三维设计水利水电工程设计.doc
水利水电工程项目设计三维技术的应用及实践论文
水利水电工程工程设计三维技术的应用及实践论文在现代工程领域中，三维技术是一项非常先进的设计技术，其能够依托工程的具体情况，直观地展示出设计者对工程的设计理念，该技术的出现使设计人员不再需要在二维图纸与三维形态间的转换上浪费时间，也不需要对设计中的细节缺陷进行弥补，这是因为三维技术可以准确反映出设计成果的各种根本属性，如材质、形态、规格、尺寸、色泽等等，工程的实体模型不但可直接在计算机上显示出来，而且还能生成二维工程图纸，这极大程度地缩短了设计周期。
同时，三维技术的应用还能够提升设计水平。
由于水利水电工程的规模较大，设计任务较多，所以仅凭别一名设计人员很难在短时间内完成，必须由专业的团队通力合作才能完成设计任务。
三维技术中协同设计及通信技术的应用，能够简化设计过程，并且还能防止信息重复输入等错误的发生，从而确保了设计质量。
除此之外，三维技术还能直观、形象地将各类水工建筑物的主要参数以实体模型进行表达，保证了设计的正确性，防止了设计漏洞、矛盾冲突等问题的出现。
在工程三维模型的根底上，对工程方案的调整更加快速、灵活，减少了设计失误，提高了设计效率，经济效益也随之显著提升。
计阶段的应用实践为了便于研究，本文以某水利水电工程工程实例为依托，对三维技术在该工程设计阶段的具体应用进行论述。
渔洞峡水库工程是贵州省贵阳市的重点水利根底设施之一，该工程位于贵阳市的乌当区内，地处鱼洞河上，与东风镇的距离约为3km左右。
水库大坝以上的集水面积为118k㎡，工程的主要任务是以城市生活和工业供水为主，兼具灌溉、饮用等功能，库容量为1860万m3，正常蓄水水位1075m。
本工程建立的具体内容如下：水源工程、引水工程、金水厂、配水工程等等。
其中水源工程由主坝、副坝、溢洪道等结构组成；引水工程由发电厂房、泄水槽、引水钢管、引水洞以及尾水池等组成；净水厂的处理能力为10万t/d；配水工程由高位水池和配水管线组成。
本工程属于中型水利工程，主要、次要和临时建筑物的级别分别为3、4、5级。
水利水电行业中应用三维设计的探讨
第 ２ ７卷 第 ３ 期
２０ ０ ８年 ６月
水
力
发
电
学
报
Ｖ １２ Ｎ ３ ０ ＿７ ｏ． Ｊ ｎ． ０ ８ ｕ ，２ ０
Ｊ ＵＲ Ｌ Ｏ ＤＲ ＥＬ Ｃ Ｒ Ｃ Ｅ Ｉ Ｅ Ｉ Ｇ Ｏ ＮＡ Ｆ ＨＹ Ｏ Ｅ Ｔ Ｉ ＮＧ Ｎ ＥＲ Ｎ
水 利水 电 顾 岩 张 宗 亮 ， ，
（ １天 津大 学建 工学 院 ， 天津
摘
３ ０ ７ ； ２ 中国水 电顾 问集 团昆 明勘测 设计 院 ， 明 ００２ ． 昆
６０５ ） ５０ １
要 ：计 算 机 辅 助 设 计 （ Ａ ） 术 显 著 的 成 就 就 是 三 维 设 计 技 术 的 迅 速 发 展 以 及 由 此 带 来 的 设 计 理 念 的 更 新 与 变 Ｃ Ｄ技
革 。 本 文 阐述 三 维 设 计 的 重 要 性 、 发展 历程 及 方 向 ； 较 目前 国 内外 流 行 的 几 种 三 维 设 计 软 件 功 能 上 的 特 点 与 差 异 ； 比 对 复 杂 工 程 进 行 三 维 建 模 与 有 限 元 分 析 ， 双 层 取 水 口 为 例 ， 绍 Ｃ ＴＡ 软 件 在 工 程 三 维 设 计 中 的 应 用 ； 现 Ｃ ＴＡ与 以 介 ＡＩ 实 ＡＩ Ａ Ｓ Ｓ的联 合 使 用 以 及 三 维 设 计 二 维 出 图 。 三 维设 计 已 影 响 到 各 行 业 ， 成 熟 技 术 引入 到水 利 水 电 行 业 中是 可 行 的 。 ＮＹ 将
