伍雪丰

【摘要】水文缆道是指能将水文测验设备、仪器运送到测验断面内任一指定起点距（水平位置）和垂线测点位置，进行测验作业而架设的跨河的索道系统。

【关键词】缆道设计；三维建模；水文

最早的水文缆道是我国水文工作者在五十年代创建的，经过六十多年的实践、革新和发展，已由从前人工控制的手摇缆道发展到目前高新技术含量较高的全自动水文缆道测流系统，而未来，水文缆道是朝着高新技术应用的多元化、定位移动监测的一体化、无人值守的智能化方向发展。万丈高楼平地起，在关注测流高新技术的同时，也不能忽略缆道基础设施建设技术更新与发展。阿坝州地处山区，其2012～2013年中小河流水文监测系统建设项目中涉及到水文站的缆道建设，本文就山区中小河流水文站建设的实际情况出发，浅谈一下相关的三维建模技术在缆道设计的应用思路。

1.三维建模技术在缆道设计中的应用分析

三维模型是物体多边形的表现形式，通常采用计算机或其它视频设备进行显示，可真实模拟现实中存在的实体或虚构的物体。目前，三维建模技术已经应用于很多领域，例如：医疗行业制作器官模型，建筑行业用三维模型进行建筑的真实展示，工业行业作为零部件模具加工等，其应用效果也得到越来越多人的认可。

应用三维建模技术到水文缆道设计中，创造三维环境，建立相关三维缆道模型，将设计内容与图形可视化结合起来，将该技术应用于缆道分析，使得缆道设计图纸三维化，仿真化，以方便于检查设计中的细微瑕疵和方案的推敲修改。

1.1随着计算机的不断发展，传统的水文缆道设计制图已告别了手工绘图的束缚，CAD辅助制图功能已成为设计人员不可缺少的工具，虽然CAD的二维制图功能相当强大，设计制图快速方便，容易修改，尺寸把握精确，但对于缆道设计人员来讲，受空间、结构形式及缆道构件尺寸的限制，各种工作索及附属设备、预埋件的布置需花费大量的时间核对尺寸信息和它们之间的空间关系。

利用三维建模的技术，能实现对水文缆道“360度无死角”可视化设计，其设计更直观、清楚，容易避免缆道结构性错误的存在，降低了二维制图对设计人员立体想象能力素质的要求。通过三维建模方式进行的缆道设计，视觉效果好，画面立体，数据结构简单，能够生成各种视图，从本质上减轻大量繁琐简单的制图工作，使得工作人员以更好精力投入到更富有创造性的设计环节中，极大提高了设计工作的效率。

1.2在水文缆道转向结构设计中，转向滑轮作为水文缆道的重要构成部件，其重要性也是显而易见，滑轮的结构设计主要是从减少缆道动力消耗，延长钢索的使用寿命，减少自身磨损等方面考虑。一般情况下转向滑轮与支柱之间的连接，多采用柔性材质连接，可避免刚性连接带来的因受力方向与工作索不一致而产生的钢丝绳过度磨损滑轮的后果。

采用二维图纸方式进行设计，导向滑轮因柔性连接，其受力后的空间位置以及缆道系统工作索实际走向都存在太多不确定因素，这就对设计工作者对缆道预埋件合理位置的判断以及缆道系统布设造成了一定困难。在以往的施工过程中，往往依靠水文工作者的经验值控制和优化设计，但具有一定的局限性和不可逆性，无法在安装调试过程中避免出现工作索交叉，滑轮未到预期位置，工作索与周边建筑搽挂甚至出现无法进行安装的现象。

利用三维建模技术，创建具有多种感知的周边虚拟环境和缆道模型，在三维空间内进行缆道系统施工前的模拟安装调试实验，分析缆道构件受力后的运行轨迹、空间位置和受力状况，对构件位置、尺寸等参数展开定量的分析工作，从而合理调整缆道系统的布设和构件位置的确定，降低施工期间缆道系统安装调试工作的难度。

1.3水文属专业性较强的行业，水文缆道基础设施建设具有其特有的个性特征，在施工中，承建方多为建筑行业队伍，缺乏相关水文常识，某些专业性较强的重点施工部位，凭借二维图纸和文字难以与施工方进行技术交流，致使施工方无法完全理解设计的主导思想和要求，不利于工程建设。

