三維CAD技術在水利水電工程設計中的應用研究

王強

摘 要：當前計算機技術已經在水利水電工程設計中得到了普遍的應用。水工設計領域自從三維技術的引入應用，其工程設計就進入了一片新的廣闊天地。本文主要闡述了三維CAD技術的優勢特點，分析了其在水工設計中的應用范圍與內容，對三維CAD技術在水工設計中的應用提出了有關問題，并進行了技術應用展望。

關鍵詞：三維CAD 技術；水工設計；建模；工程制圖

1 三維CAD技術特點

使用三維CAD技術進行水利水電工程的制圖，其特點之一在于攜帶方便，這是傳統手工繪圖方式所不能比擬的，極大地提高了繪圖、制圖的工作效率，也無需工作人員攜帶大包繪圖儀器設備，只需攜帶移動電腦就可以完成，在有網絡的情況下還能進行遠程監控。特點二是CAD軟件制圖更加精準。設計水利水電工程建筑圖紙，通常對圖紙的精確程度有較高的要求，并且圖紙非常復雜，利用CAD 軟件進行工程制圖，其巨大的計算功能節省了計算過程，并能快速得出準確的數據，能將低水位水庫及壩面等曲線進行高精度的繪制，這符合工程的設計精確度的要求。特點三，快捷制圖。三維CAD制圖軟件中帶有自動求積模塊功能，能夠對多個數據的乘積進行自動的快速的運算，簡化了大量復雜的計算程序，使得制圖更加快捷方便。特點四，方便保存與監測。CAD制圖軟件能夠將設計數據進行快捷、大量的保存，便于圖紙信息的查詢，還可以通過存儲硬盤、網絡存儲備份等將所作的圖紙進行保存。特點五，能夠全面反映設計意圖。三維CAD設計與人們的設計習慣和思維習慣相符合，能夠組建有限元分析的原始數據，將幾何圖形進行優化設計，完成集成與渲染著色功能，最終得到三維效果圖，方便有關人員能夠清晰全面地觀賞到設計的外觀，為設計決策提供依據，從而對產品進行有效開發。通過三維技術，能夠快速預算工程成本。

2 三維 CAD 技術在水利水電工程設計中的應用情況

2.1 三維CAD技術的主要應用范圍與內容

地形地質。將等高數據輸入CAD軟件中，能夠快速建立三維立體地圖模型，里面可以生成大壩、引水洞等立體地形圖，具備仿真的可視化效果。當采取的數據信息發生變化時，可以隨時將建模數據進行更改和更新，讓圖形和實物能夠得到高度匹配。通過CAD軟件中的數據計算，可以對三維地形圖中的任何復雜的部位的體積、面積、土石方量等進行快速的計算。也可以根據工程需要，可以輔助設計地形勘查的三維實體模型，并進行地質模型的輔助修改，能夠將復雜的地形解剖。

水工設計。水工設計會涉及到不同的多種專業，由此，在設計時必須要對各種專業設計與施工進行協調，在骨架設計模式中，需要進行靈活設計，避免出現不同部位的設計碰撞，劃分設計權限，做好協同設計和并行設計。在三維CAD設計建模中，有一項特定的三維建模命令，對二維建模進行拉伸命令可以得到簡單結構物的三維建模。在水工建筑物中經常會有不規則體型的建模，例如尾水管、蝸殼、漸變段等，此時不能用常規三維建模方式，而需要用到不規則體型的三維建模方式。

工程量計算。對于已經建立好的有精確數值模型的工程，可以通過三維CAD軟件對壩體工程量進行精確的計算，從而計算出壩段的各截面面積、點坐標、體積等數值。這樣的數值計算滿足工程計量的精度要求。在CAD軟件中，需要分類進行建筑物及地質的建模，從而能夠對不同材料的用量進行計算，這就為工程的概預算、材料供應計劃提供了數據依據。

2.2 三維 CAD 技術水工設計中的具體應用說明

三維CAD技術建模較傳統手工繪制更加方便、快捷、準確，具體的三維CAD建模應用例子如下：

在建模前，首先需要利用EXCEL表格對數據進行處理，通過核實觀察數據的正確性，再將數據轉化為坐標。然后執行CAD中的spline曲線命令，將 EXCEL 中的曲線坐標復制進來。

在CAD建模中，首先要建立兩個以上的圖層，分別是主繪圖圖層和輔助圖層。設置建模輔助線并鎖定其所在圖層，用在建模過程中快速選取。劃分繪圖視口，例如可以劃分為俯視、主視、左視和動態觀察區，將所設計的內容從不同角度進行觀察，減小建模誤差。然后開始進行模板的參數化設計，構建三維形體結構，導入CAD 分析軟件，初步繪制三維草圖。然后在結合CAD 平面圖、剖面圖，建立生成三維模型，對所生成的實體模型進行反復校核、溝通、對比，保證設計的正確性、有效性。

例如對尾水管建模中，首先根據數據進行尾水管二維建模，在二維建模的基礎上，利用loft↙工具，將繪制好的所有二維斷面模型放樣成為整個尾水管的三維模型，如下圖。

最后，對立體模型有渲染著色需求的，可以對立體模型進行三維渲染，使得建模模型更加接近實際物體，實現建模的逼真效果。

3 CAD 技術應用的問題與展望

當前三維CAD 技術在水工設計中的應用還是存在一定的問題，其工程結構設計往往會出現交叉設計的問題，在設計中必須要要各部分的設計人員進行密切協同設計與合作，需要對數據進行大量的審核。CAD建模中的渲染功能不及3dmax，其建模的便捷性功能不如SOLIDWORKS，在進行工程管理方面不如BIM技術，這都是未來CAD軟件需要進行改進的地方。此外，水工設計的CAD 技術要求設計人員要具備較高的CAD軟件操作技術，這是今后CAD 軟件的更新換代中必須要解決的問題。

4 結語

總之，三維 CAD 技術在水工設計中的應用，提高了水工設計的質量和效益，然而它自身也存在設計的局限性，要求工程設計人員要具備較高的專業素質。由此，需要對CAD技術進行一定的改進，使得其設計應用能夠更加方便、易上手。

參考文獻

[1] 劉曉光.3dsmax軟件在三維效果圖中的應用[J]. 黑龍江科技信息. 2015（35）.

[2] 王旭紅，陳啟剛，張軍.三維CAD技術在電站行業的應用淺析[J]. 移動電源與車輛. 2011（01）.