三維CAD技術在水利水電工程設計中的應用分析

鞠傳君

摘 要：現在科學技術得到了快速的發展和普及，在此背景下，水利水電工程的設計工作也得到了新的助力。現在三維CAD技術已經在多個領域當中得到了廣泛的應用，例如電子設計領域和航天領域等等，同時得益于人們的重視和技術水平的提高，水利水電工程當中也開始越來越多地應用到三維CAD技術，并取得了不錯的應用效果。本文結合CAD技術的優勢總結了其在水利水電工程設計當中的應用要點，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

關鍵詞：三維CAD技術；水利水電；工程設計

在過去一段時間的水利工程設計當中，主要采用工程師手工繪圖的方式來開展設計。自從上個世紀八十年代開始，家用計算機就開始出現于發達國家，其后隨著家用計算機的發展和完善，其也開始你應用于繪圖工作當中，進而誕生了以CAD和CAM為代表的一系列制圖軟件，一直以來，我國非常重視手工繪圖，和CAD相比有諸多劣勢。在進入新世紀以來，我國開始不斷推廣三維CAD技術，這就要求設計人員不僅需要精于設計，同時也要有一定的計算機操作水平。

1 CAD技術簡介

CAD技術是計算機輔助設計的一種，其可以使用計算機設備來給設計人員的設計工作提供幫助。我國現在所使用的CAD技術大多是以國外CAD平臺和軟件作為基礎而進行一定改造所得來的，近年來，CAD技術正在從二維向三維過渡，大大開發了此工具的潛力。

1.1 三維CAD的直觀性

三維CAD一方面具有傳統二維CAD的功能，還可以建立一個3D模型，最大程度上避免理解偏差，同時也可以對整個工程的建造過程進行查看。在過去，二維圖紙僅僅是在品面上展示工程的構造，分別采用全剖、半剖和階梯剖等方式來進行展示，往往會造成一定的領悟難度。利用了三維視圖之后就可以降低理解難度，表現更加直觀。

1.2 三維設計的重要性

我們都生活在三維世界，所以從三維來開展設計無疑更加符合人類的認知方式，使用三維CAD來開展設計可以更好地足見原始數據，優化其幾何形狀，如果結合了著色渲染功能，還可以直接得到一個三維效果圖，決策人員可以更加全面地了解設計外觀，縮短設計時間，提高設計效率。

2 CAD技術的優勢

現在CAD技術的應用越來越廣泛，和傳統手工制圖相比，CAD技術的優勢非常明顯，主要體現在以下幾點：

2.1 保證了制圖的準確性

這樣水利水電工程對于設計有著較高的要求，尤其是精準程度方面。但是受限于手工操作的各種缺陷，手工制圖的難度非常大，紙質藍圖也難以直接應用到實際工程當中，所以這些都給精度帶來了一定的影響。三維CAD技術一方面可以完成三維制圖、避免出現制圖錯誤，同時可以借助其自身的計算功能，讓計算程序得到哦簡化，例如水面和壩面的繪制等等都可以迅速完成，不斷提高工程精度。

2.2 保證了制圖的效率

在過去的設計工作中，設計人員首先要對工程數據來開展一定的計算，這樣才能開始設計，之后利用數據來完成制圖。就以水壩設計來說，需要計算大量的數據，在設計過程中需要制出大量的藍圖和草圖，可謂卷帙浩繁，并且十分難以保存。在使用了CAD技術之后，則避免了如此繁雜的一系列過程。

2.3 藍圖的攜帶與保存、檢測更方便

如果利用手工繪制的方式，往往需要設計人員帶著大量的器材、圖紙等，不但很不方便，需要耗費大量的精力和時間，影響工作效率，而且容易使儀器設備受到損壞。在PC機技術和觸摸屏技術越來越成熟后，先進的計算機設備甚至可以識別出放在屏幕上的特定儲存設備。因而，相較于傳統的紙質藍圖保存，數據存儲與傳輸中固然有會有少量數據損失，但仍然沒有紙質保存的畫跡失真、圖紙容易受潮損壞等缺點。由于是數據流，所以儲存在硬盤中可以更方便地從WINDOWS界面進行監控與管理。

2.4 保證工程建設的質量

三維設計的直觀性可以在設計階段就完成工程結構的預展示，而工程設計需要大量的時間進行復查與修改，絕不是一次就成的。直觀的設計，使可能出現的錯誤及問題及早暴露出來，減少了工程建設期的風險性。水電站設計是個多專業、復雜的系統工程，存在多專業、多階段協調的問題，在傳統的二維設計環境下，難免會由于溝通的疏漏導致設計的反復甚至失誤，在三維可視化環境下，通過對數據的集中管理，參數驅動及對象問的關聯關系，可以最大程度的保證不同專業、不同階段數據的一致性和唯一性，減少設計疏漏，為工程提供質量更高的設計成果，進而避免由于空間關系上的認識不足導致的設計失誤，使水電站在優質設計的基礎上又省又快的建設施工。同時，CAD的快速儲存與制圖功能，使得在進行工程問題的研究與修改中，可以更好地表達設計者觀點，并更迅捷地進行修改，展示更改成果。

3 三維CAD技術的應用

3.1 地形地質規劃

基于國家部門提供的地理數據，工程上可以快速實現施工地形的數據模擬，在此基礎上建立直觀三維地貌圖，包括大把、上下游水利圖、引水洞、泄洪洞和其余諸多自然地形地貌。通過這些初步的描繪工作，可以在計算機上為工程施工人員提供直觀的三維仿真地貌圖，從而讓施工人員客觀、精確地制定工程建設方案。在施工的各個階段，三維CAD技術還可以不斷更新施工后發生變化的地形地貌圖，同時在地貌圖上不僅是表面，還可以表明地貌下數十米甚至百米的地質結構類型，實現施工中對山體旋轉、切割出施工剖秒，挖通山體等施工操作。

3.2 精確工程質量與設計優化

在建立工程精確模型之后，同時精確計算水壩工程的各項數據，得出個壩段的準確截面積、各交點坐標即水壩分支結構的體積，完善工程上的精度要求。在進行分支結構建模后，還可以把工程的各項材料總量分配到各分支結構，進一步完成工程的下一步預算，為工程提供多種預分配方案。在工程建設中，施工場地經常會由于施工地段的險要與可用面積狹小導致場地利用困難，工程效率極度低下。而三維CAD技術不僅可以用在工程設計上，也可以利用三維模擬，動態設計、分配各分隊施工空間，從而快捷完成工程建設中最開始的建筑分配圖。在建設中，也可以隨時隨地進行方案優化，與工程建設的預方案統一設計分配，達到工程效率最大化。

4 結束語

我國水利工程興修歷史雖然悠久，但是在現代，由于技術落后所以水利水電工程的設計工作和西方國家相比仍然較為落后。近年來，相關部門已經開始轉變觀念，積極推廣三維CAD技術，現在隨著技術的完善，制圖和測算等模塊也相繼融入其中，可以說給我國水利水電工程的設計提供了很大的幫助。三維CAD技術的推廣可以說大大簡化了我國水利水電工程的設計流程，但這仍然需要設計人員對CAD技術有一個熟練的掌握，這樣才能發揮出其自身的價值。本文針對這些問題進行了分析，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。

參考文獻

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