水闸底流消能消力池三维设计二维出图的实现方法

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(华北水利水电大学，郑州 450001)

水闸底流消能消力池三维设计二维出图的实现方法

牛立军，朱东方，王鹏

(华北水利水电大学，郑州 450001)

我国水利行业设计目前较多采用的是二维设计，具有很多弊端。实现三维设计对工程建设具有重要的作用。本文依据SL 265-2001《水闸设计规范》，对利用Visual Basic for Applications(VBA)编程工具实现水闸底流消能消力池三维设计、二维出图的实现方法进行介绍。

水闸底流消能； 三维设计； 实现方法

1 引 言

水闸消能防冲工程布置是水闸设计中一个非常重要的问题，若设计不当，水流将对河床产生严重冲刷，并影响整个水闸的稳定性和安全性。我国目前常用的工程设计方法是传统的平面二维设计,实践证明存在很多弊端，而三维设计能准确地表达技术人员的设计意图，更符合人们的思维方式和设计习惯，比二维设计有很多优势。本文主要介绍“利用VBA编程方法开发水闸底流消能消力池三维设计，实现水闸底流消能消力池的三维设计二维出图功能，并自动生成工程量清单、钢筋形式表及设计报告”的思路和方法。

2 二维设计的弊端及三维设计的必要性

2.1 二维设计的弊端

目前，我国水利工程设计单位在水闸设计中，普遍采用的还是传统二维设计，存在很多弊端。水闸工程设计包括多项计算内容，且工程设计单位主要采用手工设计计算，但手工设计，计算工作量大(往往要占整个设计工作量的40%以上)、效率低、设计精度差，在时间和人力上，很难满足设计工程要求的“技术先进、经济合理、安全适用”等目标。另外，由于二维图纸不够形象、直观，施工单位在进行施工时，需要将平面图纸结合起来进行空间构思，施工单位的理解很难完全与设计者的设计意图一致，这样就会造成施工单位不能严格按照设计意图进行施工，使最终交付的工程和设计者的原始设计思路有所偏差，甚至造成返工等现象；再者，由于水利工程各构件之间、构件与地形之间连接的复杂性，二维图形有时难以清楚表达，造成施工中的设计变更较多。

2.2 实现三维设计的必要性

三维设计能准确地表达技术人员的设计意图，更符合人们的思维方式和设计习惯；使得设计人员和决策人员能全面准确地了解其外观，有助于设计决策、缩短周期、加快产品开发；能够分析产品的动态特性，对工程项目的成本进行预算；三维设计是实现设计、制造一体化的基础，为工程设计带来巨大的变革，把设计推上新的高度。水闸底流消能设施计算机辅助三维设计系统开发的研究意义主要体现在以下几方面：

a.缩短设计周期。利用计算机辅助水闸下游底流消能三维设计系统，系统会根据用户输入的参数自动生成三维图形及各个平面图、剖面图，大大缩减了设计时间，提高了设计效率。

b.能有效帮助施工人员理解设计意图。利用该系统进行设计，生成的三维图形直观、明了，施工单位只需要按照图形进行施工，避免了因对图纸理解深度不够造成的工程偏差，有助于实现设计、制造一体化。

c.自动生成工程量清单。计算机根据生成的三维实体自动计算，生成工程量清单，避免了传统计算出现的漏项、错误等，减少了后期施工中因为工程量计算错误或不精确而引起的变更。

d.为项目管理信息系统的开发奠定基础。三维图形生成后，项目划分比较清晰，对管理者进行项目管理具有指导意义，是进行项目目标控制的基础；另外，系统生成的工程量清单是依据三维实体进行计算的，比较精确，对各参与单位进行投资管理、成本管理具有重要意义。

目前，在水利行业广泛使用的通用设计软件中，尚无一套较完整的、按照SL 265—2001《水闸设计规范》编制的设计计算程序，而实际工作中又迫切需要解决这个问题。

3 实现目标

利用VBA编程实现三维设计、二维出图系统的实现目标有：ⓐ用户通过系统界面输入主要参数，系统会根据输入的参数自动生成三维图形；ⓑ系统可以生成三视图及剖面图，用户可以按照实际需要，在生成的平面图上进行尺寸等的修改，并单独保存；ⓒ进行水力计算、稳定性计算；ⓓ对三维图形进行配筋；ⓔ自动生成工程量清单、钢筋形式表及设计报告。

