三维CAD技术对水电工程的应用

三维CAD技术对水电工程的应用是什么？三维设计的意义在哪里？请看鲁班乐标编辑的文章。

1三维设计的意义

1.1三维设计是发展趋势

三维设计之所以可以成为目前主流的CAD技术，是因为它有很多二维技术不具备的优势。通过对三维设计和二维设计的效率和性能进行比较，不难发现，三维设计对结构描述的准确性和真实性更高，有效的克服了设计中可想不可见的缺点，是未来技术发展的主要趋势。

1.2全面反映设计意图

三维设计更加符合人们的设计习惯和思维习惯，可以对有限元分析的原始数据进行组建，对几何形状进行优化设计，并达到CAD，CAE/CAPP/CAM的集成，还可以利用渲染功能和着色功能得到设计方案的三维效果图，使决策人员和设计人员更加全面的了解设计外观，提高设计决策的准确度，降低设计周期，加快产品的开发。还可以对产品的动态特性进行准确的分析，预算工程项目的成本。通过使用三维设计，使工程设计产生变革，将设计推到了从未有过的高度。

2CAD技术的优点

2.1制图准确度高

水利水电工程对设计的精准性要求比较高，而且自身结构比较复杂，手工制图的难度非常大，准确度很难达到要求。通过使用CAD软件强大的计算功能，可以简化计算流程，查算的数据又准又快，可以精确的绘制出低水位水库和坝面的曲线，达到设计精度的要求。

2.2携带便利

在绘制的过程中，如果使用手工绘制的方法进行绘制，设计人员需要携带大量的图纸和器材，不仅不方便，而且需要耗费大量的时间和精力，工作效率低，很容易损坏设备。而使用CAD技术，只需要携带远程监控设备或便携式电脑就可以了，很方便。

2.3制图更快

在进行水利水电工程设计时，图像的计算量很大，如果使用人工的方式进行计算，不仅要耗费大量的精力和时间，而且准确度低。而使用CAD技术，通过使用自动求积模块的功能，可以进行自动求积等多项运算，能够在短时间内将复杂的计算完成，实现快捷化制图。

2.4数据的监测和保存更加方便

使用传统的方式，由于数据多且复杂，在查询和保存时很不方便，而使用CAD技术，可以更加快捷将大量的技术保存在存储介质中，非常的方便。

2.5保证工程设计质量

通过使用CAD技术进行直观的的设计，可以及时暴露出可能存在的问题和错误，降低工程建设过程中存在的风险。由于水库枢纽、水电站等设计是一个复杂、繁琐的过程，存在比较严重的专业协调问题。在二维设计环境下，由于需要进行多次反复计算，不可避免会出现失误的情况。而在三维可视化的环境下，通过集中管理数据，可以保证不同阶段、不同专业数据的唯一性和一致性，降低设计疏漏，防止因空间关系上缺乏认识，导致设计失误的情况出现。

2.6设计成果直观

使用三维CAD技术进行设计，不仅可以进行二维图纸的绘制，而且可以提供出三维模型，可以从任意视角查看工程的局部情况和整体情况，还可以提供动态结构的装配过程，对各个建筑物空间、时间上的逻辑关系进行描述，利用三维动画的形式，在虚拟的环境中，对施工过程中原始的地质地形情况进行真实预言，分析材料、人工和施工机械的消耗情况，挖掘出降低施工成本的潜力，为企业投标和经营管理单位提供预测和决策依据;根据工程的实际施工特点，将工程项目管理工作做好，对工程进行科学的规划和组织，严格按照规定要求进行施工，在保证施工安全和施工质量的基础上，对施工成本进行严格控制，保证设计效果。

