三维CAD技术在水利水电工程的应用

三维CAD技术在水利水电工程的应用

1、简介

在传统的水利水电工程建设的过程中，工程设计图都由设计者进行手工绘制。在20世纪末，计算机技术在国外得到了广泛的应用，我国引进计算机技术之后，水利水电工程设计者已经开始使用计算机进行图纸的设计和规划。当前的三维CAD技术可以在设计阶段绘制项目的三维立体结构，可以对空间结构进行真实的反映，并且会对结构之间的空间关系进行展示，在投入施工之前对设计结果进行展示，为当前设计的合理性作出保证。

2、三维CAD技术概述

三维CAD制图主要是使用计算机辅助设计软件帮助设计人员进行设计工作，该技术是工程设计史上的一个重大转折点。三维设计是当前二维技术的升级，其次，三维技术还有很多二维技术不具备的优势，三维设计可以提高当前结构设计的准确性和可靠性，对提高当前水利工程设计水平中有重要的实际意义。我国三维CAD制图大多数是以国外CAD制图基础进行开发的，但是近几年来，国内外在进行跨时代的变革，三维CAD制图的出现也丰富了传统CAD设计的功能。

3、三维CAD技术在水利水电工程设计中的优势

3.1   使整个水利水电制图更加准确

水利水电工程设计过程中的准确度非常高，并且水利水电行业具有一定的特殊性，增加了设计过程中的制图难度，并且在设计图的绘制过程中，不能直观地展现工程的结构。三维CAD技术的出现很好地解决了这一问题，另外，三维CAD技术的计算功能非常强大，能够进行水利水电工程中一些相对复杂的计算，还可以提升计算速度和准确性，更好地满足当前水利水电工程对准确度的要求。

3.2 使制图过程更加快捷

在水利水电工程的设计过程中，由于工程设计者会根据工程的具体需求对工程数据进行计算，之后根据计算结果进行工程图的绘制。因此，水利水电工程的设计过程需要大量的数据支撑，绘制的设计图纸张较大，不易保存，容易丢失，并且传统的绘图技术在计算过程中易出现错误和误差，对整个水利水电工程造成不良影响。三维CAD技术中有自动求解功能，这种功能能够直接对工程数据进行计算和处理分析，可以大幅度提升水利水电工程设计的效率，提升工程设计的准确度，缩短设计阶段的时间。

3.3   便于携带，容易保存

传统的施工图绘制需要设计人员携带大量的器材和设备，不仅会提升图纸设计的难度，还会消耗设计者大量的时间和精力，降低工作效率，并且对仪器设备产生损耗。随着互联网信息技术的发展，信息化技术逐渐趋于成熟。三维CAD技术可以将数据和设计图进行储存，降低数据丢失的概率，并且不会出现纸质保存中线条不清晰现象。

3.4 提升水利水电工程质量

在水利水电工程的设计过程中，需要不断对设计方案进行修正和改动，操作比较复杂，且关联数据较多，容易导致计算错误，影响工程建设。而三维CAD制图具有一定的直观性，可以从三维空间角度检验设计的合理性，及时发现方案中的不合理之处，并进行优化，有效地降低工程建设过程中存在的质量隐患，从根本上提高水利水电工程的质量。

4、工程概况

以白鹤滩水电站为例，介绍三维CAD制图在水利水电工程中的主要应用。白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站，以发电为主，兼顾防洪、拦沙、改善下游航运条件和发展库区通航等综合效益。水库正常蓄水位825m，相应库容2.06×1010m3，地下厂房装有16台机组，初拟装机容量1.6×107kW，多年平均发电量6.024×1010kW·h。电站计划2020年首批机组发电，2022年工程完工。电站建成后，将成为仅次于三峡水电站的中国第二大水电站。拦河坝为混凝土双曲拱坝，高289m，坝顶高程834m，顶宽13m，底宽72m。白鹤滩水电站是国内首座椭圆形双曲拱坝，体型较为复杂，尤其是导流底孔、深孔等牛腿部位，拱坝的拱圈线是拱坝设计参数结合复化辛普森求积公式、三次B样条拟合以及迭代计算求得的空间曲面，坝前贴脚、坝后栈桥及牛腿等部位与大坝上下游面相交的结构线很难通过数学推算求得，应用CAD三维制图,对椭圆形双曲拱坝进行三维建模，真实准确地展现了拱圈外部结构与上下游拱圈的交线，并从中提取坐标数据，从而可以对其体型线进行测量放样，确定施工数据。在三维CAD制图技术的辅助下，得出的数据结果和使用数学解法得出的结果没有差异，且准确度非常高，也为施工带来了便利。

5三维CAD技术在当前水利水电工程设计方面的应用

在地质地形方面的主要应用可以根据当前的等高数据对相应的地形进行数字化的呈现，还能模拟原始地貌。其次，大坝，引水洞等都可以通过计算机进行设计，并且通过计算机的有效操作可以提升方案的可视化效果，还可以基于当前的实际情况对现阶段的原有图形进行更新和设计，在一定程度上实现图形和实物的可视化。由于当前的三维地形具有一定的仿真功能，因此，也可以对其中的一些复杂部位进行相应的属性计算，还可以根据实际需求对当前的一些挖掘和切割等方面的操作进行优化，使用勘测数据对土石方工程进行准确的计算，还能进一步提升计算效率。当前三维CAD技术在水工设计方面的应用主要集中于水利工程的设计过程中，针对当前工程的复杂程度，要对各专业进行协调，同时，在设计过程中，有效避免设计缺陷，更好地实现当前设计的协同性。

综上所述，我国水利水电工程的设计水平相较于国外一些国家还比较落后。但是近年来，随着我国加大对水利水电工程的重视，相关部门在水利水电工程的建设过程中也产生了观念上的转变。目前，我国三维CAD制图技术在很多行业得到了广泛的应用，为水利水电工程的发展打下了坚实的基础，但是在三维CAD制图技术的运用过程中，还需要相关人员不断提升自身的技能，更好地投身到水利水电工程建设中。