4 实现方法

4.1 实现工具

随着计算机技术的不断进步，AutoCAD作为一种专业的绘图工具，其功能不断强大，尤其是三维设计功能，已被广泛应用于各个行业。VBA是内嵌于AutoCAD内部的一种编程语言，是对AutoCAD 进行二次开发的一种方式,具有语法简单、易学、功能强大等优点和极大的灵活性。VBA利用其事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，并使用Windows 应用程序接口(API)函数，采用动态链接库(DLL)、动态数据交换(DDE)、对象的链接与嵌入(OLE)以及开放式数据库访问(ODBC)等技术，可以高效、快速地编制出 Windows 环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。 通过VBA编程，系统可自动生成三维图形，并按设计者需要，生成三视图、剖面图，使用方便，易于掌握。另外，VBA可以通过与Excel、Word等软件的链接，来实现表格及报告的自动生成。

4.2 基本思路

该系统开发的主要思路如图1所示。

图1 技术路线

4.3 实现步骤

a.结合水闸设计规范，确定底流消能型式及其组成和各组成部分的属性。创建三维模型时, 首先应对模型的结构进行分析。无论多复杂的模型总是由简单实体构成的，复杂模型的建立过程实际上就是不断创建简单三维模型并将其组合的过程。因此，要实现消力池三维图形的绘制，首先要对其结构及组成进行分析。我国目前水闸下游消能方式用的最多的是底流消能，按照水闸设计规范，底流消能消力池的主要型式主要有三种，如图2所示。

图2 消力池型式

然后根据各种消力池型式，确定其主要参数，即通过这些属性可以确定三维图形的形状及尺寸，以挖深式消力池为例，其属性如图3所示。

图3 挖深式消力池属性标注

b.采用VBA进行系统窗体的设计。根据用户的需求，进行窗体界面的设计。VBA中窗体的设计和VB相同，笔者的窗体设计思路为：消力池型式选择界面→三维设计界面(即由用户输入相关参数，系统自动生成三维图形，并进行相关水力计算及稳定计算)→配筋计算→生成工程量清单、生成钢筋形式表→生成设计报告。窗体的设计可以根据用户的需求进行自由设置。

c.应用VBA进行设计目标编程。三维图形的绘制是利用VBA编程自动实现的，其编程步骤为：构造出侧面图→拉伸。

二维图形是三维实体在不同角度的投影，标注不能在二维图形上标注，那样的标注只是标注影子，不能实现各标注尺寸的联动，经多次尝试，我们采用的是直接标注实体。对实体进行标注后，各投影的尺寸标注会自动生成。三维实体标注要同时注意工程CAD制图规则的轴测图标注以及二维图形的标注原则。根据个人的CAD制图习惯，在标注前，首先要建立一个或者多个图层作为标注层。在三维实体的标注时，我们认为每个面都应当设置一个图层，在由三维实体生成二维平面图形的时候，只需打开该面标注的图层，这样避免了不同视角标注的重叠或者交叉。

d.三维实体进行配筋及材料填充。通过VBA编程对消力池进行结构分析，求得其弯矩和剪力，从而实现消力池的配筋。配筋的绘制也要按三维实体绘制，钢筋形式和直径选定后要绘制三维钢筋笼实体，钢筋笼实体“装入”前面绘制的构件，形成钢筋混凝土整体(不要进行布尔运算)，通过各种剖面形成二维钢筋图。然后根据用户要求及前面步骤进行的水力分析、稳定分析等确定各部分的实体材料，对三维实体进行材料填充。

