三維CAD技術(shù)在水利水電工程的應(yīng)用

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1引言

在傳統(tǒng)的水利水電工程建設(shè)的過程中，工程設(shè)計(jì)圖都由設(shè)計(jì)者進(jìn)行手工繪制。在20世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)技術(shù)在國外得到了廣泛的應(yīng)用，我國引進(jìn)計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，水利水電工程設(shè)計(jì)者已經(jīng)開始使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖紙的設(shè)計(jì)和規(guī)劃。當(dāng)前的三維cad技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段繪制項(xiàng)目的三維立體結(jié)構(gòu)，可以對(duì)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行真實(shí)的反映，并且會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系進(jìn)行展示，在投入施工之前對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行展示，為當(dāng)前設(shè)計(jì)的合理性作出保證。

2三維CAD技術(shù)概述

三維CAD制圖主要是使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，該技術(shù)是工程設(shè)計(jì)史上的一個(gè)重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。三維設(shè)計(jì)是當(dāng)前二維技術(shù)的升級(jí)，其次，三維技術(shù)還有很多二維技術(shù)不具備的優(yōu)勢(shì)，三維設(shè)計(jì)可以提高當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)提高當(dāng)前水利工程設(shè)計(jì)水平中有重要的實(shí)際意義。我國三維CAD制圖大多數(shù)是以國外CAD制圖基礎(chǔ)進(jìn)行開發(fā)的，但是近幾年來，國內(nèi)外在進(jìn)行跨時(shí)代的變革，三維CAD制圖的出現(xiàn)也豐富了傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)的功能。

3三維CAD技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢(shì)

3.1使整個(gè)水利水電制圖更加精準(zhǔn)

水利水電工程設(shè)計(jì)過程中的精準(zhǔn)度非常高，并且水利水電行業(yè)具有一定的特殊性，增加了設(shè)計(jì)過程中的制圖難度，并且在設(shè)計(jì)圖的繪制過程中，不能直觀地展現(xiàn)工程的結(jié)構(gòu)。三維CAD技術(shù)的出現(xiàn)很好地解決了這一問題，另外，三維CAD技術(shù)的計(jì)算功能非常強(qiáng)大，能夠進(jìn)行水利水電工程中一些相對(duì)復(fù)雜的計(jì)算，還可以提升計(jì)算速度和準(zhǔn)確性，更好地滿足當(dāng)前水利水電工程對(duì)精準(zhǔn)度的要求

3.2使制圖過程更加快捷

在水利水電工程的設(shè)計(jì)過程中，由于工程設(shè)計(jì)者會(huì)根據(jù)工程的具體需求對(duì)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，之后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行工程圖的繪制。因此，水利水電工程的設(shè)計(jì)過程需要大量的數(shù)據(jù)支撐，繪制的設(shè)計(jì)圖紙張較大，不易保存，容易丟失，并且傳統(tǒng)的繪圖技術(shù)在計(jì)算過程中極易出現(xiàn)錯(cuò)誤和誤差，對(duì)整個(gè)水利水電工程造成不良影響。三維CAD技術(shù)中有自動(dòng)求解功能，這種功能能夠直接對(duì)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理分析，可以大幅度提升水利水電工程設(shè)計(jì)的效率，提升工程設(shè)計(jì)的精確度，縮短設(shè)計(jì)階段的時(shí)間。

3.3便于攜帶，容易保存

傳統(tǒng)的施工圖繪制需要設(shè)計(jì)人員攜帶大量的器材和設(shè)備，不僅會(huì)提升圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的難度，還會(huì)消耗設(shè)計(jì)者大量的時(shí)間和精力，降低工作效率，并且對(duì)儀器設(shè)備產(chǎn)生損耗。隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的發(fā)展，信息化技術(shù)逐漸趨于成熟。三維CAD技術(shù)可以將數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)圖進(jìn)行儲(chǔ)存，降低數(shù)據(jù)丟失的概率，并且不會(huì)出現(xiàn)紙質(zhì)保存中線條不清晰現(xiàn)象[1]。

3.4提升水利水電工程質(zhì)量

在水利水電工程的設(shè)計(jì)過程中，需要不斷對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修正和改動(dòng)，操作比較復(fù)雜，且關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)較多，容易導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤，影響工程建設(shè)。而三維CAD制圖具有一定的直觀性，可以從三維空間角度檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案中的不合理之處，并進(jìn)行優(yōu)化，有效地降低工程建設(shè)過程中存在的質(zhì)量隱患，從根本上提高水利水電工程的質(zhì)量[2]。

