試論水利工程建筑物結構設計的技術創新與實際應用

【摘 要】隨著社會的進步以及科學技術的快速發展，人們對水利工程的服務功能提出了更高的要求，應用傳統的技術對水利工程進行結構設計所具有的弊端逐漸顯現，已經無法滿足現階段社會發展的需求，對水利工程結構設計技術進行創新與發展勢在必行。美國研發的CAD技術是傳統技術優化的產物，具有很多鮮明的優勢，例如，二次開發、操作便捷、掌握難度系數較小等，可以有效縮減結構設計周期，提高設計質量，且設計成本投入較小，在水利工程方面得到了廣泛應用與推廣。

【關鍵詞】水利工程 建筑物 結構設計 技術創新 實際應用

本文闡述了結構設計在水利工程建設過程中所具備的重要意義，分析了CAD技術在結構設計方面的優勢，并提出了該技術應用于水利工程結構設計中的具體體現，以期提高水利工程結構設計質量，確保水利工程擁有良好的整體質量，從而為人民提供更加優質的服務，收獲更高的環境效益、社會效益以及經濟效益。

1 建筑物結構設計在水利工程中的重要意義

對水利工程的建筑進行有效設計，可以為水利工程制定有效的預算與施工方案。施工方案的質量具有至關重要的意義，其決定了水利工程的整體質量與經濟效益、環境效益以及社會效益。基于科學的手段，提高施工方案的準確性與細致性，可以確保水利工程順利實施。由此可知，結構設計是水利工程施工建設的關鍵環節，設計單位應該對結構設計給予高度的重視。結構設計的質量與水利工程的安全性能、成本投入、使用壽命、使用功效息息相關。水利工程作為一個完成的系統，可以劃分為決策、計劃與實施三部分。在項目實施過程中，要想對資金投入進行有效控制，首要前提便是做好項目的決策與計劃，項目決策與計劃的實施質量直接影響著結構設計的質量，對水利工程的整體功效有著巨大的意義。除此之外，對水利工程進行結構設計，可以有效提高工程施工經費預算的科學性、合理性以及可行性，設計質量與經費成本成反比，與工程性價比成正比，即設計質量越好，工程所需經費越少，工程性價比越好。

2 CAD技術在結構設計方面所具備的優勢

2.1 提高設計準備工作的便捷性

應用傳統的技術對結構進行設計，設計人員需要通過大量設備測量的方式選擇工程建設地址，例如，施工圖紙、簽字筆、刻度尺等，不僅加大了設計工作的繁瑣性，還加大了設計人員的任務量，致使設計效率非常緩慢。應用CAD技術對水利工程的結構進行設計，設計人員利用計算機的遠程功能，便可進行選址作業，不僅提高了設計準備工作的便捷性，還能確保測量數據的準確性。相較于傳統設計技術而言，設計人員的任務量大大縮減，為優化設計作業環節奠定了良好的基礎。

2.2 提高設計圖紙的精確性

傳統的設計技術以人工為主，而CAD技術主要依靠計算機技術，計算機作為先進的科學設備，其圖紙繪制能力與數據計算能力是人類無法比擬的，應用計算機對工程圖紙進行繪制，可以確保圖紙的準確性，提高其有效性與可行性。傳統的設計需要多個設計人員經過長期合作才能完成，設計周期較長，人力資源、物力資源以及財力資源投入較大。而應用CAD技術，一個設計人員進行計算機操作即可，設計周期最長不會超過一周，如果設計方案難度系數較小，一天即可完成，相較于傳統技術繪制的圖紙而言，計算機圖紙的準確性以及清晰度更好，不僅縮減了設計周期，還提高了設計質量。應用CAD技術，可以將水利工程的壩面曲線、以及水位較低處的水庫曲線清晰且準確的繪制成圖紙，即使水利工程的結構具有較強的復雜性，該技術也能準確設計出來。

2.3 操作簡便，提高設計效率

傳統的設計技術以人工為主，不可避免出現漏洞或是錯誤，因此，設計人員在完成設計后，往往需要對設計方案進行嚴格審查，從而發現漏洞與錯誤，然后分析并研討其存在的原因，繼而尋求合理的措施對其進行有效解決。尋找設計方案漏洞并對漏洞原因進行分析的作業量非常巨大，會在很大程度上延長水利工程的設計周期。應用CAD技術進行結構設計，不僅在很大程度上提高了設計方案的準確性，即使對方案進行檢測與優化，也不需要花費大量的時間，該技術在設計過程中便會對設計數據進行實時監測，一旦發現錯誤，可以及時有效的進行修正。人類運作效率與計算機軟件之間存在巨大的差異，應用計算機軟件進行作業，可以有效提高結構設計效率，縮減水利工程的設計周期。

