三维CAD技术在水利水电工程设计中的应用研究

王强

摘 要：当前计算机技术已经在水利水电工程设计中得到了普遍的应用。水工设计领域自从三维技术的引入应用，其工程设计就进入了一片新的广阔天地。本文主要阐述了三维CAD技术的优势特点，分析了其在水工设计中的应用范围与内容，对三维CAD技术在水工设计中的应用提出了有关问题，并进行了技术应用展望。

关键词：三维CAD 技术；水工设计；建模；工程制图

1 三维CAD技术特点

使用三维CAD技术进行水利水电工程的制图，其特点之一在于携带方便，这是传统手工绘图方式所不能比拟的，极大地提高了绘图、制图的工作效率，也无需工作人员携带大包绘图仪器设备，只需携带移动电脑就可以完成，在有网络的情况下还能进行远程监控。特点二是CAD软件制图更加精准。设计水利水电工程建筑图纸，通常对图纸的精确程度有较高的要求，并且图纸非常复杂，利用CAD 软件进行工程制图，其巨大的计算功能节省了计算过程，并能快速得出准确的数据，能将低水位水库及坝面等曲线进行高精度的绘制，这符合工程的设计精确度的要求。特点三，快捷制图。三维CAD制图软件中带有自动求积模块功能，能够对多个数据的乘积进行自动的快速的运算，简化了大量复杂的计算程序，使得制图更加快捷方便。特点四，方便保存与监测。CAD制图软件能够将设计数据进行快捷、大量的保存，便于图纸信息的查询，还可以通过存储硬盘、网络存储备份等将所作的图纸进行保存。特点五，能够全面反映设计意图。三维CAD设计与人们的设计习惯和思维习惯相符合，能够组建有限元分析的原始数据，将几何图形进行优化设计，完成集成与渲染着色功能，最终得到三维效果图，方便有关人员能够清晰全面地观赏到设计的外观，为设计决策提供依据，从而对产品进行有效开发。通过三维技术，能够快速预算工程成本。

2 三维 CAD 技术在水利水电工程设计中的应用情况

2.1 三维CAD技术的主要应用范围与内容

地形地质。将等高数据输入CAD软件中，能够快速建立三维立体地图模型，里面可以生成大坝、引水洞等立体地形图，具备仿真的可视化效果。当采取的数据信息发生变化时，可以随时将建模数据进行更改和更新，让图形和实物能够得到高度匹配。通过CAD软件中的数据计算，可以对三维地形图中的任何复杂的部位的体积、面积、土石方量等进行快速的计算。也可以根据工程需要，可以辅助设计地形勘查的三维实体模型，并进行地质模型的辅助修改，能够将复杂的地形解剖。

水工设计。水工设计会涉及到不同的多种专业，由此，在设计时必须要对各种专业设计与施工进行协调，在骨架设计模式中，需要进行灵活设计，避免出现不同部位的设计碰撞，划分设计权限，做好协同设计和并行设计。在三维CAD设计建模中，有一项特定的三维建模命令，对二维建模进行拉伸命令可以得到简单结构物的三维建模。在水工建筑物中经常会有不规则体型的建模，例如尾水管、蜗壳、渐变段等，此时不能用常规三维建模方式，而需要用到不规则体型的三维建模方式。

工程量计算。对于已经建立好的有精确数值模型的工程，可以通过三维CAD软件对坝体工程量进行精确的计算，从而计算出坝段的各截面面积、点坐标、体积等数值。这样的数值计算满足工程计量的精度要求。在CAD软件中，需要分类进行建筑物及地质的建模，从而能够对不同材料的用量进行计算，这就为工程的概预算、材料供应计划提供了数据依据。

2.2 三维 CAD 技术水工设计中的具体应用说明

三维CAD技术建模较传统手工绘制更加方便、快捷、准确，具体的三維CAD建模应用例子如下：

在建模前，首先需要利用EXCEL表格对数据进行处理，通过核实观察数据的正确性，再将数据转化为坐标。然后执行CAD中的spline曲线命令，将 EXCEL 中的曲线坐标复制进来。

在CAD建模中，首先要建立两个以上的图层，分别是主绘图图层和辅助图层。设置建模辅助线并锁定其所在图层，用在建模过程中快速选取。划分绘图视口，例如可以划分为俯视、主视、左视和动态观察区，将所设计的内容从不同角度进行观察，减小建模误差。然后开始进行模板的参数化设计，构建三维形体结构，导入CAD 分析软件，初步绘制三维草图。然后在结合CAD 平面图、剖面图，建立生成三维模型，对所生成的实体模型进行反复校核、沟通、对比，保证设计的正确性、有效性。

例如对尾水管建模中，首先根据数据进行尾水管二维建模，在二维建模的基础上，利用loft↙工具，将绘制好的所有二维断面模型放样成为整个尾水管的三维模型，如下图。

最后，对立体模型有渲染着色需求的，可以对立体模型进行三维渲染，使得建模模型更加接近实际物体，实现建模的逼真效果。

3 CAD 技术应用的问题与展望

当前三维CAD 技术在水工设计中的应用还是存在一定的问题，其工程结构设计往往会出现交叉设计的问题，在设计中必须要要各部分的设计人员进行密切协同设计与合作，需要对数据进行大量的审核。CAD建模中的渲染功能不及3dmax，其建模的便捷性功能不如SOLIDWORKS，在进行工程管理方面不如BIM技术，这都是未来CAD软件需要进行改进的地方。此外，水工设计的CAD 技术要求设计人员要具备较高的CAD软件操作技术，这是今后CAD 软件的更新换代中必须要解决的问题。

4 结语

总之，三维 CAD 技术在水工设计中的应用，提高了水工设计的质量和效益，然而它自身也存在设计的局限性，要求工程设计人员要具备较高的专业素质。由此，需要对CAD技术进行一定的改进，使得其设计应用能够更加方便、易上手。

参考文献

[1] 刘晓光.3dsmax软件在三维效果图中的应用[J]. 黑龙江科技信息. 2015（35）.

[2] 王旭红，陈启刚，张军.三维CAD技术在电站行业的应用浅析[J]. 移动电源与车辆. 2011（01）.