三維CAD技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

王強(qiáng)

摘 要：當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)在水利水電工程設(shè)計(jì)中得到了普遍的應(yīng)用。水工設(shè)計(jì)領(lǐng)域自從三維技術(shù)的引入應(yīng)用，其工程設(shè)計(jì)就進(jìn)入了一片新的廣闊天地。本文主要闡述了三維CAD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，分析了其在水工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范圍與內(nèi)容，對(duì)三維CAD技術(shù)在水工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提出了有關(guān)問(wèn)題，并進(jìn)行了技術(shù)應(yīng)用展望。

關(guān)鍵詞：三維CAD 技術(shù)；水工設(shè)計(jì)；建模；工程制圖

1 三維CAD技術(shù)特點(diǎn)

使用三維CAD技術(shù)進(jìn)行水利水電工程的制圖，其特點(diǎn)之一在于攜帶方便，這是傳統(tǒng)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(wú)需工作人員攜帶大包繪圖儀器設(shè)備，只需攜帶移動(dòng)電腦就可以完成，在有網(wǎng)絡(luò)的情況下還能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。特點(diǎn)二是CAD軟件制圖更加精準(zhǔn)。設(shè)計(jì)水利水電工程建筑圖紙，通常對(duì)圖紙的精確程度有較高的要求，并且圖紙非常復(fù)雜，利用CAD 軟件進(jìn)行工程制圖，其巨大的計(jì)算功能節(jié)省了計(jì)算過(guò)程，并能快速得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，能將低水位水庫(kù)及壩面等曲線進(jìn)行高精度的繪制，這符合工程的設(shè)計(jì)精確度的要求。特點(diǎn)三，快捷制圖。三維CAD制圖軟件中帶有自動(dòng)求積模塊功能，能夠?qū)Χ鄠€(gè)數(shù)據(jù)的乘積進(jìn)行自動(dòng)的快速的運(yùn)算，簡(jiǎn)化了大量復(fù)雜的計(jì)算程序，使得制圖更加快捷方便。特點(diǎn)四，方便保存與監(jiān)測(cè)。CAD制圖軟件能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快捷、大量的保存，便于圖紙信息的查詢，還可以通過(guò)存儲(chǔ)硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)備份等將所作的圖紙進(jìn)行保存。特點(diǎn)五，能夠全面反映設(shè)計(jì)意圖。三維CAD設(shè)計(jì)與人們的設(shè)計(jì)習(xí)慣和思維習(xí)慣相符合，能夠組建有限元分析的原始數(shù)據(jù)，將幾何圖形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成集成與渲染著色功能，最終得到三維效果圖，方便有關(guān)人員能夠清晰全面地觀賞到設(shè)計(jì)的外觀，為設(shè)計(jì)決策提供依據(jù)，從而對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行有效開(kāi)發(fā)。通過(guò)三維技術(shù)，能夠快速預(yù)算工程成本。

2 三維 CAD 技術(shù)在水利水電工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況

2.1 三維CAD技術(shù)的主要應(yīng)用范圍與內(nèi)容

地形地質(zhì)。將等高數(shù)據(jù)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(dāng)采取的數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化時(shí)，可以隨時(shí)將建模數(shù)據(jù)進(jìn)行更改和更新，讓圖形和實(shí)物能夠得到高度匹配。通過(guò)CAD軟件中的數(shù)據(jù)計(jì)算，可以對(duì)三維地形圖中的任何復(fù)雜的部位的體積、面積、土石方量等進(jìn)行快速的計(jì)算。也可以根據(jù)工程需要，可以輔助設(shè)計(jì)地形勘查的三維實(shí)體模型，并進(jìn)行地質(zhì)模型的輔助修改，能夠?qū)?fù)雜的地形解剖。

