试论水利工程建筑物结构设计的技术创新与实际应用

【摘 要】随着社会的进步以及科学技术的快速发展，人们对水利工程的服务功能提出了更高的要求，应用传统的技术对水利工程进行结构设计所具有的弊端逐渐显现，已经无法满足现阶段社会发展的需求，对水利工程结构设计技术进行创新与发展势在必行。美国研发的CAD技术是传统技术优化的产物，具有很多鲜明的优势，例如，二次开发、操作便捷、掌握难度系数较小等，可以有效缩减结构设计周期，提高设计质量，且设计成本投入较小，在水利工程方面得到了广泛应用与推广。

【关键词】水利工程 建筑物 结构设计 技术创新 实际应用

本文阐述了结构设计在水利工程建设过程中所具备的重要意义，分析了CAD技术在结构设计方面的优势，并提出了该技术应用于水利工程结构设计中的具体体现，以期提高水利工程结构设计质量，确保水利工程拥有良好的整体质量，从而为人民提供更加优质的服务，收获更高的环境效益、社会效益以及经济效益。

1 建筑物结构设计在水利工程中的重要意义

对水利工程的建筑进行有效设计，可以为水利工程制定有效的预算与施工方案。施工方案的质量具有至关重要的意义，其决定了水利工程的整体质量与经济效益、环境效益以及社会效益。基于科学的手段，提高施工方案的准确性与细致性，可以确保水利工程顺利实施。由此可知，结构设计是水利工程施工建设的关键环节，设计单位应该对结构设计给予高度的重视。结构设计的质量与水利工程的安全性能、成本投入、使用寿命、使用功效息息相关。水利工程作为一个完成的系统，可以划分为决策、计划与实施三部分。在项目实施过程中，要想对资金投入进行有效控制，首要前提便是做好项目的决策与计划，项目决策与计划的实施质量直接影响着结构设计的质量，对水利工程的整体功效有着巨大的意义。除此之外，对水利工程进行结构设计，可以有效提高工程施工经费预算的科学性、合理性以及可行性，设计质量与经费成本成反比，与工程性价比成正比，即设计质量越好，工程所需经费越少，工程性价比越好。

2 CAD技术在结构设计方面所具备的优势

2.1 提高设计准备工作的便捷性

应用传统的技术对结构进行设计，设计人员需要通过大量设备测量的方式选择工程建设地址，例如，施工图纸、签字笔、刻度尺等，不仅加大了设计工作的繁琐性，还加大了设计人员的任务量，致使设计效率非常缓慢。应用CAD技术对水利工程的结构进行设计，设计人员利用计算机的远程功能，便可进行选址作业，不仅提高了设计准备工作的便捷性，还能确保测量数据的准确性。相较于传统设计技术而言，设计人员的任务量大大缩减，为优化设计作业环节奠定了良好的基础。

2.2 提高设计图纸的精确性

传统的设计技术以人工为主，而CAD技术主要依靠计算机技术，计算机作为先进的科学设备，其图纸绘制能力与数据计算能力是人类无法比拟的，应用计算机对工程图纸进行绘制，可以确保图纸的准确性，提高其有效性与可行性。传统的设计需要多个设计人员经过长期合作才能完成，设计周期较长，人力资源、物力资源以及财力资源投入较大。而应用CAD技术，一个设计人员进行计算机操作即可，设计周期最长不会超过一周，如果设计方案难度系数较小，一天即可完成，相较于传统技术绘制的图纸而言，计算机图纸的准确性以及清晰度更好，不仅缩减了设计周期，还提高了设计质量。应用CAD技术，可以将水利工程的坝面曲线、以及水位较低处的水库曲线清晰且准确的绘制成图纸，即使水利工程的结构具有较强的复杂性，该技术也能准确设计出来。

