地形实体建模及其在工程施工中的应用

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1、第４０卷第１２期人民长江Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．１２２００９年６月ＹａｎｇｔｚｅＲｉｖｅｒＪｕｎｅ，２００９文章编号：１００１－４１７９（２００９）１２－００５５－０３地形实体建模及其在工程施工中的应用严匡柠陈和勇（武警水电第二总队第七支队，江西鹰潭３３５０００）摘要：阐述了利用ＡｕｔｏＣＡＤ进行地形地貌三维建模的思路和方法，以及利用三维模型“所见即所得”，即直接感观模型效果、直接获得工程量、直接获得坐标数据等的特性。结合工程实践，将三维模型应用到工程施工中。三维建模，尤其是与地形相关的建模，尽管较二维制图复杂，但一旦实体构建完成，并将其应用在工程中，将是一劳永逸、受益匪浅。所以

2、二维制图向三维建模的延伸是其必然。关键词：实体；地形建模；拉伸；布尔运算；应用中图分类号：Ｐ９３１文献标识码：Ａ１概述ＡｕｔｏＣＡＤ是当前工程界应用最为广泛的计算机辅助制图软件之一。该软件具有极为强大的建模功能，能够精确、便捷地创建各种三维图形。工程人员可以在ＡｕｔｏＣＡＤ的三维空间中直接生成与实际物体基本相同的三维模型。通过ＡｕｔｏＣＡＤ的三维模型，可形象直观地查看绘图结果，并可在此基础上进一步创建具有真实感的模型渲染图像，以更好地表达图形效果。随着ＣＡＤ软件及其应用的发展，越来越多的制图部门都开始利用计算机直接进行三维建模。笔者认为，作为从事水利水电工程的施工技术人员，在

3、熟练掌握ＡｕｔｏＣＡＤ平面制图的基础上，有必要进一步熟悉ＡｕｔｏＣＡＤ的三维建模。有了三维建模，工程人员就可以很准确地获得某工程的开挖工程量、填筑工程量或是混凝土工程量等，可以很方便地获得建筑物实体特征点坐标，可以图１利用某工程竣工测量数据所构成的三角网很直观地对复杂建筑物的施工进行技术交底等。２地形建模的基本思路对于规则实体建模，很多参考书都已有介绍。水工建筑物常常可以看成是由多个规则体组合而成的，其建模通过ＣＡＤ的“拉伸”、“旋转”、“并集”、“差集”、“交集”以及“切割”等常规命令可以轻松实现。因此，对规则的水工建筑物的构建，不作专门阐述。但大部分水工建筑物实体必须与地

4、形实体进行布尔运算后才能有实际意义。比如土石坝建模后，须与地形实体进行差集运算，即减去土石坝实体中与地形实体重叠的部分，所得到的坝体才是真正的含有地形信息的土石坝。地形实体是一个不规则体，那么应如何构建地形实体呢？众所周知，利用室外测量所测得的三维坐标点，在ＣＡＤ中经过展点后，可通过运算构成空间三角网。图１是利用某工程图２单个三棱柱建模示意竣工测量数据所构成的三角网。收稿日期：２００９－０５－１０作者简介：严匡柠，男，武警水电第二总队第七支队，高级工程师。５６人民长江２００９年图３系列三棱柱体的构建取图１中的任意一个空间三角网，可以获得该三角网３个工。笔者认为，构建后的工程三

5、维实体有以下几项作用：顶点的空间坐标（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ），其中ｉ＝１、２、３。先利用该３点的（１）可直接获得实体模型的工程量；平面坐标（Ｘｉ，Ｙｉ）绘制一封闭的二维多段线，如图２（ａ）所示。（２）为编制施工方案和编排计划提供基础资料；对该多段线实施“拉伸”，生成一三棱柱体，使其拉伸高度大于（３）获得模型特征点坐标；Ｚｉ（ｉ＝１、２、３），如图２（ｂ）所示。应用“剖切”命令，以空间三角（４）可用于图纸会审；网３个顶点为斜剖切面对三棱柱体实施剖切，保留三角网以下（５）可用于技术交底。部分实体，如图２（ｃ）所示。如此，对所有三角网重复以上操作，形成一系列的经斜剖切的三棱柱。这一系列

6、的操作就相当于把不规则地形分解成三角形单元，尔后按构建规则体的命令来实现地形实体。图３（ａ）是利用图１一部分三角网生成并经斜剖切的三棱柱。对这一部分斜剖切的三棱柱实施“并集”命令，使三棱柱并成一个整体的实体，如图３（ｂ）所示。图３（ｃ）是其体着色后的效果。３地形建模的程序化以上操作全部采用手工完成那是不可想象的，因为要完成一个大的地形实体，其测量点数量一般是以万计，生成的三角网数量自然也是以万计。就图１而言，测量点数量约１４０００个，形成的三角网约２６５００个。因此应寻求地形三维建模的程序自动化。图５利用图１三角网构建的地形实体对于测量展点并利用测量点形成三角网，可利用专业测

7、量４．１获得模型的工程量软件完成，笔者用ＶＢＡ语言编制了测量展点和生成三角网的程如欲知道坐落在图５地形之上的堆石坝的工程量，可以先序。在已生成三角网的基础上，笔者按照上述基本思路同样采根据大坝标准断面和坝轴线，利用ＣＡＤ的“拉伸”命令形成大用ＶＢＡ语言编制了地形实体的构建程序，并将以上程序集成在坝实体，并使大坝实体与图５中的地形实体进行布尔运算，形成一个菜单中，可以直接外挂在ＣＡＤ菜单栏中使用，如图４所示。包含地形信息的大坝实体，如图６所示。此时，点击ＣＡＤ工具图５是利用本程序并结合图１三角网所构建的地