ｄｍｅ ｓｏ ａ ｅ ｉ ｎ ｈ ｗｏ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｒｆ— ｕ ．Ｔｈ ｉ ｎ ｉｎ ｌｄ ｓｇ ａ ｄ ｔ ｅ ｔ ｉ ｎ ｉｎ ｄ ａｔｏ ｔ ｎ ｌ ｅ３Ｄ ｅ ｉｎ ｈ ｓｉｆｕ ｎ ｅ ｌ ｒｆｓ ｉｎ ，Ｓ ｔｉ ｖ ａ ｌ ｄ ｓｇ ａ ｎ ｅ ｃ ｄ ａｌｐ ｅ ｓｏ ｓ Ｏ ｉ ｓ ｉｂｅ ｌ ｏ
三维协同设计在水利水电工程设计中的应用
三 维协同设计在水利水电 工程设计中的 应用
文／ 陈 哑军 何文波 下浩 民
工程勘 测设 计是 水利水 电工程建设 中的重要环 节和依据 ， 设 计手段 的 变迁共经历 了三个 时代 ，即手 工绘 图时 代一 一电脑绘 图时代一一三 维协 同设 计时代 ， 目前 ，三 维设计 手段 已经成为工程设 计技术 的发展 方向与趋势 。三维 协 同设计之 所以能迅速成 为 Ｃ Ａ Ｄ 技 术的主流 ，是 因为它有许 多传 统的平面二维设 计所无法 比拟 的优越性 ，本文论述 了三维协 同设计 与二 维设 计的强 大优势 ，并把三 维协 同设计 手段运 用到实际水利水电工程设计 中。
一
三维设计 更加精确 ： ① 带信 息的三 维模型 ，其数据 是唯一 ｈ 牛
的 ，具有复用性 ；
为成果 汇报提 供 丰富 的素 材 ，提升 设计 院的
整体形 象。
（ ２ ）空 间布 置 问题 易解 决
、
三维协同设计的优势
三维协 同设计之所 以能迅速成 为 Ｃ ＡＤ技
② 工程量统计相 当精准 ； ③ 利用三 维模 型可提高 设计 的合理性 ，
尢需大 旱工程 经验 通 过三维 实体模 型建立 ，就可快 速掌握 成 长＿ 『 苫 Ｉ ＿ 期较长 专业技能 成长周期短
，
，
工 程整 体感差
，
ｒ 程整 体感好 ，理 论 与实践水平 通过三 维模拟得 以进一 步提 号业理论与实践结合小好 高
注：Ｃ Ａ Ｄ（ 计 算机辅助设计 ）／ Ｃ Ａ Ｅ（ 计算机辅助 工程 ）／ Ｃ Ａ Ｍ（ 计 算机辅助制造 ）
＿ 二 维软件价格便宜经济
更好的三维可视件 ，能够直接从三维模型得到二维图纸
三维CAD技术在水利水电工程设计中的应用探讨
三维CAD技术在水利水电工程设计中的应用探讨摘要：随着科技的不断发展，计算机辅助设计（CAD）技术已经广泛应用于各个领域，其中包括水利水电工程设计。
三维CAD技术是其中的一种重要技术手段，它通过将设计对象以三维模型的形式呈现，使设计师能够更加直观地理解和分析设计对象，提高设计效率和质量，本文将围绕三维CAD技术在水利水电工程设计中的应用进行探讨。
关键词：三维CAD技术；水利水电工程设计；应用一、引言水利水电工程是国家基础设施建设的重要组成部分，也是一个涉及多学科综合的工程领域。
传统的水利水电工程设计主要采用二维CAD技术，该技术能够满足一些基本需求，但是在处理大量数据和复杂情况时存在一些不足。
随着计算机技术的快速发展，三维CAD技术逐渐在水利水电工程设计中得到应用，本文将重点探讨三维CAD技术在水利水电工程设计中的应用。
二、三维 CAD 技术概述三维 CAD 技术是计算机辅助设计中的一种技术，通过建模、动态展示、数字化仿真等手段，将设计对象以三维空间的形式呈现出来。