3 CAD技術應用與水利工程結構設計方面的具體體現

3.1 壩面曲線的繪制

相較于傳統的設計技術而言，CAD技術最為顯著的特征即精準度較高，應用CAD技術進行結構設計時，CAD可以執行樣條曲線繪制命令，并結合EXCEL表格中的數據處理功能，對水利工程溢流段的壩面曲線進行繪制。首先，應用EXCEL對檢測數據進行處理，其次，將數據以坐標的形式呈現出來；然后，應用樣條曲線繪制命令，CAD技術會對坐標形式的數據進行復制；最后，將復制坐標粘貼到命令行中，繪制結束。

3.2 庫容與水位關系曲線的繪制

首先，確定水利工程水庫的庫容值與水位值；其次，通過CAD技術中的EXCEL表格對所需坐標點進行計算。在實際應用過程中，可以劃分為七個步驟，分別是表格繪制、表格運算、坐標輸入、水位差放大、執行UCS命令、執行樣條曲線繪制命令、回車結束。在表格繪制方面，利用CAD中的EXCEL繪制表格，在表格內輸入相應的水位值、庫容值；在表格運算方面，利用EXCEL的運算功能對庫容值進行計算；在坐標輸入方面，將相對坐標輸入到EXCEL表格之中；在水位差放大方面，將EXCEL表格中的相應的水位值與庫容值間的值差按照一定的比例放大，水位值與相對應的庫容值之間存在較大的數值差，如果沒有對坐標進行相應的調整，很難保證繪制圖紙中的曲線具有良好的美觀感，不僅如此，在實際應用過程中，也會產生很大的阻礙性，在調整坐標的過程中，只對縱坐標進行比例整改即可，然后將數值差放大，放大倍數與調整比例保持一致性，這樣所繪制而成的圖紙中的曲線將會非常美觀，可以有效提高施工人員作業的便捷性，應用CAD技術中的標注功能對坐標進行標注處理也可，這樣可以快速掌握曲線任意點的原點坐標值。在對縱坐標進行比例調整后，要想掌握水位的實際差值，需要用查詢差值除以差值的放大比例；在執行UCS命令方面，該命令的主要功能是對用戶坐標進行定義，利用該命令將對新坐標原點進行定義，使其成為庫容與水位的對應坐標；在執行樣條曲線繪制命令方面，將比例調整后的坐標輸入CAD的執行頁面；在回車結束方面，即表示圖表繪制完成。

3.3 有效檢測設計方案

應用CAD技術，可以采取三維立體渲染的方式對設計方案進行檢驗。CAD技術具有良好的三維形體繪制功能，設計人員可以先繪制出水利工程的三維形體，然后利用CAD技術渲染，渲染的內容有很多，例如，光源篩選、陰影篩選、材質篩選等，除此之外，為了確保渲染效果具有良好的觀賞性，還要添加適宜的背景圖片或是配圖等。通過三維形體渲染效果圖，可以從不同的方位、視角對水利工程的動態效果進行觀察，然后選擇適宜位置對水利工程進行剖切，對剖切斷面進行觀測，可以準確把握水利工程的形態美觀感、環境協調性、工程作業量以及成本投入等方面，確保水利工程擁有良好的整體效果。

4 結語

CAD技術是科學技術發展的產物，將其應用于水利工程結構設計方面是社會發展的必然趨勢。CAD技術相較于傳統設計技術而言，不僅能夠有效節約設計成本，縮短設計周期，還能提高圖紙的準確性與精密度，促使設計方案更具科學性、合理性、有效性以及可行性，從而提高水利工程的施工效率與施工質量，為水利工程的整體效果提供技術保障，促使水利工程的功能得以充分發揮，為人們提供更加優質的服務，全面提高我國國民經濟發展水平。

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作者簡介：徐麗娜（1965—），女，吉林伊通人，本科，高級工程師，研究方向，水利工程建筑方面。