Excel与Autocad 在小湾水电站双曲拱坝砼浇筑工程量计算中的应用

摘 要：笔者通过双曲拱坝的几何特点，打破了传统的方法，利用Excel编程和Autocad三维建模的强大功能，详细介绍了小湾水电站双曲拱坝工程量的计算方法，通过此方法解决了实际问题，提高了工作效率，供同行与读者在实际工作中参考应用。

关键词：Excel；Autocad；双曲拱坝；立体图；工程量

1 工程概述

小湾水电站位于云南省西部澜沧江中游河段，系澜沧江中下游河段规划八个梯级电站中的第二级。小湾水电站是以发电为主，兼有防洪、灌溉和库区水运等综合效益的水利枢纽。总库容151亿立方米，有效库容99亿立方米，库容系数0.26，属不完全多年调节水库。电站总装机容量4200MW，年发电量189亿千瓦·时。小湾地区的地震烈度主要受外围与红河断裂、澜沧江断裂和南汀河断裂有关的三个地震危险区地震的影响，其地震基本烈度为Ⅷ度，地面峰值加速度为0.308g。拦河大坝采用混凝土双曲拱坝，最大坝高292m，为目前世界上拟建中的最高拱坝（见图1）。泄洪消能建筑物由坝身5个开敞式表孔溢洪道、6个中孔泄水孔、2个放空底孔、左岸2条泄洪洞组成，坝后设水垫塘和二道坝。设计泄洪流量15666m3/s，校核泄洪流量20683m3/s，相应下泄功率46000MW，泄洪消能问题突出，属同类坝型当今世界之最。引水发电系统位于右岸，由竖井式进水口、埋藏式压力管道、地下厂房、主变开关室、尾水调压室和尾水隧洞等建筑物组成。压力管道内径9.6m，地下厂房安装6台700MW混流式水輪发电机组，长326m，宽29.5m，最大高度65.5m。

2 工程计量存在的问题

小湾水电站主坝为平面拱圈按中心线等厚变化的抛物线型双曲拱坝，其厚度在不同高程面上是不相同的，即使在同一高程面的不同点上，其厚度也是变化的。下面对小湾水电站做一下简要概述，其最大坝高292m，坝顶中心线弧长892.79m，从右到左总共有43个坝段，左右岸参数不对称，几何形状复杂，施工工序繁重多，其工程量的计量尤为主要，在施工过程中，不但要计算其各个坝段的月砼浇筑量，还要在工程完工后计算其总的砼量，再加上拱坝体内有各种形式的廊道、预留孔洞及满足各种功能的泄水建筑物，如（放空底孔、导流中孔等），由于各自功能的不同，其在坝体上的位置和体形各有差别，如果用传统绘制断面的方法，计算各个断面的面积，计算其工程量，不但工程量大，其效率也低，而且个别地方有遗漏，不能获取正确数据。

3 工程计量实践

由于采用传统的绘制断面的方法计算工程量存在缺陷，为了提高工作效率，对工程计量结算提供可靠的计量依据，我们采取了以下的新方法计算工程量。

3.1 数学模型

3.2 工程计量方法

通过Excel进行数据预处理，利用Autocad软件的强大功能绘制三维立体图，再绘制出坝体附加的单元块，利用Auto cad差集命令，减去坝体内的实体（如廊道）；利用Auto cad并集功能，加上坝体外的实体（如导流中孔的上、下游牛腿和上、下游贴角），再把三者合并为一个整体，沿坝段分缝线纵向切开，再对其实体进行水平剖切，对其有用部分求其体积，就可以分层、分段计算出其工程量。其具体操作方法如下所示：

步骤1： 在Microsoft excel中编制程序，程序见表1，在（附表1）L2单元格中输入所要计算截面高程，在V列和Y列中就能分别自动计算出右拱圈上、下游面的坐标值，然后把生成的上、游拱圈线的坐标分别进行“复制”。

步骤2：在Auto cad中用命令或快捷键绘制多段线，在命令行中输入命令后，弹右键"粘贴"数据，即可自动生成在此高程面上的上、下游拱圈线，再用同样的方法绘制另一邻近高程面上的拱圈线，可以一次绘制多条，其高程方向上的间距为5～10米。

步骤3：把上下游结构线与横缝线组合成一个闭合的平面图形，或者用“PEDIT”命令进行连接，使同一高程面上的线闭合，在属性中修改标高，通过“放样”功能，绘制出两相邻高程面的立体图。

步骤4：沿分缝线把生成的立体图纵向进行“剖切”就可以得到各坝段的立体图。然后按设计坐标绘制坝体附加单元（牛腿、贴角、廊道等），重复上述的操作，最后组合成一个整体，就可以计算出坝体工程量。在进行以上的操作时，可以绘制多个平切面，进行一次放样，最好分别建立图层，不同部位分层绘制，编辑较方便，其部分立体图效果展示如（图2、图3、图4、图5）所示。

另外，还有一部分工程量没有计入，那就是从基岩面至坝段成型（上、下、左、右结构线全部出来）这段工程量，这些工程量，通过外业采集地形数据，把数据从仪器储存卡传输到计算机，在电子表格中，编辑完成后，另存为“文件名.DAT”格式的文件，用“南方CASS”软件展点、勾出等高线，用先出现的横缝线，组合成闭合的图形，求其面积，计算其这段的方量，一坝段的所有工程量就全部计算完成了。

表1 Excel编程数据计算表

4 结束语

笔者在小湾水电站工程建设中应用Excel和Autocad三维建模方法计算工程量，解决了工程量计算中存在的问题，此方法能不但提高了工程计量的准确度，而且质量检查和应用极为方便，可以对计量范围内的任何部位，按不同的计量深度要求，做出准确，快速的结果，大大提高工作效率。通过实践证明此方法是成功可靠的，具有经济性和实用性，在同类工程建设中具有推广价值。

作者简介：苏永东（1970，4-），男，甘肃永靖人，工程师，长期从事水利水电施工测量工作。工作单位：中国水利水电第四工程局有限公司。