常见的三维 CAD 软件有 AutoCAD、SolidWorks、Catia、Pro/Engineer 等[1]。
三、三维设计的意义提高设计精度：传统的二维设计存在一定的局限性，难以准确模拟和预测水力过程。
而三维 CAD 技术可以更准确地分析水力特性，通过仿真模拟等手段，提高设计的精度。
比如，可以实时监测水流的流动情况、水压的变化，对水电站的稳定性和安全性进行评估，为设计提供科学依据。
提高设计效率：三维 CAD技术可以将多种设计要素整合到一个模型中，提供全方位的设计环境。
设计人员可以通过模型的快速修改、重新设计等功能，快速实现设计方案的调整和优化，节省人力和时间成本。
便于多学科协作：水利水电工程设计涉及到多个学科的知识，如土木工程、机械工程、水力学等。
通过三维 CAD 技术，可以将各个学科的专业知识整合到一个模型中，方便不同学科之间的协作和沟通。
水利水电工程地质-水工三维协同设计系统研究
［ 摘要］ 针对实现水利水 电工程三维设计 中所存 在的关 键问题 ， 于三维地质建 模 、 基 水工建筑物快 速建模 和 计算机协 同设计技术 等先 进技 术 ， 采用 了面 向对象方法 ， 设计并实 现了水利水 电工程地 质 一水工 三维协 同设 计 系统 。该 系统 由三维地 质建模 、 水工建筑物建模 、 工程地质分析与设计 ， 以及 数据库管理 ４个模块组成 。地
Ｅ—ｍ ｉ： ＭＣ ｔ ．ｄ ．ｎ ａｌ Ｌ ＠ ｊ ｅｕ ａ ｕ
２１ 第 １ 第 １ ０ ０年 ２卷 期
４ ３
高水利水 电工程勘 测 分 析 与设 计 的水 平 和效 率 ， 具
有 重要 的现实意义 。
和设 计方案 的基础 上 ， 根据 实际 的需要对 地质剖 面 、 基础处 理 、 下建筑 物布置 、 地 边坡开 挖等 多方 面 的综
１ 前 言
随着技 水 利水 电工 程建设 面 临着 更 为 复 杂 的条 件 ， 中 复 其 杂 的地表 地 形 条 件 （ 山 、 谷 、 边 坡 等 ） 地 质 高 峡 高 和 构造 （ 褶皱 、 层 、 弱带 等 ） 断 软 给工 程 勘 测 、 计 和施 设 工 管理 带来 了较大 的 困难 。水利 水 电工程 不 同专业 队伍 之 间的工 作 方式 是 流 水 线 式 的 ， 即地 质 勘 测一 地质 分析 一水 工设 计一施 工 设计一 施 工管 理 。这种 工作 方式 虽然 使各 专 业 部 门 的职 能非 常 明确 ， 不 但 利 于专业 之 间的信 息 交 叉 与 反馈 ， 往产 生 地 质 与 往
水 利 水 电工 程 地 质 一水工 三 维 协 同设 计 系统 研 究
李 明超 ，钟 登 华 ，王 忠耀 ，刘 杰
（ ．天 津 大 学 建 筑 工 程 学 院 ， 津 ３ ０ ７ ； ．中 国水 电顾 问集 团 中南 勘 测 设 计 研 究 院 ， 沙 ４ ０ １ ） １ 天 ００２ ２ 长 １０ ４
基于Civil3D的水利水电工程施工总布置三维设计_缪正建
1 总体研究思路
目前基于 Civil 3D 软件的水利水电工程施工总布 置三维设计研究很少［1］，本文尝试提出其总体研究思 路，如图 1 所示。
（ 长江勘测规划设计有限责任公司，湖北 武汉 430010）
摘要： 针对水利水电工程施工总布置系统复杂而又设计繁琐的特点，提出了基于 Civil 3D 的水利水电工程施
工总布置三维设计方法，包括三维地形建模、枢纽导流建筑物建模、料场渣场建模、施工场地建模与施工道路
