探究三维设计方法在水利水电工程设计中的应用

苗辉

摘要：在水利水电工程建设过程中，勘测设计是其中较为重要的一个关键环节，其水平将直接影响着整个工程的质量和实用性。伴随着时代的发展进步，水利水电勘测技术也在随之发展进步，由以往的二维勘测技术逐渐发展成为了三维勘测技术。虽然我国三维勘测技术水平较发达国家较低，但是其发展潜力很大，因此，相关研究人员应该对其进行进一步的研究。

关键词：三维设计方法；水利水电工程；设计；应用

水利水电工程往往都是规模宏大，技术相对复杂的专业性工程，其勘测设计需要反复协调修改，这也对设计人员和工具提出了较高的要求。如何在繁重的工作中完成水利水电工程的设计工作，就成为了相关工作人员的关注重点。对比传统的二维设计方法，三维勘测技术更加方便直观，能够有效解决以往很难解决的错漏问题，受到了广大设计工作者们的广泛欢迎。

一、在水利水电工程设计中应用三维设计方法的意义

三维设计技术是当代工程设计工具的一种极为先进的技术，能够结合实际工程状况直观方便地展示设计师的基本理念，而不需要设计人员反复在二维图纸和三维实物中反复转换自身的思维。三维设计技术能够将工程设计的具体材质、尺寸、形态甚至是色泽充分反映出来，同时也能生成相应的二维图纸，既满足了工程的实际需要，同时也能更加准确直观地反映出设计师的基本理念。

三维设计技术能够有效提升设计人员的设计水平以及设计单位的专业性，并在一定程度上提升设计速度。以往进行水利水电工程设计时，必须建立一个团队，耗费大量的人力物力进行勘测设计，付出众多的心血，大家通力合作。然而使用三维设计方法以后，现代计算机通信技术以及三维平台出现以后，可以实现远距离的即时通信，设计人员能够有效缩短沟通交流的时间，信息传输过程中能够有效保证数据信息的准确性。

三维设计方法还能在一定程度上提升设计质量以及效率，通过三维软件，工程中的各项参数都能在模型中反映出来，施工对象能够用三维成像技术表达出来，保证设计的准确性，避免由于各个部分彼此分散而出现矛盾现象，进而有效保证设计质量。三维协同设计能够帮助设计人员调整方案，避免出现由于设计问题而造成的返工，同时还能在一定程度上节约时间，提升设计效率的同时提高设计质量。

三维设计方法能够有效表达出设计人员的设计理念，更符合当代人的设计思维和习惯，同时具备多种功能，人们可以更加直观地了解所设计的水利水电工程外观，帮助施工人员确定施工周期和开发速度。因此，三维设计方法应当在水利水电工程设计中合理应用，相关研究人员也应该继续研究开发。

二、三维设计软件

（一）CATIA软件应用

CATIA软件平台中有多个功能，其主要功能包括以下四个方面：第一，曲面设计功能；第二，内部结构设计功能；第三，施工工程设计功能；第四，知识工程功能。其中，曲面设计的应用就是针对水利水电工程的实际地形和地质进行建模设计，能够设计出较为复杂的曲面和变形，同时能够完整导入地面的相关数据信息，保证各项数据能够实现有机结合，发挥其应用价值；内部结构设计应用于坝工部件的设计，不仅能够完成颇为复杂的设计，还能将相关参数进行模块化处理，提升整个工程的设计速度以及质量；施工工程设计针对的则是实际施工期间需要考虑的问题，能够完成布尔运算，对工程中包含的建筑物、建筑物之间的相互影响进行合理分析；知识工程的应用则是针对模块化问题，这个部分要将以往的工程经验适当加入其中，并输入严格地规章制度，避免出现盲目设计，坚持规范科学。

应用CATIA软件进行水利水电工程设计，首先要设计工程中需要用到的零部件，也就是各个组成部分的造型，具体步骤包括：第一，初步绘制模板，满足设计的要求，对各个组成部分绘制二维图；第二，利用软件中已有的零件对实际设计图进行造型，根据实际的拓扑关系制作模型；第三，根据实际的设计要求以及软件功能对零部件进行一定加工，完成造型。其次则是进行装配设计，上一环节中的零部件依次导入，合理运用对称工具，保证导入速度，根据各个零部件的关系对其间距、角度进行设定，同时进行准确校对，避免出现数据错误。另外，零部件组装结束后，对其存在的缺陷进行分析，保证装配结束后不会出现过于严重的冲突。若是出现了冲突，要合理进行调整，补充完善工程设计的细节部分。

（二）ANSYS有限元分析

ANSYS在水利水电工程设计中进行应用，其价值非常高，且具有极强的先进性以及应用性，同时也在随着科技的进步而飞速向前发展，帮助设计工作提升质量，创造更高的经济效益，具有极大的发展潜力。

应用ANSYS设计的主要步骤是：去除掉那些表面特征层上存在的关键点、面、线，找到合适的边界线，连通为一条直线，随后通过该直线形成一个相应的曲面。使用软件工具将曲面相连线制作打断，在使用繪图工具将所有的线进行有机整合，最终形成一个小面积曲面。使用该方法设计可以将各个面上的公共点、线找出来，构建出一个模型。导出模型以后，图形相对较为模糊，这时可以使用相关的工具对其进行实体修整，最终得到细致的设计模型。

三、三维设计方法在水利水电工程设计中的实际应用

如图1所示，为三维勘测设计方法设计水利水电工程的流程图。

图1 三维勘测设计流程图

某水电站采用双层取水方式，长×宽×高为226×31.48×821.8m3，其基面高度达到了735.2米，进水口是进水引渠设计。该工程的实际建设场地地基主要由花岗岩以及沉积角砾岩组成，稍微有些风化，但是完整度相对较高。

在该工程设计过程中，设计人员使用了CATIA和ANSYS软件。首先，设计人员利用CATIA软件进行了该工程的零部件以及整体装配设计，同时利用软件中的计算模块对载荷以及约束条件进行了分析；随后，设计人员利用ANSYS软件完成了有限元分析以及整体模型数据修正及调整，最后得到较为合理科学的工程设计模型，直观地反映出了该工程的预想成果。

结语：

在水电工程设计过程中，必然将会越来越广泛地使用三维勘测设计技术方法，这是未来的必然发展趋势。在设计过程中，充分利用了网络技术、数据库以及协同管理技术，实现了远程多人协同设计，有效提升了工程设计效率和质量，同时还能将实际工程通过模型直观的展示出来，为实际工程建设提供必要的参考依据，更能适应业主要求，应该进一步研究并推广。

参考文献：

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