基于三维地质模型的地下洞室参数化设计与方案优选（钟登华郭享李明超刘杰）摘要：水电工程地下洞室区域所处的地质构造往往比较复杂，二维设计方法有一定的局限性．引入非均匀有理B样条(NURBS)技术，并结合地质交互解译、TIN算法和地质趋势面分析理论方法构建三维地质模型．基于三维地质模型，提出地下洞室三维参数化设计的概念和方法，对设计成果进行分析，并应用改进的层次分析法，构建地下洞室设计方案的优选模型．通过在某水电工程设计中的应用验证了该方法的可行性．关键词：水电工程；地下洞室；三维地质模型；参数化设计；方案优选：TP391．72文献标志码：A：0493—2137(XX)05—0519—06在水电工程建设中，地下洞室被广泛采用．大型地下洞室的兴建，必然会遇到复杂的地质条件和大量的地质问题，给地下洞室的设计和方案优选带来了较大的困难．传统的工程地质资料分析和解释以及地下洞室设计方法常采用二---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---维的表达方式，难以直接、完整、准确地理解地质构造，难以满足直观、快速、交互设计的需求．随着设计工作的不断发展，CAD系统已经逐渐成为设计人员的必备工具，参数化设计是当前CAD技术的研究热点．近年来，参数化设计主要应用于机械工程CAD和CAM等领域．李东浩等人[1]提出了参数化设计中图形信息的前置处理技术．郑忠俊等人[2]研究了面向参数化设计的工程数据库管理系统．杨宁等人[3]提出了基于工程优化设计的参数化设计系统．潘双夏等人[4]提出了基于工程约束的参数化建模策略．顾晓华等人[5]提出了基于知识工程的参数化设计方法．董玉德等人[6]研究了自学习模式的智能参数化设计方法．Myung等人[7]提出了基于设计专家系统来完成设计单元的参数化建模．Ugail等人[8]提出了通过求解偏微分方程得到模型的边界值，进而完成参数化建模．Monedero等人[9]详细总结了参数化设计方法，并且介绍了机械工程之外建筑行业中参数化设计的一些经验．机械工程的参数化设计主要解决零部件的设计、组装等过程，与其不同的是，水电工程还要考虑到工程背景和便于施工的要求，工程选址不同，很可能会带来设计方案的完---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---全变更．考虑到参数化设计的一般概念和地下洞室工程的特点，笔者提出地下洞室三维参数化设计的概念是基于三维地质模型，用一个或多个参数或约束变量确定地下洞室的位置、形状和结构尺寸，交互地设计出地下洞室三维模型．地下洞室参数化设计是水电工程设计人员长期以来追求的目标，其不仅为地下洞室设计与方案优选提供一个科学简便、形象直观的手段，而且有助于推动水利水电设计工作的智能化和现代化发展．1地下洞室三维参数化设计系统分析1．1用户的系统需求分析地下洞室工程设计过程中，设计人员迫切地希望建立一套功能完善、便于使用的三维参数化系统，基于目前理论和技术的发展，提出以下需求：(1)为便于设计人员使用，采用设计人员熟悉并且功能强大的设计软件作为开发平台；(2)利用参数化设计技术，构建地下洞室涉及到的所有模型的通用设计工具，将其模块化，形成工具库；---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---(3)为了克服二维设计不直观和三维设计定位不便捷的缺陷，采用二维和三维协同设计，并实现设计成果的二维和三维输出；(4)实现设计成果工程量统计等查询与分析功能．1．2系统总体设计采用AutoCAD软件平台，选用VBA作为二次开发工具，地下洞室三维参数化设计系统总体结构如图1所示．该系统由洞线定线子系统、洞室建模子系统、工程分析子系统和成果输出子系统构成，包括图形库、属性库、模型库和方法库等数据库．其中图形库存贮实体模型的图形，属性库存贮其属性信息，模型库存贮系统各应用模型，是有关各种模型程序模块的集合，方法库存贮对实体模型的操作与分析方法，包括各种通用的决策方法、优化算法及软件工具等各数据库相互连接，从而形成一个完整的系统．1．3系统功能设计系统功能设计是系统软件设计的具体化，依据系统需求和总体设计的要求，地下洞室参数化设...