4工程概況

本文以白鶴灘水電站為例，介紹三維CAD制圖在水利水電工程中的主要應(yīng)用。白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，是金沙江下游干流河段梯級(jí)開發(fā)的第二個(gè)梯級(jí)電站，以發(fā)電為主，兼顧防洪、攔沙、改善下游航運(yùn)條件和發(fā)展庫區(qū)通航等綜合效益。水庫正常蓄水位825m，相應(yīng)庫容2.06×1010m3，地下廠房裝有16臺(tái)機(jī)組，初擬裝機(jī)容量1.6×107kW，多年平均發(fā)電量6.024×1010kW•h。電站計(jì)劃2020年首批機(jī)組發(fā)電，2022年工程完工。電站建成后，將成為僅次于三峽水電站的中國第二大水電站。攔河壩為混凝土雙曲拱壩，高289m，壩頂高程834m，頂寬13m，最大底寬72m。白鶴灘水電站是國內(nèi)首座橢圓形雙曲拱壩，體型較為復(fù)雜，尤其是導(dǎo)流底孔、深孔等牛腿部位，拱壩的拱圈線是拱壩設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)合復(fù)化辛普森求積公式、三次B樣條擬合以及迭代計(jì)算求得的空間曲面，壩前貼腳、壩后棧橋及牛腿等部位與大壩上下游面相交的結(jié)構(gòu)線很難通過數(shù)學(xué)推算求得，應(yīng)用CAD三維制圖,對(duì)橢圓形雙曲拱壩進(jìn)行三維建模，真實(shí)精確地展現(xiàn)了拱圈外部結(jié)構(gòu)與上下游拱圈的交線，并從中提取坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而可以對(duì)其體型線進(jìn)行測(cè)量放樣，確定施工數(shù)據(jù)。在三維CAD制圖技術(shù)的輔助下，得出的數(shù)據(jù)結(jié)果和使用數(shù)學(xué)解法得出的結(jié)果沒有差異，且精準(zhǔn)度非常高，也為施工帶來了便利。

5三維CAD技術(shù)在當(dāng)前水利水電工程設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

在地質(zhì)地形方面的主要應(yīng)用可以根據(jù)當(dāng)前的等高數(shù)據(jù)對(duì)相應(yīng)的地形進(jìn)行數(shù)字化的呈現(xiàn)，還能模擬原始地貌。其次，大壩，引水洞等都可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且通過計(jì)算機(jī)的有效操作可以提升方案的可視化效果，還可以基于當(dāng)前的實(shí)際情況對(duì)現(xiàn)階段的原有圖形進(jìn)行更新和設(shè)計(jì)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)圖形和實(shí)物的可視化。由于當(dāng)前的三維地形具有一定的仿真功能，因此，也可以對(duì)其中的一些復(fù)雜部位進(jìn)行相應(yīng)的屬性計(jì)算，還可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)當(dāng)前的一些挖掘和切割等方面的操作進(jìn)行優(yōu)化，使用勘測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)土石方工程進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，還能進(jìn)一步提升計(jì)算效率。當(dāng)前三維CAD技術(shù)在水工設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用主要集中于水利工程的設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)當(dāng)前工程的復(fù)雜程度，要對(duì)各專業(yè)進(jìn)行協(xié)調(diào)，同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，有效避免設(shè)計(jì)缺陷，更好地實(shí)現(xiàn)當(dāng)前設(shè)計(jì)的協(xié)同性。

6結(jié)語

綜上所述，我國水利水電工程的設(shè)計(jì)水平相較于國外一些國家還比較落后。但是近年來，隨著我國加大對(duì)水利水電工程的重視，相關(guān)部門在水利水電工程的建設(shè)過程中也產(chǎn)生了觀念上的轉(zhuǎn)變。目前，我國三維CAD制圖技術(shù)在很多行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，為水利水電工程的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，但是在三維CAD制圖技術(shù)的運(yùn)用過程中，還需要相關(guān)人員不斷提升自身的技能，更好地投身到水利水電工程建設(shè)中。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張官清.三維CAD技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].冶金叢刊,2018(3):63-64.

【2】王吉慶.三維CAD技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].低碳世界,2018(8):83-84.

作者：宋德勝 熊世旺 單位：中國水利水電第四工程局有限公司