计算机技术在水利工程设计中的应用

苗长芬

（新乡学院 计算机与信息工程学院，河南 新乡 453003）

计算机技术在水利工程设计中的应用

苗长芬

（新乡学院 计算机与信息工程学院，河南 新乡 453003）

书名：水利工程计算机辅助设计

作者：刘建国 主编

ISBN：9787517078012

出版社：中国水利水电出版社

出版时间：2019-04

定价：30 元

中国水利工程建设所取得的成就，为水资源的合理利用提供了重要帮助。水利工程通常规模较大，涉及诸多专业领域，需要投入大量的财力、人力与物力。为提高水利工程建设效率与质量，人们将更多的现代化信息技术手段引入水利工程建设与管理过程，推动水利工程事业的发展更加智能化、信息化，其中计算机技术在水利工程设计与施工管理等阶段中的应用最为常见，是水利工程管理信息化的关键。由刘建国主编，中国水利水电出版社于2019 年出版的《水利工程计算机辅助设计》一书，探讨了计算机辅助设计在水利工程设计中的广泛应用，重点介绍了CAD 技术的基础理论与应用，阐述了其在水利工程设计中的功能，为水利工程设计工作的高效开展提供了参考。

该书分为6 个章节，第一章为绪论，简单介绍了计算机辅助设计的基本概念，并对CAD 技术的发展、应用及软硬件技术进行了简单说明。第二章介绍了工程数据的处理，包括对数表进行程序化、文件化及插值处理。第三章为二维图形绘制，详细阐述了二维图形的基本功能，如图形编辑、填充及文字表格等。第四章为三维实体绘制，首先设置了三维环境，接着在二维图形的基础上创建并绘制了三维实体模型，最后利用布尔运算等算法对三维对象进行编辑处理。第五章介绍了AutoCAD 的二次开发，包括AutoCAD 实体的创建与编辑，以及AutoCAD 环境的设置。第六章为AutoCAD 二次开发实例，以金属蜗壳为例，对其参数计算与图形绘制的程序设计进行了说明。

1）中国水利工程设计发展现状。水利工程设计工作是整个工程建设的重要组成部分，直接影响工程的建设与管理效果。一般来说，测绘是水利工程设计中最关键的部分，传统的设计方式为手工测绘工程图纸并制作设计方案，但这种方式存在较大缺陷，二维平面图形不够全面、立体，容易给后续施工管理造成误解，且对平面设计图进行修改也有着较大难度，需要花费大量的时间与精力。随着信息时代的发展，计算机技术被广泛应用于各个领域，其对设计工作的辅助作用越来越强，甚至已成为工程设计的主要形式。尤其是CAD技术、BIM 技术、三维仿真技术、多媒体技术等计算机技术在水利工程设计领域的应用十分广泛，有效提高了水利工程设计效率与质量，推动中国水利水电事业的发展更加良好。

水利工程设计的重点。水利工程是一项工期较长、规模较大的基建项目，其设计方案是保证项目顺利施工的重要前提，因此在设计工程方案时，一定要重视以下几个方面。一方面，针对不同阶段选择合适的设计方案。在设计水利工程方案时，一定要综合考虑工程的地质条件、质量需求，选择合适的设计风格，并考虑不同施工阶段的重点，保证水利工程的设计方案具体而全面。另一方面，水利工程的设计方案要有科学依据。在设计工程方案时，一定要根据精确的测绘数据来设计方案，并根据施工技术、设备及资金等对方案进行合理调整，确保设计方案有更高的可靠性，促使水利工程项目顺利落地。

2）计算机技术应用于水利工程设计的重要意义。为保障水利工程设计方案更加可靠，人们将计算机技术引入水利工程设计中，以提高水利水电工程设计与建设水平。从现实来看，计算机技术在水利工程设计工作中发挥着重要作用。

降低水利工程设计成本。水利工程项目大多位于水资源相对缺乏的地区，包含的项目极多，如河道整治、闸基开挖及各种建筑物的修建。为制定科学的工程设计方案，施工方需要对工程地质条件、水文环境等进行测绘，充分了解当地水源分布情况，确定工程的设计方案。但现场测量与手工绘制需要花费的时间较多，数据精确度较低，可能导致设计方案出现偏差，影响水利工程最终建设效果。而计算机技术的应用可以有效降低测绘人员的工作难度，帮助其快速测绘，实现水利工程测绘信息数据及其他资料的共享，大大减少水利工程设计所耗费的时间、人力及财力，有效降低水利工程设计环节的成本。

提高水利工程设计水平与质量。水利工程的设计相对复杂，对设计方案的质量要求较高。传统的设计方式存在诸多缺陷，设计效率与精确度都较低，而计算机技术可帮助设计人员快速完成绘图、编制文件，大大提高设计效率；还可对水利工程设计方案进行仿真模拟，以便提前知晓其设计中存在的问题并及时修改，大幅提升水利工程设计效率与质量，不影响后续施工质量。

