三维CAD技术在水利水电工程设计中的应用分析

鞠传君

摘 要：现在科学技术得到了快速的发展和普及，在此背景下，水利水电工程的设计工作也得到了新的助力。现在三维CAD技术已经在多个领域当中得到了广泛的应用，例如电子设计领域和航天领域等等，同时得益于人们的重视和技术水平的提高，水利水电工程当中也开始越来越多地应用到三维CAD技术，并取得了不错的应用效果。本文结合CAD技术的优势总结了其在水利水电工程设计当中的应用要点，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

关键词：三维CAD技术；水利水电；工程设计

在过去一段时间的水利工程设计当中，主要采用工程师手工绘图的方式来开展设计。自从上个世纪八十年代开始，家用计算机就开始出现于发达国家，其后随着家用计算机的发展和完善，其也开始你应用于绘图工作当中，进而诞生了以CAD和CAM为代表的一系列制图软件，一直以来，我国非常重视手工绘图，和CAD相比有诸多劣势。在进入新世纪以来，我国开始不断推广三维CAD技术，这就要求设计人员不仅需要精于设计，同时也要有一定的计算机操作水平。

1 CAD技术简介

CAD技术是计算机辅助设计的一种，其可以使用计算机设备来给设计人员的设计工作提供帮助。我国现在所使用的CAD技术大多是以国外CAD平台和软件作为基础而进行一定改造所得来的，近年来，CAD技术正在从二维向三维过渡，大大开发了此工具的潜力。

1.1 三维CAD的直观性

三维CAD一方面具有传统二维CAD的功能，还可以建立一个3D模型，最大程度上避免理解偏差，同時也可以对整个工程的建造过程进行查看。在过去，二维图纸仅仅是在品面上展示工程的构造，分别采用全剖、半剖和阶梯剖等方式来进行展示，往往会造成一定的领悟难度。利用了三维视图之后就可以降低理解难度，表现更加直观。

1.2 三维设计的重要性

我们都生活在三维世界，所以从三维来开展设计无疑更加符合人类的认知方式，使用三维CAD来开展设计可以更好地足见原始数据，优化其几何形状，如果结合了着色渲染功能，还可以直接得到一个三维效果图，决策人员可以更加全面地了解设计外观，缩短设计时间，提高设计效率。

2 CAD技术的优势

现在CAD技术的应用越来越广泛，和传统手工制图相比，CAD技术的优势非常明显，主要体现在以下几点：

2.1 保证了制图的准确性

这样水利水电工程对于设计有着较高的要求，尤其是精准程度方面。但是受限于手工操作的各种缺陷，手工制图的难度非常大，纸质蓝图也难以直接应用到实际工程当中，所以这些都给精度带来了一定的影响。三维CAD技术一方面可以完成三维制图、避免出现制图错误，同时可以借助其自身的计算功能，让计算程序得到哦简化，例如水面和坝面的绘制等等都可以迅速完成，不断提高工程精度。

2.2 保证了制图的效率

在过去的设计工作中，设计人员首先要对工程数据来开展一定的计算，这样才能开始设计，之后利用数据来完成制图。就以水坝设计来说，需要计算大量的数据，在设计过程中需要制出大量的蓝图和草图，可谓卷帙浩繁，并且十分难以保存。在使用了CAD技术之后，则避免了如此繁杂的一系列过程。

2.3 蓝图的携带与保存、检测更方便

如果利用手工绘制的方式，往往需要设计人员带着大量的器材、图纸等，不但很不方便，需要耗费大量的精力和时间，影响工作效率，而且容易使仪器设备受到损坏。在PC机技术和触摸屏技术越来越成熟后，先进的计算机设备甚至可以识别出放在屏幕上的特定储存设备。因而，相较于传统的纸质蓝图保存，数据存储与传输中固然有会有少量数据损失，但仍然没有纸质保存的画迹失真、图纸容易受潮损坏等缺点。由于是数据流，所以储存在硬盘中可以更方便地从WINDOWS界面进行监控与管理。

2.4 保证工程建设的质量

三维设计的直观性可以在设计阶段就完成工程结构的预展示，而工程设计需要大量的时间进行复查与修改，绝不是一次就成的。直观的设计，使可能出现的错误及问题及早暴露出来，减少了工程建设期的风险性。水电站设计是个多专业、复杂的系统工程，存在多专业、多阶段协调的问题，在传统的二维设计环境下，难免会由于沟通的疏漏导致设计的反复甚至失误，在三维可视化环境下，通过对数据的集中管理，参数驱动及对象问的关联关系，可以最大程度的保证不同专业、不同阶段数据的一致性和唯一性，减少设计疏漏，为工程提供质量更高的设计成果，进而避免由于空间关系上的认识不足导致的设计失误，使水电站在优质设计的基础上又省又快的建设施工。同时，CAD的快速储存与制图功能，使得在进行工程问题的研究与修改中，可以更好地表达设计者观点，并更迅捷地进行修改，展示更改成果。

3 三维CAD技术的应用

3.1 地形地质规划

基于国家部门提供的地理数据，工程上可以快速实现施工地形的数据模拟，在此基础上建立直观三维地貌图，包括大把、上下游水利图、引水洞、泄洪洞和其余诸多自然地形地貌。通过这些初步的描绘工作，可以在计算机上为工程施工人员提供直观的三维仿真地貌图，从而让施工人员客观、精确地制定工程建设方案。在施工的各个阶段，三维CAD技术还可以不断更新施工后发生变化的地形地貌图，同时在地貌图上不仅是表面，还可以表明地貌下数十米甚至百米的地质结构类型，实现施工中对山体旋转、切割出施工剖秒，挖通山体等施工操作。

3.2 精确工程质量与设计优化

在建立工程精确模型之后，同时精确计算水坝工程的各项数据，得出个坝段的准确截面积、各交点坐标即水坝分支结构的体积，完善工程上的精度要求。在进行分支结构建模后，还可以把工程的各项材料总量分配到各分支结构，进一步完成工程的下一步预算，为工程提供多种预分配方案。在工程建设中，施工场地经常会由于施工地段的险要与可用面积狭小导致场地利用困难，工程效率极度低下。而三维CAD技术不仅可以用在工程设计上，也可以利用三维模拟，动态设计、分配各分队施工空间，从而快捷完成工程建设中最开始的建筑分配图。在建设中，也可以随时随地进行方案优化，与工程建设的预方案统一设计分配，达到工程效率最大化。

4 结束语

我国水利工程兴修历史虽然悠久，但是在现代，由于技术落后所以水利水电工程的设计工作和西方国家相比仍然较为落后。近年来，相关部门已经开始转变观念，积极推广三维CAD技术，现在随着技术的完善，制图和测算等模块也相继融入其中，可以说给我国水利水电工程的设计提供了很大的帮助。三维CAD技术的推广可以说大大简化了我国水利水电工程的设计流程，但这仍然需要设计人员对CAD技术有一个熟练的掌握，这样才能发挥出其自身的价值。本文针对这些问题进行了分析，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

参考文献

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