陳 偉

（中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

以往水利水電工程都需要依賴于工程師完成圖紙繪制。自信息技術(shù)和計算機技術(shù)興起之后，部分工程師開始嘗試利用電腦進行制圖，在此期間，CAD 制圖軟件被提出，也因此受到工程設(shè)計的需要。目前，有關(guān)部門并未意識到三維CAD 技術(shù)應(yīng)用的價值和重要性，因此仍舊選擇利用傳統(tǒng)手工操作的方式進行繪圖，與三維CAD 技術(shù)相比，這種手工操作的方式存在一定的局限性，可能會對后續(xù)施工構(gòu)成不利影響。這就要求相關(guān)企業(yè)和部門應(yīng)當(dāng)提高對三維CAD 技術(shù)的正確認識。

1 三維CAD 技術(shù)的實際應(yīng)用特點和優(yōu)勢分析

1.1 應(yīng)用特點

首先，三維CAD 技術(shù)在施工設(shè)計階段中具有較為明顯的直觀性特點，其在設(shè)計階段中不僅能夠幫助設(shè)計人員設(shè)計三維模型，還能在CAD 技術(shù)支持下更加直觀地體現(xiàn)整個工程布局。尤其是在工程設(shè)計階段中，可借助虛擬環(huán)境，將整個水利水電工程中的基礎(chǔ)設(shè)施和安全工程內(nèi)容進行模擬。其次，借助三維CAD 技術(shù)進行工程設(shè)計，能夠確保圖紙設(shè)計的有效性和精準性，還能檢驗出設(shè)計隱患問題，進而降低工程施工建設(shè)階段的危險性問題發(fā)生概率，尤其是在水庫發(fā)電工程設(shè)計中，其設(shè)計內(nèi)容較為復(fù)雜，且涉及諸多專業(yè)性知識，為避免工程設(shè)計過程中出現(xiàn)失誤問題，可借助三維可視化環(huán)境進行工程設(shè)計，進而最大限度地提高設(shè)計的專業(yè)性和規(guī)范性。由此可以看出，三維CAD 技術(shù)在確保工程施工建設(shè)質(zhì)量方面能夠起到一定的積極作用[1]。最后，三維CAD 技術(shù)在實際應(yīng)用過程中能夠提高工程設(shè)計效率。因此，在實際設(shè)計階段中，要想確保工程項目具備良好的技術(shù)保障，就必須在施工準備期間對可能會發(fā)生變化的物質(zhì)量進行三維設(shè)計，一般的軟件無法實現(xiàn)三維設(shè)計，必須經(jīng)由CAD 技術(shù)才能實現(xiàn)。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢

1.2.1 有利于確保設(shè)計的精準性

由于水利水電工程設(shè)計工作與其他工程設(shè)計相比存在一定的特殊性，在一定程度上會加大設(shè)計難度，因此在傳統(tǒng)設(shè)計理念影響下，工作人員無法在具體設(shè)計中凸顯出整體工程結(jié)構(gòu)。若此時能夠?qū)⑷SCAD 技術(shù)應(yīng)用在具體工程設(shè)計中，就能夠順利地解決這一問題，這是因為三維CAD 技術(shù)在實際應(yīng)用過程中具有較強的計算能力，能夠在短時間內(nèi)完成對水利水電工程中大量數(shù)據(jù)的高質(zhì)高效計算，從而進一步提高工程設(shè)計精度，使其更好地滿足水利水電工程對設(shè)計精度方面提出的要求。

1.2.2 有益于提高設(shè)計效率

在水利水電工程設(shè)計工作實際開展過程中，設(shè)計人員會根據(jù)工程項目具體需求，來對工程項目資料進行分析，并將最終的分析結(jié)果看作基礎(chǔ)，而后科學(xué)合理地進行工程設(shè)計。因此水利水電工程施工建設(shè)工作的有序推進離不開大量信息資料的支持，若此時不輔以專業(yè)的制圖技術(shù)，將會對后續(xù)施工作業(yè)帶來許多負面影響。而三維CAD 技術(shù)在實際應(yīng)用過程中能夠自動求解，也可在短時間內(nèi)直接計算、分析并處理工程資料。由此可以看出，三維CAD 技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，不僅能夠全面提高工程設(shè)計的整體效率，還能提高設(shè)計精準度，進而有效縮短施工建設(shè)周期。

1.2.3 有利于攜帶

在以往水利水電工程設(shè)計工作開展過程中，設(shè)計人員往往會采取手工操作的方式進行制圖，在此前提下，設(shè)計人員通常需要攜帶圖紙和繪圖工具進行操作，這樣不僅會加大其工作量，還會影響設(shè)計精準度，若此時未加以妥善保管，將會增大圖紙損壞問題的發(fā)生概率，進而影響水利水電工程設(shè)計和施工建設(shè)工作的順利開展[2]。在具體設(shè)計過程中對三維CAD 技術(shù)加以科學(xué)合理應(yīng)用，設(shè)計人員只需要通過計算機和遠程監(jiān)控系統(tǒng)就可完成設(shè)計工作，無需時刻攜帶大量工具和圖紙，就能完成對施工數(shù)據(jù)的精準計算和記錄，如此在降低工作人員的工作量的基礎(chǔ)上，還能進一步提高設(shè)計效率，進而為后續(xù)施工建設(shè)工作的順利開展打下堅實的基礎(chǔ)。