3）计算机技术在水利工程设计中的具体应用。在水利工程设计与施工过程中，计算机技术发挥的作用十分显著，能够科学指导水利工程设计与施工工作顺利开展，优化水利工程建设质量与效率。目前来看，计算机技术在水利工程设计中的具体应用主要表现如下：

①3S 技术在水利工程设计中的应用。3S 是GIS（Geographic Information System）、GPS（Global Position System）及RS（Remote Sensing）技术的统称，是现今应用最为广泛的计算机辅助技术。其中GIS（地理信息系统）是指利用计算机系统来收集、存储并分析、处理地理信息数据的技术。在水利工程设计中，这一技术主要用于收集并管理工程项目的信息数据，如地形地貌条件、水文数据及周边其他资源的信息数据，可根据这些信息数据来制定水利工程的设计方案，为构建工程项目的三维立体模型提供帮助。GPS 技术也被称为“全球定位系统”，常被用于定位、导航及移动通信。在水利工程设计中，这一技术主要被应用于工程定位，施工人员通过三维定位后可明确知道工程项目的坐标数据，为绘制工程图纸提供参考；该技术还可与摄影测量技术相结合，帮助设计人员进行精确的勘测工作，为后续绘制项目施工图纸与方案提供可靠参考。RS 技术也被称为“遥感技术”，常被用来远距离测量、识别物体，该技术主要依靠红外线、电磁波等波光的辐射情况来确定、识别物体，人们可利用收集的电磁信息进行绘像。在计算机系统的帮助下，施工地面的所有物体均可被准确观测、识别，尤其在水利工程设计过程中，施工方通常要对施工区域的地形地貌、水文、绿植及其他生物的存在现状进行摸排，以便后续进行人口迁徙、水文生态保护，遥感技术的应用便可帮助工程技术人员迅速完成摸排、测绘工作，为制定科学合理的工程设计方案提供参考。

②CAD 技术在水利工程设计中的应用。CAD（Computer Aided Design）技术是现今应用最为普遍的计算机辅助设计技术，是指利用计算机软件进行数字化绘图，并构建三维立体模型的技术，其可全方位展示并模拟实物的外观、结构设计，被广泛应用于土木建筑工程、工业生产与制造等领域。在水利工程设计过程中，人们在对工程项目施工区域进行勘测后，还需绘制出工程的建筑物模型及相关平面设计，但手动绘图工程量较大且精确度较低，因此设计人员可采用CAD 技术设计工程项目中建筑物的结构模型，并利用计算机软件程序进行图形绘制、数据标注等具体工作。如此设计的水利工程建筑物模型不仅真实、立体，而且可与其他图形软件相结合，形成交互式水利工程建筑模型，为后续工程施工提供参考。

③BIM 技术在水利工程设计中的应用。BIM（Building Information Modeling）技术是建筑信息模型的简称，是指利用计算机程序来构建建筑工程信息数据库，对建筑工程全生命周期的信息数据进行整合，形成三维模型的技术。水利水电工程也是建筑工程的一种，在进行水利工程设计时，工作人员可利用BIM 技术来收集并整合工程的信息数据，对工程设计、施工及后续运营等各个阶段的信息数据进行管理，并利用此技术构建水利工程中建筑物的三维模型。此外，此技术还可用于水利工程项目的设计成本管理，工作人员只需将工程所用建材、设备及人工等信息输入BIM 模型数据库，便可在计算机算法程序的帮助下进行工程项目的仿真模拟，充分了解项目成本，加强水利工程项目成本管理与控制，提高项目经济效益。

④多媒体技术在水利工程设计中的应用。多媒体技术是集文字、图像及声音处理为一体的计算机技术，在各个领域均有着广泛应用。在水利工程设计中，多媒体技术的应用主要表现为制作水利工程演示系统，工作人员可在多媒体信息管理系统上添加相关图像、视频及声音等信息数据，构建工程项目演示系统，如水利工程建筑物模型演示、工程运营模拟演示、工程地理地形以及周边环境演示等内容，如此制作的演示系统还可用作工程开发的宣传，吸引更多投资来参与水利工程项目，推动项目早日落地完工。

⑤计算机网络技术在水利工程设计中的应用。在水利工程设计过程中，计算机网络技术的应用主要表现在信息数据管理方面，工作人员可利用计算机网络技术对工程项目的进行全面监督与控制，确保整个项目的进度安排、人员调配及信息处理更加及时，使得工程项目的设计、施工都在预期范围内。

此外，无人机摄影测量技术、三维仿真技术等计算机技术也是水利工程设计中的常用技术手段，其对水利工程测绘工作的顺利完成作出了重要贡献。在现代化计算机技术的帮助下，水利工程的设计与施工更加高效，这推动中国水利工程项目的建设质量进一步提升。随着信息技术水平的发展，计算机技术在水利工程设计与施工过程中的应用将更加深入，中国水利工程事业的发展将更加成熟。

苗长芬（1977-），女。讲师，硕士，研究方向为计算机应用技术、计算机软件与理论。