渡段和坝肩进行处理，如图 ６所示。
图 ６ 趾板三维设计的应用实例
４ 结论
运用三维设计方法进行趾板 （下转第 １４６页）
２０１８年第 ２期
水利规划与设计
Hale Waihona Puke 三维协同设计图 １１ 照明计算结果（等照度曲线）
两软件结合后的照明计算结果更精确，便于灯 具的设计及位置调整；三维成果的呈现也更直观、 准确，更符合工程设计的需要，客户的设计成果体 验得到明显的提升。
趾板的体型参数中，趾板的宽度 ＤＧ按容许水 力梯度确定，最小宽度不应小于 ３ｍ；趾板的厚度 ＧＨ宜与其连接的面板厚度相当，最小设计厚度应 不小于 ０３ｍ；考虑到混凝土面板的滑模浇筑，趾 板的上游面 ＩＡ宜平行与混凝土面板上游面；趾板
ＣＡＴＩＡ是一款功能强大的 ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ 一 体化软件，其设计技术和解决方案在世界处于领先 地位［４］。软件的逆向工程、模板和参数化功能十分 强大。 ２１ “Ｘ”线的三维定制
趾板在混凝土面板堆石坝中是连接防渗面板和 基础防渗体的重要构件［１］，既是面板浇筑的基础， 又是基础灌浆的工作平台。趾板对基础面的要求较 高，空间位置受限于坝址处地形地质条件，其空间 布置的特点和过渡段的处理给传统设计方法带来极 大的困 难，因 此 趾 板 应 用 三 维 手 段 进 行 设 计 十 分 必要。
１ 趾板体型参数确定
在我国面板坝工程实践中，一般以面板下游面 与趾板基础的交线，即“Ｘ”线作为趾板体型设计和 基础开挖的控制线［２］。为便于施工和基础灌浆，趾 板布置应首先采用平趾板，即趾板面等高线始终垂 直与“Ｘ”线。趾板标准断面如图 １所示。
的下游面 ＡＣ应垂直于面板下游面，以保证趾板均 匀的承载混凝土面板传来的力；趾板下游若与防渗 板连接，则趾板的 ＣＤ段应与防渗板的宽度相同， 若趾 板 下 游 无 防 渗 板， 则 趾 板 的 ＣＤ 段 通 常 取 ０３ｍ；一般要求趾板的 ＢＥ段大于 ９０ｃｍ，使地基 对面板的端部不产生硬性支承，不造成过大的弯曲 应力。
图 ４ 趾板间过渡段的三维处理方法
图 ３ 直线段趾板的三维设计
２３ 趾板间过渡段的三维处理方法 趾板沿“Ｘ”线布置，“Ｘ”线相邻直线段趾板的
过渡是趾板设计的难点，需借助三维手段对趾板过 渡段进 行 有 效 准 确 的 处 理。延 长 趾 板 模 型 的 直 线 段，使相邻直线段的趾板自然相交，剪除外沿，即 为过渡段，如图 ４所示。 ２４ 趾板在坝肩处的三维处理方法