1三維設計的意義

1.1三維設計是發(fā)展趨勢

三維設計之所以可以成為目前主流的CAD技術，是因為它有很多二維技術不具備的優(yōu)勢。通過對三維設計和二維設計的效率和性能進行比較，不難發(fā)現(xiàn)，三維設計對結(jié)構描述的準確性和真實性更高，有效的克服了設計中可想不可見的缺點，是未來技術發(fā)展的主要趨勢。

1.2全面反映設計意圖

三維設計更加符合人們的設計習慣和思維習慣，可以對有限元分析的原始數(shù)據(jù)進行組建，對幾何形狀進行優(yōu)化設計，并達到CAD，CAE/CAPP/CAM的集成，還可以利用渲染功能和著色功能得到設計方案的三維效果圖，使決策人員和設計人員更加全面的了解設計外觀，提高設計決策的準確度，降低設計周期，加快產(chǎn)品的開發(fā)。還可以對產(chǎn)品的動態(tài)特性進行準確的分析，預算工程項目的成本［1］。通過使用三維設計，使工程設計產(chǎn)生變革，將設計推到了從未有過的高度。

2CAD技術的優(yōu)點

2.1制圖準確度高

水利水電工程對設計的精準性要求比較高，而且自身結(jié)構比較復雜，手工制圖的難度非常大，準確度很難達到要求。通過使用CAD軟件強大的計算功能，可以簡化計算流程，查算的數(shù)據(jù)又準又快，可以精確的繪制出低水位水庫和壩面的曲線，達到設計精度的要求。

2.2攜帶便利

在繪制的過程中，如果使用手工繪制的方法進行繪制，設計人員需要攜帶大量的圖紙和器材，不僅不方便，而且需要耗費大量的時間和精力，工作效率低，很容易損壞設備。而使用CAD技術，只需要攜帶遠程監(jiān)控設備或便攜式電腦就可以了，很方便。

2.3制圖更快

在進行水利水電工程設計時，圖像的計算量很大，如果使用人工的方式進行計算，不僅要耗費大量的精力和時間，而且準確度低。而使用CAD技術，通過使用自動求積模塊的功能，可以進行自動求積等多項運算，能夠在短時間內(nèi)將復雜的計算完成，實現(xiàn)快捷化制圖。

2.4數(shù)據(jù)的監(jiān)測和保存更加方便

使用傳統(tǒng)的方式，由于數(shù)據(jù)多且復雜，在查詢和保存時很不方便，而使用CAD技術，可以更加快捷將大量的技術保存在存儲介質(zhì)中，非常的方便。

2.5保證工程設計質(zhì)量

通過使用CAD技術進行直觀的的設計，可以及時暴露出可能存在的問題和錯誤，降低工程建設過程中存在的風險。由于水庫樞紐、水電站等設計是一個復雜、繁瑣的過程，存在比較嚴重的專業(yè)協(xié)調(diào)問題。在二維設計環(huán)境下，由于需要進行多次反復計算，不可避免會出現(xiàn)失誤的情況。而在三維可視化的環(huán)境下，通過集中管理數(shù)據(jù)，可以保證不同階段、不同專業(yè)數(shù)據(jù)的唯一性和一致性，降低設計疏漏，防止因空間關系上缺乏認識，導致設計失誤的情況出現(xiàn)。

2.6設計成果直觀

使用三維CAD技術進行設計，不僅可以進行二維圖紙的繪制，而且可以提供出三維模型，可以從任意視角查看工程的局部情況和整體情況，還可以提供動態(tài)結(jié)構的裝配過程，對各個建筑物空間、時間上的邏輯關系進行描述，利用三維動畫的形式，在虛擬的環(huán)境中，對施工過程中原始的地質(zhì)地形情況進行真實預言，分析材料、人工和施工機械的消耗情況，挖掘出降低施工成本的潛力，為企業(yè)投標和經(jīng)營管理單位提供預測和決策依據(jù);根據(jù)工程的實際施工特點，將工程項目管理工作做好，對工程進行科學的規(guī)劃和組織，嚴格按照規(guī)定要求進行施工，在保證施工安全和施工質(zhì)量的基礎上，對施工成本進行嚴格控制，保證設計效果。