1.2.4 有利于更加直觀地呈現(xiàn)設(shè)計成果

將三維CAD 技術(shù)與工程設(shè)計相結(jié)合，能夠在精準繪制平面圖紙的同時，創(chuàng)建系統(tǒng)化的三模模型。從大局觀角度和局部情況來看，動態(tài)監(jiān)管、描述水利水電工程建設(shè)時間與空間之間的邏輯關(guān)系，并通過三維CAD技術(shù)來進行虛擬環(huán)境制作，能夠幫助施工單位更加直觀地觀察施工環(huán)境，預(yù)估整體工程建設(shè)成本，進而為后續(xù)施工成本控制工作的開展奠定基礎(chǔ)；結(jié)合水利水電工程具體施工要求，加大工程監(jiān)管力度，定期組織開展工程規(guī)劃工作，能夠切實保障工程設(shè)計質(zhì)量與水平；嚴格按照規(guī)定流程開展施工作業(yè)，做好施工成本控制工作，能夠?qū)崿F(xiàn)安全施工和高質(zhì)量施工。

2 三維CAD 技術(shù)在水利水電工程設(shè)計中的具體應(yīng)用方式及步驟

2.1 三維CAD 技術(shù)在水工設(shè)計方面的應(yīng)用

在工程設(shè)計階段中，由于水利水電工程較為復(fù)雜，且涉及多方面的專業(yè)知識，因此需要加強其與其他領(lǐng)域之間的合作、協(xié)調(diào)，才能確保工程施工建設(shè)質(zhì)量。為了改善設(shè)計的局限性，減少設(shè)計缺陷問題的發(fā)生概率，有必要改善制圖技術(shù)，明確設(shè)計人員的職權(quán)與責(zé)任，才能確保協(xié)同并行設(shè)計效果的順利實現(xiàn)。在此期間，設(shè)計單位應(yīng)當(dāng)進一步明確設(shè)計模板的參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建三維機構(gòu)，同時結(jié)合計算機和三維CAD 技術(shù)進行輔助設(shè)計，以確保設(shè)計人員在短時間內(nèi)繪制出立體草圖。在草圖設(shè)計工作完成之后，設(shè)計人員還需按照平面圖紙和施工參數(shù)進行立體建模，并對平面圖紙進行反復(fù)校對，以加深施工單位對空間的認知。在設(shè)計階段中，各部門應(yīng)當(dāng)加強溝通交流，以達到改善設(shè)計成效的最終目的[3]。

2.2 三維CAD 技術(shù)在地形地質(zhì)方面的應(yīng)用

將等高資料、施工圖紙與三維CAD 技術(shù)相結(jié)合，能夠提高三維地貌數(shù)字化模擬的真實性和準確性，并在此前提下建立原始地貌、邊坡、建筑大壩等立體地貌。經(jīng)由計算機進行設(shè)計，能夠提高數(shù)字化模擬效果，并根據(jù)施工情況及時調(diào)整設(shè)計圖紙，使實物與圖紙更符合。由于三維地形在實際模擬過程中具有較高的擬真性，可在短時間內(nèi)計算出不同部位的容積，為此，施工單位需要按照工藝流程進行開挖，并利用施工參數(shù)快速計算出不同部位的土方。

2.3 三維CAD 技術(shù)在工程量計算方面的應(yīng)用

目前，隨著現(xiàn)代信息科技手段的不斷發(fā)展，計算機技術(shù)在各行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了較為顯著的應(yīng)用效果，水利水電工程設(shè)計也是一樣。通過計算機技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，能夠最大限度地提高整體工程設(shè)計效應(yīng)。究其根源，主要是因為計算機基礎(chǔ)設(shè)備在實際應(yīng)用過程中具有較強的計算功能和制圖功能，因此將其應(yīng)該用到水利水電工程設(shè)計中，可為設(shè)計工作提供強有力的技術(shù)支持。在以往的水利水電工程計算階段中，設(shè)計人員通常會事先在圖紙上繪制出原始草稿圖和斷面，而后再進行工程量計算，但由于容易受到諸多因素的影響，因此這種計算方式并不精準，并且計算時間較為遲緩，再加上外業(yè)內(nèi)容較為復(fù)雜，因此最終計算得出的信息數(shù)據(jù)可能并不理想[4]。鑒于此，在水利水電工程設(shè)計工作具體組織開展階段中，通過三維CAD 技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，設(shè)計人員能夠在短時間內(nèi)獲取精準的測量信息，并在此基礎(chǔ)上進行圖形繪制，同時根據(jù)面積查詢功能，直接形成鮮明施工線路，如此一來，則能進一步提高斷面計算的有效性和精準性，隨后計算出與實際施工情況相符合的工程量。