3三维CAD技术在水利水电工程中的应用

3.1CAD技术的应用范围

3.1.1水工设计应用在水利水电工程设计中，由于工程比较复杂，需要多种专业互相配合、协调的情况下开展，为了提高设计灵活性，避免设计缺点，在设计时要提高骨架设计模块的应用，并将设计权限划分出来，实现设计的并行性和协同性。此外，要在这个基础上选择确定设计模板的参数，并使用和其对应的方式构件三维形体结构，导入CAD分析软件，从而更快的设计出三维设计草图。草图设计完成后，设计要根据CAD的剖面设计图和平面设计图，进行三维模型的构建，使空间概念更加明晰，并通过实际生成的模型反复校核平面设计图。为了提高设计的有效性，在设计的过程中，要加强各方的沟通和交流。

3.1.2在地形地质应用通过利用等高数据，可以更加准确、快速的实现数字化的三维地形，建立起水工建筑物大坝、原始地貌、开挖边坡、引水洞等三维地形图。利用计算机进行设计，具有良好的仿真效果，可以及时适应原有图形，使实物和图形更加的匹配。由于三维地形的仿真性很强，因此，可以计算所有复杂位置的体积，可以根据实际的需求，进行剖面的开挖和旋转，可以使用勘测数据快速、准确的计算土石方量。

3.2水利水电工程中三维CAD技术应用说明

3.2.1处理EXCEL数据在处理数据前，先要保证数据的准确性，分析核实前期收集到的数据，然后再将数据输入，转化成具体的坐标。例如执行spline命令，复制和粘贴EXCEL中的曲线坐标，最后按下回车进行执行。3.2.2绘制水位/库容曲线首先，输入水位和对应库容的数据，然后，利用表格自带的功能，准确快速的计算库容差，再根据具体的计算结果对坐标进行转换，继续进行输入。当所有的输入完成后，将美观度和辨识度放大，重新定位坐标点，执行样条曲线绘制的命令，最后按下回车完成曲线绘制。

3.2.3三维立体渲染使用CAD技术，不仅可以将立体效果图绘制出来，而且可以利用渲染，将数据转换成适合多台电脑进行同时分析计算的数据。可以更加及时发现存在的问题和不足，并对问题进行调整改进。

4实际应用案例

4.1案例介绍

目前钢岔管是水利水电工程系统中应用比较广泛的一个设备，主要由锥、柱和球面构成，由钢板卷焊制成，一般来说可以分为三梁岔管、牙肋岔管、贴边岔管和球形岔管、无梁岔管等类型。由于岔管的体型比较复杂，体型展开计算和结构设计均非常困难，需要经过复杂的平面几何计算才可以得到正确的施工图，因此，决定使用三维CAD技术进行岔管施工图的设计。

4.2计算步骤

以非对称的Y形三梁岔管为例，使用圆柱管作为主管，使用圆锥管作为支管，主管和支管的肋板厚度和管壁厚度均为18.3mm，内径分别为600mm和300mm，因此，设计公切求的半径为300mm。按照三梁岔管构造的相关要求，取分岔锥管腰线折角为11°，具体的设计步骤如下。(1)使用装配设计模块和零件模块，根据几何参数建立立体模型，见图1。

(2)根据CAD软件的草图功能，应用提前功能对体型图进行确定，并测量出控制体型图形状的主要数据，主管和支管的体型图见图2。(3)利用软件的展开功能，将内表面图形展开，并得到具体的主管和支管展开图，将主管展开曲线坐标的数据提取出来，量出大小U梁内缘椭圆长、腰梁、短轴的具体长度，并确定具体的方程。

4.3设计结果

使用三维CAD技术来设计岔管的三维模型，得到的坐标值和数解法计算结果基本一致，可以满足精度要求。在整个设计过程中，没有运用计算公式，整个设计过程快捷、直观，操作步骤简单，效率高，工作量小，可以直接输出设计结果，不用使用软件进行再次绘制。

5结论

从理论到具体事例都表明三维CAD技术比传统的手工方式绘图的准确性更高、携带更加方便，彻底改变了手工计算后绘制的历史。不过，为了进一步保证设计质量，适应新时代的发展，作为设计人员，要不断的提升自身的专业素质水平，设计出符合规定要求的水利水电工程施工图。

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