建模等等。该方法简单实用，模型数据间动态关联，可以实时调整更新，而且计算结果能三维可视化。工程应
提下，大大提高建模效率，减小三维模型的存储量。
2． 2 枢纽布置模型
大坝、电站厂房等建筑物，由坝工、厂房专业根据 相应的标准规范进行三维建模设计，可以采用参数化 或模板化方法建模［2］。首先利用 CATIA 软件，采用骨 架设计思想建立枢纽建筑物模型，然后通过数据转换 导入到 Civil 3D 软件中，与施工总布置进行联合布置。
施工场地建模采用基于规则定义的曲面建模方 法，即首先定义场地挖方和填方边坡坡比，然后通过绘 制场地高程控制线自动建立场平挖填方曲面，并计算 输出挖填方工程量，其过程如图 3 所示。
图 3 施工场地建模过程
2． 6 场内交通建模
Civil 3D 软件具有强大的道路、边坡等设计功能， 平面路线、纵断面、横断面和道路模型之间数据能够相 互关联，动态更新，减少了设计人员重新绘图的工作， 可将更多的精力投入到方案的设计和比选工作中，不 仅降低绘图出错的概率，又能提高设计水平。与其他 道路设计软件 类 似，该 软 件 也 是 遵 从“平 面 路 线 布 置 － 纵断面设计 － 横断面装配 － 三维道路模型”的流 程，可快速动态生成道路挖填曲面，而且能够准确计算 道路工程量［3］。
三维设计在水电工程专业教学中的探讨
三维设计在水电工程专业教学中的探讨【摘要】文章通过对当前水利水电工程专业cad技术教学情况分析，指出当前的教学与实践之间存在的差异，结合水利水电工程工程专业的特点，提出三维设计在水利水电工程专业教学中的应用思想，以三维设计为平台推动工程制图的教学改革。
【关键词】三维设计水利水电工程设计思想工程布置前言：人在设计时的原始冲动是三维的，设计成果是有颜色、形状、材料、尺寸、位置、复杂运动关系等关联概念的三维实体。
但传统的水电行业设计工作是从三维到二维，再从二维到三维的过程，这种设计方式对设计工程师和施工者都提出了一定的要求：设计者将原始的三维设计概念和思想抽象成相关联的平面三向视图并以二维平面图的形式来展示，这种设计方式往往难以完全表达设计者的原始设计思想，出现差错和缺漏。
这种三维到二维的设计过程往往受到工程师的空间想象力和基本制图技能的限制：施工者又要将平面信息想象成三维的形体才可以进行施工。
设计者和施工者之间表达和理解的差异往往也带来了差错。
这种二维到三维的施工过程中，绘图、读图都要经过专门训练的人来进行。
而三维设计则可以完全避免这种“三维——二维——三维”的繁冗过程。
根据三维设计概念直接进行三维设计，从而输出的三维设计成果可以非常直观和完整得表达设计师的设计思想。
只有三维设计才能完成思维过程与设计过程的统一，才是真正意义上的cad。
一、二维设计的弊端传统的cad教学模式是在基于二维投影及表达的层次上进行的，无论是手工绘图还是计算机绘图都是以投影方式绘出的二维图形。
对于复杂结构而言。
只能通过零部件各个视图来表现其结构特征，然而各个视图之间的处理缺乏整体性，需要识图者同时对比各个视图，从三维的概念建立不同视图之间的联系，从而确定结构的三维特征。
这就要求识图者要有一定的经验知识。
在产品设计的全过程中，原始构思是三维实体形象，实施的结果是三维实体，而将这两者联系在一起的设计过程却是二维图形表达，这样无形中就增加了一个复杂的环节，只有经过专门的训练才能掌握这种表达和读图的方法。
基于BIM技术的水利水电工程三维协同设计