e.由三维实体自动生成三视图、剖面图。传统的方法是利用CAD里面的“设置视图(Solview)”、“设置图形(Soldraw)”两个命令进行图形转换，这两种方法都可以实现三维实体到二维图形的转换，但都需要通过 “布局”来实现，转换后不能进行二维图纸的修改，有很多不便之处。在这里，我们可以应用CAD里面的“Flatshot (平面摄影)”命令来进行由三维实体到二维图形的转化，利用该命令转换的时候是在“模型”下进行转化的，生成二维图形后，用户可以根据实际需要对该二维图形进行修改、编辑、保存，实现设计人员的二次加工，形成各阶段均比以“设置视图(Solview)”、“设置图形(Soldraw)”两个命令进行图形转换有很大的优势。

f.自动生成工程量清单、配筋形式表及设计报告

三维实体生成后，可以直接通过计算机计算三维实体各部分的工程量，这个功能在CAD里面较容易实现。如何实现自动生成工程量清单、配筋形式表及设计报告呢？首先，建立工程量清单、配筋形式表及设计报告的模板，然后利用VBA与Excel、Word的连接，将计算机的计算结果调用到模板中，这样就完成了工程量清单、配筋形式表及设计报告的自动生成。

g.系统试运行。系统完成后，结合实际的水闸工程，对系统进行试运行，并根据运行的结果对该系统进行修改、完善。

通过以上步骤，就可以开发出一套完整的、适用的水闸底流消能消力池计算机辅助三维设计、二维出图系统。

5 结 语

目前，我国水利行业的三维设计还处在起步阶段，尚不成熟。本文对利用VBA进行三维设计、二维出图的步骤及关键性技术进行了介绍，提出了在设计过程中应该注意的地方。三维设计是实现设计、制造一体化的基础，对工程建设及后期工程管理具有重要作用。随着计算机技术的不断发展及工程建设的实际需要，水利工程的计算机辅助三维设计必将成为设计领域的发展方向。

[1]林继镛. 水工建筑物[M]. 第5版. 北京：中国水利水电出版社，2009.

[2]涂晓斌，蒋先刚，张馨. 用VBA建立AutoCAD与EXCEL之间的数据通信[J].华东交通大学学报，2002(6).

[3]王志刚，吴术路. 基于AutoCAD VBA实体模型参数化设计[J]. 青海大学学报，2011(4).

[4]李咏红，杜平安. 面向对象的参数化CAD二次开发方法研究[J]. 电子科技大学学报，2004(5).

[5]赵卫军. AutoCAD二次开发在水利工程设计中的应用[J]. 水利与建筑工程学报.2011(1).

[6]赵永平，贺赛男，于娇. 基于VB的AutoCAD二次开发与图形自动生成技术[J]. 森林工程，2006(22).

简讯

三峡等工程获“全球工程奖”

据国资委网站消息，在西班牙巴塞罗那召开的国际咨询工程师联合会(FIDIC)2013年年会暨FIDIC成立百年庆典大会上，中国13个建设项目获得“FIDIC百年工程项目奖”。三峡工程位列其中，获此殊荣。获奖项目的主要建设单位均为国企，其中有7个项目为央企承建。

为宣传百年以来全球工程咨询业取得的巨大成就，表彰咨询工程师为促进人类经济社会发展和改善生活质量作出的杰出贡献，FIDIC在成立百年之际，在全球94个国家和3个地区性成员协会范围内首次开展了“FIDIC百年工程项目奖”评选活动，共有36个项目和6名咨询工程师获奖。中国长江三峡水利枢纽、京沪高速铁路等13个建设项目和3名咨询工程师获奖，是获奖数量最多的国家。

中国获奖项目包括：广州塔、广州大剧院、广东科学中心3个项目荣获“FIDIC百年重大建筑项目杰出奖”，苏通大桥、长江三峡水利枢纽2个项目荣获“FIDIC百年重大土木工程项目杰出奖”，中国进出口商品交易会琶洲展馆、天安门广场建筑群2个项目荣获“FIDIC百年重大建筑项目优秀奖”，京沪高速铁路、红水河龙滩水电站工程、上海长江隧道、武汉天兴洲长江大桥、秦岭隧道群、青藏铁路6个项目荣获“FIDIC百年重大土木工程项目优秀奖”。长江勘测规划设计研究院院长钮新强、中铁第一勘察设计院董事长王争鸣、中国交建总工程师兼中交公规院董事长张喜刚荣获“FIDIC百年优秀咨询工程师”。