2.4 三維CAD 技術(shù)在水庫水位、庫容曲線繪制方面的應(yīng)用

在水電工程設(shè)計階段中，通過三維CAD 技術(shù)的合理應(yīng)用，工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)對地形地貌、水庫水位、庫容曲線的順利設(shè)計與繪制，其與壩面曲線制圖在設(shè)計方面存在較多的相似之處[5]。三維設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用流程如下所示：首先，設(shè)計人員需要將水位和庫容數(shù)據(jù)輸入計算機系統(tǒng)中，而后通過大數(shù)據(jù)技術(shù)計算出庫容差值，在不同坐標點的實際水位差之后，設(shè)計人員需要在同一時間內(nèi)放大不同標點的實際水位，如此一來，能夠更好地確保庫容曲線繪制的科學(xué)合理性、有效性。其次，借用三維CAD 技術(shù)，能夠?qū)崟r定義不同位置的用戶坐標，當(dāng)坐標定位完成后即可輸入指令，最后確保繪制工作得以實現(xiàn)高質(zhì)高效完成。

2.5 三維CAD 技術(shù)在細節(jié)設(shè)計方面的應(yīng)用

在三維CAD 技術(shù)工程設(shè)計期間，設(shè)計人員首先需要對以獲取的施工數(shù)據(jù)進行分析，并在此基礎(chǔ)上核對所需數(shù)據(jù)的精準性，而后分析壩面圖繪制流程，進而為后續(xù)整體工程設(shè)計工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。CAD 軟件中包括計算、渲染、換算等多種功能，若設(shè)計人員能夠利用CAD 軟件功能合理處理其中的坐標系數(shù)，就能夠進一步提高工程細節(jié)設(shè)計精度。以CAD 軟件中的計算功能為例，其能夠利用表格來實現(xiàn)各類坐標點的計算，還能精準計算出整個水庫壩段鼓面。在此期間，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注工程細節(jié)設(shè)計中的渲染工作，借助三維效果功能進行立體圖片渲染，進而為后續(xù)斷面面積的精準明確提供支持。

2.6 三維CAD 技術(shù)在輔助工程設(shè)計方面的應(yīng)用

在三維CAD 技術(shù)實際應(yīng)用過程中，考慮到工程設(shè)計所需的材料用量、設(shè)備投入量、工程量等，設(shè)計人員能夠在短時間內(nèi)獲取施工主要參數(shù)，進而確保參考數(shù)據(jù)的有效性和全面性[6]。在虛擬3D 電站設(shè)計基礎(chǔ)上，設(shè)計人員能夠更加直觀地查看電站所處位置、基礎(chǔ)設(shè)施采購情況以及安裝工程運行過程中的主要情況，這樣一來，不僅能夠幫助采購部門更好地控制設(shè)備購置與應(yīng)用，還能科學(xué)實施工程設(shè)計。在水利水電工程后續(xù)建設(shè)階段中，三維CAD 技術(shù)可輔助設(shè)計人員完成3D電站的模擬設(shè)計，并更加直觀地觀察電站運行平臺和各部件運行情況，進而為后續(xù)電站運行維護工作的順利推進奠定基礎(chǔ)。

2.7 三維CAD 技術(shù)在工程設(shè)計中的具體應(yīng)用步驟分析

首先，處理施工數(shù)據(jù)。經(jīng)由前期勘察、檢測，施工單位能夠進一步提高數(shù)據(jù)的精準性和真實性，設(shè)計人員也能將審核通過的數(shù)據(jù)輸入CAD 軟件中，而后利用軟件功能進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（將有效數(shù)據(jù)換算成坐標）[7]。其次，繪制施工圖。CAD 軟件本身具備較強的計算功能，能夠在短時間內(nèi)計算出較為復(fù)雜的庫容差，并將計算結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)樽鴺孙@示的數(shù)據(jù)，而后將坐標進行放大處理，同時重新定位坐標，根據(jù)曲線繪制命令進行操作。最后，渲染立體圖。若在此設(shè)計階段中仍舊選擇利用手工繪制的方式進行操作，通常只能繪制出平面效果圖，這種平面圖不能反映出立體結(jié)構(gòu)隱患問題。但在三維CAD技術(shù)支持下，設(shè)計人員能夠繪制出立體效果圖，為確保效果圖的真實性，還能對其進行渲染。一方面，能夠增強效果圖的觀賞性和立體性；另一方面，能夠更好地反映設(shè)計中存在的問題，進而為后續(xù)工程設(shè)計優(yōu)化奠定基礎(chǔ)[8]。

3 結(jié)語

綜上所述，在水利水電工程設(shè)計具體實施階段中，加強對三維CAD 技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，能夠確保設(shè)計精度和準確度，最大限度地降低誤差問題發(fā)生的可能性，進而提高制圖有效性。目前，三維CAD 技術(shù)無論是在水工設(shè)計、地質(zhì)地形，還是工程量計算等方面都得到了科學(xué)應(yīng)用。在此技術(shù)的應(yīng)用和支持下，設(shè)計人員不僅能夠進一步提高整體工程設(shè)計質(zhì)量，充分滿足工程設(shè)計具體要求，還能為我國水利事業(yè)后續(xù)的健康發(fā)展、建設(shè)提供有力支持。