基于BIM技术的水利水电工程三维协同设计摘要：对水利水电工程设计而言，其需要考虑的内外部因素较多，这也就使得水利水电工程设计的难度更大。
三维协同设计是在传统二维设计基础上的创新，是现代化设计技术发展的重要表现。
三维协同设计中，水利水电工程的相关外部因素处于不断的变化过程中，因此需要在设计中需要做好设计的交互处理，加强质量管控，提升三维协同设计的整体质量，保证水利水电工程设计的科学性与合理性。
关键词：BIM；三维协同设计；水利水电工程引言BIM技术是新时期信息技术社会环境产物，对推动建筑业发展有重要意义。
但是水利工程和普通建筑工程有明显差异，其自身工程设计要考虑到对水利的应用及开发，图纸设计复杂，包含多方面信息，需专业化技术人员对图纸科学设计。
但是，实际工作中图纸设计难度大、修改难度大，到施工中容易出现图纸细节设计不合理，导致施工停滞或施工和图纸不符。
而采用BIM技术，可以建立三维的建筑框架，将图纸进行可视化设计，直观发现设计不合理内容，及时改善，避免不必要的问题发生。
1 BIM技术的概念BIM具体指建筑数据模型化，主要在项目立项决策阶段到建设项目顺利完工阶段发挥其管理作用，表现为对建设工程数据、指标的动态全周期控制。
该技术的应用不仅能够显著提升建筑工程活动的实施效率，而且能简便、直观地提供建筑数据及预测目标。
技术人员在项目未开展阶段建立的BIM信息化技术模型是开展后续管理的基础，该技术模型会应用到整个项目实施过程中，其中所涉及的模型数据（建设指标成本、工期、材料、方位高程等）都需要相关施工部门进行输入，同样，在建筑工程的不同阶段，所参与企业、部门需要实时动态地对BIM模型进行必要的数据更新，充分发挥各部门之间的协调管理作用。
该信息技术能够提供界面化数据共享，对实施活动中的各部门进行不同阶段的数据信息集合，继而为从事工作提供准确可靠的数据基础。
2 三维协同设计质量控制概念三维协同设计是一种全新的设计理念，为保证其设计效果，在设计过程中必须做好相应的质量控制工作。
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对地面建模相关数据信息进行较为完整的导入及处理，从而预测生成地质建模数据。
通过相关的地质模型进行数据的科学计算，确保整个工程设计中地质、水工、施工等多方面的信息数据得以结合，其应用价值极佳。
第二，内部结构设计包。
此工程包在工程设计中的应用主要针对问题为坝工部件的合理设计，能够完成较为复杂的曲面设计工作。
同时还可实现参数及模板化设计，为坝体的建模创设一个较为直观且高效的环境。
对于设计的整个过程及方法能够进行捕捉及重用操作，进一步提升整个水利水电工程的设计速率及整体质量。
第三，施工工程包。
此工程包在应用中主要针对的问题为工程施工中存在的整体布置问题，能够提供曲面、地质设计的布尔运算功能，对水利工程的建筑物进行全面设计，并对其相互之间存在的影响关系充分考量。
第四，知识工程包。
此工程包的主要应用价值为对模板化的设计问题进行全面科学的解决，而且能够应用重用特征设计功能。
在CATIA中加入部分设计经验及规则制度，为后续设计提供帮助。
从而进一步将工程设计的盲目抓瞎化成功转化为规范科学化。
与此同时，还可将整个工程设计的速度进一步提升。
2.1.2CATIA的水利工程设计（1）零部件设计。
水工的零部件设计主要是指对工程内部的各部分进行实体型的造型设计，主要分为三步。