3三維CAD技術在水利水電工程中的應用

3.1CAD技術的應用范圍

3.1.1水工設計應用在水利水電工程設計中，由于工程比較復雜，需要多種專業(yè)互相配合、協(xié)調(diào)的情況下開展，為了提高設計靈活性，避免設計缺點，在設計時要提高骨架設計模塊的應用，并將設計權限劃分出來，實現(xiàn)設計的并行性和協(xié)同性。此外，要在這個基礎上選擇確定設計模板的參數(shù)，并使用和其對應的方式構件三維形體結(jié)構，導入CAD分析軟件，從而更快的設計出三維設計草圖［2］。草圖設計完成后，設計要根據(jù)CAD的剖面設計圖和平面設計圖，進行三維模型的構建，使空間概念更加明晰，并通過實際生成的模型反復校核平面設計圖。為了提高設計的有效性，在設計的過程中，要加強各方的溝通和交流。3.1.2在地形地質(zhì)應用通過利用等高數(shù)據(jù)，可以更加準確、快速的實現(xiàn)數(shù)字化的三維地形，建立起水工建筑物大壩、原始地貌、開挖邊坡、引水洞等三維地形圖。利用計算機進行設計，具有良好的仿真效果，可以及時適應原有圖形，使實物和圖形更加的匹配［3］。由于三維地形的仿真性很強，因此，可以計算所有復雜位置的體積，可以根據(jù)實際的需求，進行剖面的開挖和旋轉(zhuǎn)，可以使用勘測數(shù)據(jù)快速、準確的計算土石方量。

3.2水利水電工程中三維CAD技術應用說明

3.2.1處理EXCEL數(shù)據(jù)在處理數(shù)據(jù)前，先要保證數(shù)據(jù)的準確性，分析核實前期收集到的數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)輸入，轉(zhuǎn)化成具體的坐標。例如執(zhí)行spline命令，復制和粘貼EXCEL中的曲線坐標，最后按下回車進行執(zhí)行。3.2.2繪制水位/庫容曲線首先，輸入水位和對應庫容的數(shù)據(jù)，然后，利用表格自帶的功能，準確快速的計算庫容差，再根據(jù)具體的計算結(jié)果對坐標進行轉(zhuǎn)換，繼續(xù)進行輸入。當所有的輸入完成后，將美觀度和辨識度放大，重新定位坐標點，執(zhí)行樣條曲線繪制的命令，最后按下回車完成曲線繪制［4］。3.2.3三維立體渲染使用CAD技術，不僅可以將立體效果圖繪制出來，而且可以利用渲染，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合多臺電腦進行同時分析計算的數(shù)據(jù)�？梢愿�加及時發(fā)現(xiàn)存在的問題和不足，并對問題進行調(diào)整改進。

4實際應用案例

4.1案例介紹

目前鋼岔管是水利水電工程系統(tǒng)中應用比較廣泛的一個設備，主要由錐、柱和球面構成，由鋼板卷焊制成，一般來說可以分為三梁岔管、牙肋岔管、貼邊岔管和球形岔管、無梁岔管等類型。由于岔管的體型比較復雜，體型展開計算和結(jié)構設計均非常困難，需要經(jīng)過復雜的平面幾何計算才可以得到正確的施工圖，因此，決定使用三維CAD技術進行岔管施工圖的設計。

4.2計算步驟

以非對稱的Y形三梁岔管為例，使用圓柱管作為主管，使用圓錐管作為支管，主管和支管的肋板厚度和管壁厚度均為18.3mm，內(nèi)徑分別為600mm和300mm，因此，設計公切求的半徑為300mm。按照三梁岔管構造的相關要求，取分岔錐管腰線折角為11°，具體的設計步驟如下。(1)使用裝配設計模塊和零件模塊，根據(jù)幾何參數(shù)建立立體模型，見圖1。(2)根據(jù)CAD軟件的草圖功能，應用提前功能對體型圖進行確定，并測量出控制體型圖形狀的主要數(shù)據(jù)，主管和支管的體型圖見圖2。(3)利用軟件的展開功能，將內(nèi)表面圖形展開，并得到具體的主管和支管展開圖，將主管展開曲線坐標的數(shù)據(jù)提取出來，量出大小U梁內(nèi)緣橢圓長、腰梁、短軸的具體長度，并確定具體的方程。

4.3設計結(jié)果

使用三維CAD技術來設計岔管的三維模型，得到的坐標值和數(shù)解法計算結(jié)果基本一致，可以滿足精度要求。在整個設計過程中，沒有運用計算公式，整個設計過程快捷、直觀，操作步驟簡單，效率高，工作量小，可以直接輸出設計結(jié)果，不用使用軟件進行再次繪制。

5結(jié)論

從理論到具體事例都表明三維CAD技術比傳統(tǒng)的手工方式繪圖的準確性更高、攜帶更加方便，徹底改變了手工計算后繪制的歷史。不過，為了進一步保證設計質(zhì)量，適應新時代的發(fā)展，作為設計人員，要不斷的提升自身的專業(yè)素質(zhì)水平，設計出符合規(guī)定要求的水利水電工程施工圖。