2.3 操作简便，提高设计效率

传统的设计技术以人工为主，不可避免出现漏洞或是错误，因此，设计人员在完成设计后，往往需要对设计方案进行严格审查，从而发现漏洞与错误，然后分析并研讨其存在的原因，继而寻求合理的措施对其进行有效解决。寻找设计方案漏洞并对漏洞原因进行分析的作业量非常巨大，会在很大程度上延长水利工程的设计周期。应用CAD技术进行结构设计，不仅在很大程度上提高了设计方案的准确性，即使对方案进行检测与优化，也不需要花费大量的时间，该技术在设计过程中便会对设计数据进行实时监测，一旦发现错误，可以及时有效的进行修正。人类运作效率与计算机软件之间存在巨大的差异，应用计算机软件进行作业，可以有效提高结构设计效率，缩减水利工程的设计周期。

3 CAD技术应用与水利工程结构设计方面的具体体现

3.1 坝面曲线的绘制

相较于传统的设计技术而言，CAD技术最为显著的特征即精准度较高，应用CAD技术进行结构设计时，CAD可以执行样条曲线绘制命令，并结合EXCEL表格中的数据处理功能，对水利工程溢流段的坝面曲线进行绘制。首先，应用EXCEL对检测数据进行处理，其次，将数据以坐标的形式呈现出来；然后，应用样条曲线绘制命令，CAD技术会对坐标形式的数据进行复制；最后，将复制坐标粘贴到命令行中，绘制结束。

3.2 库容与水位关系曲线的绘制

首先，确定水利工程水库的库容值与水位值；其次，通过CAD技术中的EXCEL表格对所需坐标点进行计算。在实际应用过程中，可以划分为七个步骤，分别是表格绘制、表格运算、坐标输入、水位差放大、执行UCS命令、执行样条曲线绘制命令、回车结束。在表格绘制方面，利用CAD中的EXCEL绘制表格，在表格内输入相应的水位值、库容值；在表格运算方面，利用EXCEL的运算功能对库容值进行计算；在坐标输入方面，将相对坐标输入到EXCEL表格之中；在水位差放大方面，将EXCEL表格中的相应的水位值与库容值间的值差按照一定的比例放大，水位值与相对应的库容值之间存在较大的数值差，如果没有对坐标进行相应的调整，很难保证绘制图纸中的曲线具有良好的美观感，不仅如此，在实际应用过程中，也会产生很大的阻碍性，在调整坐标的过程中，只对纵坐标进行比例整改即可，然后将数值差放大，放大倍数与调整比例保持一致性，这样所绘制而成的图纸中的曲线将会非常美观，可以有效提高施工人员作业的便捷性，应用CAD技术中的标注功能对坐标进行标注处理也可，这样可以快速掌握曲线任意点的原点坐标值。在对纵坐标进行比例调整后，要想掌握水位的实际差值，需要用查询差值除以差值的放大比例；在执行UCS命令方面，该命令的主要功能是对用户坐标进行定义，利用该命令将对新坐标原点进行定义，使其成为库容与水位的对应坐标；在执行样条曲线绘制命令方面，将比例调整后的坐标输入CAD的执行页面；在回车结束方面，即表示图表绘制完成。

3.3 有效检测设计方案

应用CAD技术，可以采取三维立体渲染的方式对设计方案进行检验。CAD技术具有良好的三维形体绘制功能，设计人员可以先绘制出水利工程的三维形体，然后利用CAD技术渲染，渲染的内容有很多，例如，光源筛选、阴影筛选、材质筛选等，除此之外，为了确保渲染效果具有良好的观赏性，还要添加适宜的背景图片或是配图等。通过三维形体渲染效果图，可以从不同的方位、视角对水利工程的动态效果进行观察，然后选择适宜位置对水利工程进行剖切，对剖切断面进行观测，可以准确把握水利工程的形态美观感、环境协调性、工程作业量以及成本投入等方面，确保水利工程拥有良好的整体效果。

4 结语

CAD技术是科学技术发展的产物，将其应用于水利工程结构设计方面是社会发展的必然趋势。CAD技术相较于传统设计技术而言，不仅能够有效节约设计成本，缩短设计周期，还能提高图纸的准确性与精密度，促使设计方案更具科学性、合理性、有效性以及可行性，从而提高水利工程的施工效率与施工质量，为水利工程的整体效果提供技术保障，促使水利工程的功能得以充分发挥，为人们提供更加优质的服务，全面提高我国国民经济发展水平。

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作者简介：徐丽娜（1965—），女，吉林伊通人，本科，高级工程师，研究方向，水利工程建筑方面。