第一步，对工程模板进行初稿绘制，在对工程设计要求充分全面分析的基础上对各个部分模板进行二维图的绘制。
第二，运用软件中已具备的零件设计模块对各个工厂模块进行造型。
与此同时依照零件外形之间存在的拓扑关系进一步明确其相应的特征，完成模型制作。
第三，依照水工设计要求对模块自身的辅助特征进行科学合理的加工操作，进而完成相应的造型工作。
（2）装配设计。
装配设计同样也是分为三大步。
第一，将工程设计中所需运用的零件进行模块导入。
在整个导入过程中，可以运用相关的对称工具完成对零件的复制工作，以此加强零件模型的导入速度。
第二，在对装配关系充分掌握明确的基础上对工程设计中的零部件进行一定程度上的约束，如角度、间距、同轴等。
此工作进行中需对各零部件的具体位置认真校对检查，以此确保其约束具有极强的准确性。
第三，对零部件存在的组装缺陷问题进行认真检验，确认零件装配中是否存在不必要的冲突性
问题。
如发现冲突问题，则应及时对其进行科学调整，对工程设计细节进行补缺完善。
2.2ANSYS为基础的三维有限元应用
在水工设计中应用ANSYS具有极为重要的意义，其应用价值极为优良。
而且ANSYS得应用发展具有与时俱进性，能够随着时代科技的逐步发展而发生变化发展，进一步提升整个水工设计整体效率及质量，帮助工程企业获取到最大化的合理经济收入，其应用发展潜力极大。
此设计方式的应用步骤为：将小特征层上存在的面、线关键点一一去除，之后再寻找出具有此特性的相关边界线，促使其成为一整条线，形成一个较大面积的曲面。
运用相关工具自身所具备的打断功能进行与曲面相连线的制作。
运用制图工具将所有的线进行结合，进而形成一个较小面积的曲面。
此种类型的图形制作能够促使各个面之间都存在所需的公共线及点[3]。
完成模型导入操作后，其所显示出的图形影响较为模糊，在相关制作工具中完成实体命令的输入后，便可看到细致化的工程设计模型。
在ANSYS中导入零件设计模型，对其进行合理的调整修改及网格剖分，便完成了大致的三维建模设计。
2.3三维设计方法在水工设计中的应用
实例某个水电站其自身的进水口组成部分为进水引渠及塔。
进水塔所采用的取水方式为双层取水，长宽值分别为226m 及31.48m。
塔顶高度值为821.8m，建基面的高度值为735.2m。
此水工所在地域的地基岩体主要为微风化的花岗岩、沉积角砾岩，具有较为良好的完整性。
相关设计人员对此工程运用CATIA 三维技术进行了零件及装配设计。
与此同时还运用其内部所具备
的模块帮助设计人员进行了载荷的添加及约束操作。
如此一来，便能够帮助设计人员进行有限元初步分析，对整个工程设计进行了验证。
另外，工程设计人员运用三维设计技术ANSYS进行了设计模型的数据调整修正。
最终获取到了极为科学合理的水利工程设计建模，为其实际设计提供了参考帮助。
3.结语
在水利水电工程设计中，为了获取到较为优良的设计成效，相关设计人员头脑中出现的多为三维建模。
大量的实践经验证明，运用三维设计方式能够帮助理顺水工设计人员的设计思路，将设计形象较为充分细致的展现于设计图之上，在提升整体设计效率的同时，将具体的设计形状具体全面的展现出来，为工程数据的计算提供帮助。
在实际水工设计中进行三维技术的应用，能够科学提升整个工程的施工质量，尽可能地将资金投入合理化的降到最低，对设计成果充分利用。
不难预见的是，三维设计方式在其今后的发展中会更为广泛的应用于水利水电工程设计，为整个社会的建设发展提供助力。