水利水電工程設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用分析

貴州省安龍縣德臥鎮(zhèn)村鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)管理所 貴州 安龍 552402

工程圖是工程設(shè)計(jì)中主要的語言交流形式，快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，使得三維CAD技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)今后主要的發(fā)展方向，被廣泛應(yīng)用于航天、機(jī)械、建筑及電子設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中。水利水電工程中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，能提高方案對比的精確性，可將工程設(shè)計(jì)周期減少，節(jié)省工程造價(jià)，且有利于工程品質(zhì)及設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高，故而有必要研究該技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用。

1 三維CAD技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

就三維CAD技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)而言，主要包含：其一，更方便攜帶。傳統(tǒng)手工繪制方式的應(yīng)用，要求設(shè)計(jì)人員將大量器材、圖紙隨身攜帶，在時(shí)間與精力方面消耗很大，工作效率低下，稍有不慎還會損壞儀器設(shè)備。而三維CAD技術(shù)通過便捷式電腦或遠(yuǎn)程監(jiān)控便能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，攜帶更簡便；其二，制圖更快捷。水利水電工程設(shè)計(jì)中涉及的圖形計(jì)算相當(dāng)多，傳統(tǒng)人工方式不但耗時(shí)耗力，且難以保障準(zhǔn)確性[1]。而通過三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，憑借該技術(shù)自動求集模塊功能，支持自動求集等多項(xiàng)運(yùn)算，大量復(fù)雜的計(jì)算能在瞬間完成，可以更快捷化的制圖；其三，制圖更精準(zhǔn)。水利水電工程設(shè)計(jì)具備極高的精確性要求，然而其本身帶有特殊性、復(fù)雜性特征，通過手工制圖很難實(shí)現(xiàn)理想的精確度。而應(yīng)用三維CAD技術(shù)，憑借該技術(shù)計(jì)算方面的優(yōu)勢，能夠顯著簡化計(jì)算過程，達(dá)成迅速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)查算，且在繪制低水位水庫及壩面曲線時(shí)也能保障精確性，可將設(shè)計(jì)精確度要求順利滿足；其四，便捷化保存監(jiān)測。由于數(shù)據(jù)相當(dāng)復(fù)雜的緣故，選擇傳統(tǒng)方式進(jìn)行保存、查詢時(shí)效率極低。而三維CAD技術(shù)是將硬盤等作為存儲介質(zhì)，能夠很方便、快捷的保存數(shù)據(jù)并監(jiān)測。

2 水利水電工程設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于水工設(shè)計(jì)中 水工設(shè)計(jì)要求各個(gè)專業(yè)之間密切協(xié)調(diào)、配合，故而工程相當(dāng)復(fù)雜。為保障設(shè)計(jì)靈活性，并將可能出現(xiàn)的缺點(diǎn)規(guī)避，設(shè)計(jì)期間需著重應(yīng)用骨架設(shè)計(jì)模塊，通過合理劃分設(shè)計(jì)權(quán)限，為設(shè)計(jì)提供并行性、協(xié)同性保障。同時(shí)，以此為基礎(chǔ)合理進(jìn)行模板參數(shù)的確定，在相應(yīng)方法的運(yùn)用下完成三維結(jié)構(gòu)的建立，并向?qū)I(yè)分析軟件內(nèi)導(dǎo)入，即可將三維草圖獲取。而在設(shè)計(jì)好草圖之后，依托CAD三維技術(shù)設(shè)計(jì)平面及剖面，并圍繞設(shè)計(jì)成果完成相應(yīng)三維模型的建立，更明確、清晰的呈現(xiàn)空間概念，同時(shí)參照平面設(shè)計(jì)圖對生成的模型反復(fù)進(jìn)行校核。此外，整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，各個(gè)參與方應(yīng)當(dāng)積極溝通、交流，以便保障設(shè)計(jì)成果的有效性。

2.2 地質(zhì)地形勘測 三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，能夠結(jié)合原始地貌、周邊環(huán)境及大壩等特點(diǎn)完成三維立體數(shù)字化地形圖的繪制，同時(shí)出具仿真效果的圖紙。當(dāng)周邊環(huán)境或建筑關(guān)系有變化出現(xiàn)后，也能及時(shí)更新圖紙，使實(shí)物始終都能與圖形相匹配，進(jìn)而保障設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性、合理性[2]。除開地形繪制，三維CAD技術(shù)還能將地形范圍內(nèi)復(fù)雜部分準(zhǔn)確展現(xiàn)，幫助相關(guān)人員將復(fù)雜物質(zhì)屬性、體積充分掌握。