FIDIC此次评选活动按照国际认可、技术卓越性、创新性和可持续性四个方面的要求进行，业内人士称，中国相关工程项目和咨询工程师获奖，表明中国的工程咨询理念、技术创新和建设标准达到了国际先进水平。

来源：中国长江三峡集团公司中国水力发电工程学会网2013年12月11日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=11364

我国首座深水电力引水隧道贯通

随着最后一根高12米、重17吨的钢质取水管在深达22米的长江底部焊接成功，我国首座深水电力引水项目——江苏常熟电厂引水隧道8日全面贯通。这一隧道工程整体偏差仅7厘米，标志着我国复杂地质条件下特殊结构引水隧道的设计、施工与科研取得重大突破。

位于长江下游徐六泾河交汇处南段的江苏常熟电厂引水隧道工程，在我国水下隧道建设中首次采用了“下插式”取水立管施工新技术，由循环水泵房、取水隧道和取水立管系统组成。采用盾构机施工的2座内径4．2米、全长约1900米的取水隧道，最深处距长江水面26米。

盾构机先后穿越长江大堤和多条错综复杂地段，富含沼气、上软下硬的地层、流沙土等多种不良地质。地质条件之异常复杂，施工技术难度之大，工程风险之高，在我国水下引水隧道建设中极为罕见。

在水下22米至26米深处的隧道顶部安装取水口，是把长江水引进电厂的重点控制环节。其中，3个取水口在外部护筒安装施工中，液压振动锤最高要产生520吨的冲击力，才能把重55吨、直径3．5米、高27米的钢护筒打入江底的土层中，与隧道拱顶预留的开孔口对接。况且，取水立管处于长江中心的深水区，不仅水下压力大，而且要防止卵石、块片石、流砂等冲积物的影响，在这种条件下确保对接无误可以说是一项巨大挑战。

引水隧道工程的贯通，为电厂2台100万千瓦机组按期发电创造了有利条件。整个扩建工程在2014年1月底全面投产后，将使电厂总装机容量从120万千瓦跃升到320万千瓦，大大缓解江苏电网供电紧张状况，为长三角地区经济发展提供有力保障。

来源：新华网中国水力发电工程学会网2013年12月9日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=11321

“十二五”重点项目陕西镇安抽水蓄能电站可研报告通过国家审查

近日，受国家能源局委托，水规总院会同陕西省发改委召开了陕西镇安抽水蓄能可行性研究报告审查会议。国家电网公司、省级相关部门、商洛市、镇安县和项目建设单位国网新源控股公司有关人员参加了会议。

审查会期间，水规总院专家组查勘了镇安抽水蓄能电站场址，并就可研报告中工程地质、工程布置、征地移民、环境保护等专题进行了讨论和审议，出具了相关审查意见。镇安抽水蓄能电站已列入国家“十二五”规划重点建设项目，电站装机140万千瓦，投资90亿元，是陕西省规模最大的水电工程，也是西北地区第一个取得国家“路条”的抽水蓄能电站项目。电站对于增强陕西电网调峰能力，确保关中电网安全稳定运行具有重要意义。此次项目可研报告通过国家审查，标志着电站前期工作取得重大突破，已具备上报国家核准条件，为项目争取早日开工建设奠定了良好基础。

来源：陕西省发改委中国水力发电工程学会网

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=11287

RealizationMethodofSluiceUnderflowEnergyDissipationStillingbasinThree-dimensionalDesignTwo-dimensionalDrawingProduction

NIU Li-jun, ZHU Dong-fang, WANG Peng

(NorthChinaUniversityofWaterConservancyandHydropower,Zhengzhou450001,China)

Two-dimensional design is mostly adopted in design of water industry currently. It has many drawbacks. Three-dimensional design is very important for project construction. Utilization of Visual Basic for Applications(VBA) programming tool for achieving 3D design and 2D drawing production in sluice underflow energy dissipation stilling basin is introduced according to SL 265-2001 ‘Sluice Design Specifications’ in the paper.

sluice underflow energy dissipation; three-dimensional design; realization method

TV672

A

1673-8241(2014)1-0062-04