[发明专利]多级平台的平马道三维自动开挖设计方法

说明书

本发明公开了一种多级平台的平马道三维自动开挖设计方法，采用参数化设计方法，根据上、下相邻级两平台间的高程差及开挖坡度设计参数，创建辅助圆、寻找所述辅助圆满足设计要求的切线；然后创建偏移曲线、求解所述切线与所述偏移曲线的交点，形成平马道内侧和外侧控制曲线；之后，再利用每级平马道内侧和外侧所述控制曲线形成封闭曲面，实现多级平台的平马道三维自动开挖设计。本发明采用计算机系统辅助多级平台的三维开挖设计，设计方法流程统一且规范，非常适合编制程序；采用三维设计软件‑CATIA，仅需要5min即可完成多级平台的平马道三维开挖设计，大幅提升了重力坝及包含多级平台建筑物的开挖设计效率。

技术领域

本发明涉及水工建筑物三维开挖设计方法，尤其是涉及多级平台的平马道三维自动开挖设计方法。

背景技术

随着三维设计在水利行业内的广泛运用，不可避免要面临水工建筑物的三维开挖设计，由于水工建筑物的复杂性，三维开挖设计往往是这些水工建筑物三维设计中较复杂的部分。

目前，水工建筑物开挖面设计最主要的方法为拉伸曲面、扫略曲面和多截面曲面，这些方法都有各自适用的范围。拉伸曲面法存在的不足是仅适用于沿单一方向的开挖；扫略曲面法可以沿曲线或者折线等引导线进行开挖，存在的不足是当引线的曲率较大时，经常会出现自相交的问题；多截面曲面法适用于多个控制断面间创建开挖面，存在的不足是稍微复杂的开挖设计的控制断面难以事先确定。因此，对于水工建筑物中具有多级平台的平马道开挖，以上三种方法均不能实现。

发明内容

本发明目的在于提供一种适用范围广的多级平台的平马道三维自动开挖设计方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述多级平台的平马道三维自动开挖设计方法，采用参数化设计方法，根据上、下相邻级两平台间的高程差及开挖坡度设计参数，创建辅助圆、寻找所述辅助圆满足设计要求的切线；然后创建偏移曲线、求解所述切线与所述偏移曲线的交点，形成平马道内侧和外侧控制曲线；之后，再利用每级平马道内侧和外侧所述控制曲线形成封闭曲面，实现多级平台的平马道三维自动开挖设计。

优选地，所述多级平台的平马道三维自动开挖设计方法，包括下述步骤：

S1，采用折线分别将每一级平台位于上游侧的端点、下游侧的端点相连，得到多级平台的上游侧控制折线、下游侧控制折线；每一级平台位于上游侧的所述端点是指：该级平台位于上游侧宽度方向的两个端点；同理，每一级平台位于下游侧的所述端点是指：该级平台位于下游侧宽度方向的两个端点；

S2，通过上游侧和下游侧所述的控制折线生成开挖方向控制轴系，用于控制上游侧和下游侧开挖曲线的偏移方向，从而确保开挖曲线往多级平台范围的外侧进行偏移；通过控制折线生成开挖方向控制轴系方法如下：

S2.1，在所述上游侧控制折线上，任取相邻两个端点的连线在水平面上的投影作为X轴，建立直角坐标系；所述X轴正方向与多级平台走向一致，Z轴正方向垂直向上，Y轴正方向按右手螺旋方向确定，所述Y轴正方向为上游侧开挖偏移方向；在所述下游侧控制折线上，任取相邻两个端点的连线在水平面上的投影作为X'轴，建立直角坐标系；所述X'轴正方向与多级平台走向一致，Z'轴正方向垂直向下，Y'轴正方向按右手螺旋方向确定，所述Y'轴正方向为下游侧开挖偏移方向；

S3，任取两个上、下相邻的高一级平台j和低一级平台i，首先寻找高一级所述平台j的平马道内侧和外侧控制曲线；其中，i和j为≥1的自然数，j=i+1；获取平台j内侧控制曲线的步骤如下：

S3.1，将平台j下游侧两个端点中与低一级所述平台i下游侧相邻的端点作为基准点，定义为B点，平台j下游侧另一个端点定义为B'点；平台i下游侧与平台j相邻的端点定义为A点，平台i下游侧另一个端点定义为E点；

S3.2，计算平台i和平台j的高程差h；