2.3 繪制水庫水位及庫容曲線 首先，輸入水位及對應(yīng)庫容數(shù)據(jù)，待輸入完成后即可通過表格自帶動能的運(yùn)用，快速、準(zhǔn)確地計(jì)算復(fù)雜庫容差；其次，以計(jì)算結(jié)果為根據(jù)完成坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換后，再次輸入。待輸入完成之后，放大至適宜的辨識度、美觀度，通過調(diào)整后重新定位坐標(biāo)點(diǎn)，此時(shí)便可展開樣條曲線繪制，并在最后通過回車便能將曲線繪制完成。結(jié)合上述步驟不難發(fā)現(xiàn)，三維CAD技術(shù)在曲線繪制方面十分便捷，具有相當(dāng)顯著的優(yōu)勢。

2.4 三維立體渲染 傳統(tǒng)手工繪制的平面圖效果十分一般，無法將立體結(jié)構(gòu)中相關(guān)問題呈現(xiàn)。而借助三維CAD技術(shù)進(jìn)行三維立體效果圖的繪制，同時(shí)通過渲染賦予效果圖更高的仿真度。實(shí)踐操作中，待三維效果圖的繪制完成后，以實(shí)際情況為根據(jù)渲染背景、光源及材質(zhì)，此時(shí)能取得觀賞性更佳且更接近真實(shí)狀態(tài)的效果圖，能幫助相關(guān)人員將問題及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

3 水利水電工程設(shè)計(jì)中三維CAD技術(shù)的應(yīng)用案例

本文以我國某水電站為例，探討了水利水電工程中三維CAD技術(shù)的具體應(yīng)用。

某水電站是以發(fā)電為主，同時(shí)將攔沙、防洪等目的包含在內(nèi)，且在下游航運(yùn)條件的改善、庫區(qū)通航綜合效益發(fā)展方面也發(fā)揮著一定的作用[3]。水庫正常情況下保持825，蓄水位，相應(yīng)庫容達(dá)到2.06×1010m3，地下廠房機(jī)組安置共計(jì)16臺，裝機(jī)容量初步擬定1.6×107k W，未來連續(xù)幾年內(nèi)預(yù)計(jì)能夠達(dá)成6.024×1010kW·h的平均發(fā)電量。該水電站攔河壩高289m，屬于混凝土雙曲拱壩，壩頂高程834m，頂寬及最大底寬分別為13m、72m。

建造為橢圓形雙曲拱壩的該水電站，體型相當(dāng)復(fù)雜，特別是導(dǎo)流底孔、深孔等牛腿部位，是以拱壩設(shè)計(jì)參數(shù)為根據(jù)，在三次B樣條擬合、復(fù)化辛普森求積公式及迭代計(jì)算相結(jié)合下獲取的空間曲面，通過數(shù)學(xué)推算基本無法獲取大壩上下游面與牛腿及壩前貼腳、壩后棧橋等部位相交的結(jié)構(gòu)線，圍繞橢圓形雙曲拱壩展開三維建模，能將上下游拱圈與拱圈外部結(jié)構(gòu)交線精確、真實(shí)地展現(xiàn)，提取其中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)并以此為基礎(chǔ)即可展開體型線的測量放樣作業(yè)，從而將施工數(shù)據(jù)確定。依托三維CAD技術(shù)的應(yīng)用，能夠取得一致于數(shù)學(xué)解法計(jì)算的結(jié)果，具有相當(dāng)高的精準(zhǔn)度，且整個(gè)過程十分便捷，有利于施工效率的提高。

4 結(jié)語

綜上所述，三維CAD技術(shù)能夠進(jìn)一步提高圖紙精確度和工作效率，擁有遠(yuǎn)超傳統(tǒng)手繪設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。通過該技術(shù)的應(yīng)用，可促進(jìn)水利水電工程設(shè)計(jì)跨越式發(fā)展的實(shí)現(xiàn)。而為了保障該技術(shù)應(yīng)用價(jià)值得到充分發(fā)揮，工程設(shè)計(jì)人員也有必要對自身專業(yè)素質(zhì)水平及技術(shù)能力的提升予以重視，以便更好地應(yīng)對新形勢發(fā)展要求。