图纸作为设计人员与他人交流的介质，它承载了设计人员的所有语言和思路，采用三维建模技术，全方位展示水文缆道的施工细节和事项，直观的进行三维浏览并读取相关信息，有助于帮助非本专业人员理解图纸，在施工技术交底和施工过程中可发挥其独特优势。

2.建模方法

构建三维模型的方法，大体上分三种，一般工程类设计均采用三维软件建模，方便快捷，可操作性强。市场上三维建模软件较多，如3DMAX，SoftImage， Maya，UG以及AutoCAD等等。AutoCAD作为工程设计所熟悉的软件，加之其具有强大的二维制图功能，制图快速方便，容易修改，尺寸把握精确，在此仅以AutoCAD软件为例，简要介绍水文缆道建模方法。

2.1周边虚拟环境建模

水文缆道设计的前期工作即为实地勘查工作，无地形图资料的需进行地形测量，地形图上应包含设置水文缆道附近的树木，房屋，输电线路，高大建筑物及其高度，街道、公路、桥梁等信息。设计中需要根据实际地形情况，确定其架设的高度，基础的埋设深度等参数。

随着现代科学技术的快速发展，测绘技术和设备的更新，全野外数字化大比例尺地形图测量已实现全面普及。现行的测绘软件成果图多为平面图形。已有的三角网模型缺乏直观，难以与实地情况进行对比，测量数据以及三角网建立的合理性考证存在困难。

如何利用现有测量数据建立三维模型，且方法简单实用呢。AutoCAD软件提供了一个简单实用的方法：南方CASS软件作为普及绘图制作软件，自身提供了三角网数据的输出接口，打开AutoCAD软件，运行“Menload”命令，加载菜单文件后选择南方软件输出的三角网数据文件，即可得到地形的三维模型雏形。由于该三维模型完全依赖于三角网数据绘制而成，其软件自动构建三角网时，会忽略对实际地形陡坎和特殊地貌的考虑，造成三维模型的局部失真；加之野外采集数据的不完整性和密度不够也会导致三维模型的效果，这就需要人工通过第三方数据信息对数据进行干预和校正，通过实践证明，其三维模型成果可作为缆道设计使用，三维模型较好的反应了缆道位置周边的地形、地貌及构筑物的情况，对设计工作提供很大幫助。

2.2缆道建模

水文缆道的主要结构形式分为悬索式缆道、吊箱式缆道、吊船式缆道和多夸式缆道。在设计中要了解缆道断面的基本情况，如测流河段主流位置、流向与断面垂直、测流河段的顺直长度，河道宽度等资料。还要对测量河段的历史最高水位和历史最低水位以及历史最大流速、最大含沙量和实测最深水位等。根据缆道断面基本情况及资料、相关规范和设计要求选择合适的水文缆道结构形式设计。

在缆道建模时首先要对模式结构进行分析，把模型复杂结构分成若干简单结构在建模过程中进行组合。把二维图或基本体拉伸或旋转等方法形成简单实体，在通过计算和编辑获得三维模型。另外在建模技巧中，灵活建立坐标系和坐标系管理，在三维模型建立过程中，除了世界坐标系外，还要根据自己的需要绘制用能和x、y、z轴方向旋转或移动的用户坐标系，用户坐标系的建立是三维建模的关键步骤。在复杂模型建立过程中，用户坐标系数目比较多，为了更方便的进行坐标系的变换，可以把不同方向用户坐标系进行预先定义和保存在用户坐标系管理中，使用时直接调用。

3.总结和展望

三维建模技术在随着科学技术不断的发展和促进下，得到了快速的发展，三维建模技术的精度更高，真实感更强，使用技术和装备更简单，能够满足水文缆道建设中各个层次需求，更加直观的解决水文缆道建设施工中二维图像不好表达的问题。三维建模在以后的水文缆道设计中必然成为重要的工具，需要我们水文缆道设计建模人员的努力之外，还需要借鉴其他行业三维建模发展经验和成果，在以后水文缆道设计建模中如何结合实际需要建立具有指导行水文缆道设计建模的方法、原则和标准是未来水文缆道设计建模工作组研究的重要问题。

参考文献

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