基于三维地质模型的地下厂房参数化设计与方案优选研究

论文摘要

在我国修建水电工程,常会遇到地下厂房的设计问题。地下厂房是一个庞大的地下空间结构,洞室之间的空间关系错综复杂,地下厂房设计工作由初步设计到最终设计方案的确定经历多个阶段,设计方案需要反复修改,设计工作量大。影响地下厂房设计最主要的因素是地质条件,然而地下厂房一般都布置在高山峡谷中,地下厂房工程区域的地质条件往往十分复杂。二维的地下厂房设计方法,难以满足直观、快速、交互设计的需求。根据参数化设计原理,运用人机交互技术、参数化建模技术和数据库技术,基于三维地质模型,对地下厂房参数化设计理论与应用进行了深入研究,主要研究成果在于以下三个方面:(1)探讨了地下厂房参数化设计的相关问题,提出了地下厂房参数化设计的概念和基于三维地质模型的地下厂房参数化设计方法。地下厂房参数化设计包含了自顶向下和自底向上的设计过程;基于三维地质模型,通过对地下厂房参数化设计约束的识别、表达和求解,进行地下厂房位置、轴线方位和横断面的设计;基于三维建模的关键算法,构建地下厂房设计方案的三维模型。(2)针对地下厂房设计的复杂性和多样性,提出了地下厂房设计多方案优选方法。考虑到影响地下厂房设计的综合因素,构建了地下厂房设计方案的评价指标体系,通过计算地下厂房设计方案评价指标的权重,对地下厂房设计方案的相对优劣程度进行定量分析,为地下厂房设计方案的评价和优选提供了分析手段。(3)基于地下厂房参数化设计的理论与方法,研制开发了地下厂房参数化设计系统。通过用户需求分析,确定了地下厂房参数化设计系统的开发原则和目标,进行了地下厂房参数化设计系统的总体设计和功能设计,阐述了地下厂房参数化设计系统的应用流程,实现了地下厂房参数化设计系统的洞室轴线设计、洞室三维建模、设计方案分析和设计成果输出四个模块的功能开发,该系统在功能上满足地下厂房设计的基本要求。本文的研究是结合某抽水蓄能电站的地下厂房设计来开展的,地下厂房参数化设计系统具有重要的工程应用价值,有助于提高水电工程地下厂房的设计效率和设计水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究发展与现状
• 1.2.1 地下厂房计算机辅助设计的发展与现状
• 1.2.2 参数化设计的研究发展与现状
• 1.3 研究内容及结构
• 第二章 地下厂房参数化设计的基本概念
• 2.1 地下厂房设计相关问题的分析
• 2.1.1 地下厂房设计所需资料
• 2.1.2 地下厂房尺寸设计
• 2.1.3 地下厂房洞室间距设计
• 2.1.4 地下厂房洞群设计
• 2.2 地下厂房设计原则
• 2.2.1 地下厂房轴线设计原则
• 2.2.2 地下厂房洞身形状和尺寸设计原则
• 2.3 参数化设计的基本原理
• 2.4 地下厂房参数化设计概念与思路
• 2.4.1 地下厂房参数化设计概念
• 2.4.2 地下厂房参数化设计思路
• 第三章 基于三维地质模型的地下厂房参数化设计方法与实现
• 3.1 三维地质模型与属性数据库的构建
• 3.2 地下厂房参数化设计约束的分类与简化
• 3.2.1 地下厂房几何元素的定义
• 3.2.2 约束的分类
• 3.2.3 约束的简化
• 3.3 地下厂房三维模型的构建
• 3.3.1 地下厂房三维建模的思路
• 3.3.2 基于三维地质模型的地下厂房位置设计
• 3.3.3 基于三维地质模型的地下厂房轴线方位设计
• 3.3.4 地下厂房横断面模型的构建
• 3.3.5 地下厂房三维建模的关键算法
• 3.4 工程实例
• 3.4.1 工程区域地质建模
• 3.4.2 厂房参数化方案设计
• 3.4.3 地下厂房洞室间距设计
• 3.4.4 地下厂房洞室多方案对比
• 3.4.5 地下厂房洞群设计方案
• 第四章 地下厂房设计多方案优选方法研究
• 4.1 地下厂房设计多方案优选步骤
• 4.2 评价指标体系的构建
• 4.3 地下厂房设计多方案优选方法
• 4.4 工程实例
• 第五章 地下厂房参数化设计系统的研制与开发
• 5.1 用户需求分析
• 5.2 系统的开发原则和目标
• 5.3 系统总体设计
• 5.4 系统功能设计
• 5.5 系统应用流程
• 5.6 系统界面设计
• 5.7 系统模块功能实现
• 5.7.1 系统基础数据准备
• 5.7.2 洞室轴线设计模块功能实现
• 5.7.3 洞室三维建模模块功能实现
• 5.7.4 设计方案分析模块功能实现
• 5.7.5 设计成果输出模块功能实现
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