水工設(shè)計(jì)。水工設(shè)計(jì)會(huì)涉及到不同的多種專(zhuān)業(yè)，由此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須要對(duì)各種專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行協(xié)調(diào)，在骨架設(shè)計(jì)模式中，需要進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)不同部位的設(shè)計(jì)碰撞，劃分設(shè)計(jì)權(quán)限，做好協(xié)同設(shè)計(jì)和并行設(shè)計(jì)。在三維CAD設(shè)計(jì)建模中，有一項(xiàng)特定的三維建模命令，對(duì)二維建模進(jìn)行拉伸命令可以得到簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)物的三維建模。在水工建筑物中經(jīng)常會(huì)有不規(guī)則體型的建模，例如尾水管、蝸殼、漸變段等，此時(shí)不能用常規(guī)三維建模方式，而需要用到不規(guī)則體型的三維建模方式。

工程量計(jì)算。對(duì)于已經(jīng)建立好的有精確數(shù)值模型的工程，可以通過(guò)三維CAD軟件對(duì)壩體工程量進(jìn)行精確的計(jì)算，從而計(jì)算出壩段的各截面面積、點(diǎn)坐標(biāo)、體積等數(shù)值。這樣的數(shù)值計(jì)算滿足工程計(jì)量的精度要求。在CAD軟件中，需要分類(lèi)進(jìn)行建筑物及地質(zhì)的建模，從而能夠?qū)Σ煌牧系挠昧窟M(jìn)行計(jì)算，這就為工程的概預(yù)算、材料供應(yīng)計(jì)劃提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 三維 CAD 技術(shù)水工設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用說(shuō)明

三維CAD技術(shù)建模較傳統(tǒng)手工繪制更加方便、快捷、準(zhǔn)確，具體的三維CAD建模應(yīng)用例子如下：

在建模前，首先需要利用EXCEL表格對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過(guò)核實(shí)觀察數(shù)據(jù)的正確性，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)。然后執(zhí)行CAD中的spline曲線命令，將 EXCEL 中的曲線坐標(biāo)復(fù)制進(jìn)來(lái)。

在CAD建模中，首先要建立兩個(gè)以上的圖層，分別是主繪圖圖層和輔助圖層。設(shè)置建模輔助線并鎖定其所在圖層，用在建模過(guò)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(dòng)態(tài)觀察區(qū)，將所設(shè)計(jì)的內(nèi)容從不同角度進(jìn)行觀察，減小建模誤差。然后開(kāi)始進(jìn)行模板的參數(shù)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建三維形體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入CAD 分析軟件，初步繪制三維草圖。然后在結(jié)合CAD 平面圖、剖面圖，建立生成三維模型，對(duì)所生成的實(shí)體模型進(jìn)行反復(fù)校核、溝通、對(duì)比，保證設(shè)計(jì)的正確性、有效性。

例如對(duì)尾水管建模中，首先根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行尾水管二維建模，在二維建模的基礎(chǔ)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(gè)尾水管的三維模型，如下圖。

最后，對(duì)立體模型有渲染著色需求的，可以對(duì)立體模型進(jìn)行三維渲染，使得建模模型更加接近實(shí)際物體，實(shí)現(xiàn)建模的逼真效果。

3 CAD 技術(shù)應(yīng)用的問(wèn)題與展望

當(dāng)前三維CAD 技術(shù)在水工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還是存在一定的問(wèn)題，其工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往會(huì)出現(xiàn)交叉設(shè)計(jì)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中必須要要各部分的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行密切協(xié)同設(shè)計(jì)與合作，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行工程管理方面不如BIM技術(shù)，這都是未來(lái)CAD軟件需要進(jìn)行改進(jìn)的地方。此外，水工設(shè)計(jì)的CAD 技術(shù)要求設(shè)計(jì)人員要具備較高的CAD軟件操作技術(shù)，這是今后CAD 軟件的更新?lián)Q代中必須要解決的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，三維 CAD 技術(shù)在水工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提高了水工設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效益，然而它自身也存在設(shè)計(jì)的局限性，要求工程設(shè)計(jì)人員要具備較高的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。由此，需要對(duì)CAD技術(shù)進(jìn)行一定的改進(jìn)，使得其設(shè)計(jì)應(yīng)用能夠更加方便、易上手。

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