陳 偉

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)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(lài)于工程師完成圖紙繪制。自信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)興起之后，部分工程師開(kāi)始嘗試?yán)秒娔X進(jìn)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(jì)的需要。目前，有關(guān)部門(mén)并未意識(shí)到三維CAD 技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值和重要性，因此仍舊選擇利用傳統(tǒng)手工操作的方式進(jìn)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(huì)對(duì)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(mén)應(yīng)當(dāng)提高對(duì)三維CAD 技術(shù)的正確認(rèn)識(shí)。

1 三維CAD 技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)分析

1.1 應(yīng)用特點(diǎn)

首先，三維CAD 技術(shù)在施工設(shè)計(jì)階段中具有較為明顯的直觀性特點(diǎn)，其在設(shè)計(jì)階段中不僅能夠幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)三維模型，還能在CAD 技術(shù)支持下更加直觀地體現(xiàn)整個(gè)工程布局。尤其是在工程設(shè)計(jì)階段中，可借助虛擬環(huán)境，將整個(gè)水利水電工程中的基礎(chǔ)設(shè)施和安全工程內(nèi)容進(jìn)行模擬。其次，借助三維CAD 技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，能夠確保圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的有效性和精準(zhǔn)性，還能檢驗(yàn)出設(shè)計(jì)隱患問(wèn)題，進(jìn)而降低工程施工建設(shè)階段的危險(xiǎn)性問(wèn)題發(fā)生概率，尤其是在水庫(kù)發(fā)電工程設(shè)計(jì)中，其設(shè)計(jì)內(nèi)容較為復(fù)雜，且涉及諸多專(zhuān)業(yè)性知識(shí)，為避免工程設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)失誤問(wèn)題，可借助三維可視化環(huán)境進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，進(jìn)而最大限度地提高設(shè)計(jì)的專(zhuān)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(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠提高工程設(shè)計(jì)效率。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)階段中，要想確保工程項(xiàng)目具備良好的技術(shù)保障，就必須在施工準(zhǔn)備期間對(duì)可能會(huì)發(fā)生變化的物質(zhì)量進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，一般的軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，必須經(jīng)由CAD 技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.2.1 有利于確保設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性

由于水利水電工程設(shè)計(jì)工作與其他工程設(shè)計(jì)相比存在一定的特殊性，在一定程度上會(huì)加大設(shè)計(jì)難度，因此在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念影響下，工作人員無(wú)法在具體設(shè)計(jì)中凸顯出整體工程結(jié)構(gòu)。若此時(shí)能夠?qū)⑷SCAD 技術(shù)應(yīng)用在具體工程設(shè)計(jì)中，就能夠順利地解決這一問(wèn)題，這是因?yàn)槿SCAD 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有較強(qiáng)的計(jì)算能力，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)水利水電工程中大量數(shù)據(jù)的高質(zhì)高效計(jì)算，從而進(jìn)一步提高工程設(shè)計(jì)精度，使其更好地滿足水利水電工程對(duì)設(shè)計(jì)精度方面提出的要求。

1.2.2 有益于提高設(shè)計(jì)效率

在水利水電工程設(shè)計(jì)工作實(shí)際開(kāi)展過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)工程項(xiàng)目具體需求，來(lái)對(duì)工程項(xiàng)目資料進(jìn)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(jìn)行工程設(shè)計(jì)。因此水利水電工程施工建設(shè)工作的有序推進(jìn)離不開(kāi)大量信息資料的支持，若此時(shí)不輔以專(zhuān)業(yè)的制圖技術(shù)，將會(huì)對(duì)后續(xù)施工作業(yè)帶來(lái)許多負(fù)面影響。而三維CAD 技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠自動(dòng)求解，也可在短時(shí)間內(nèi)直接計(jì)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(jì)的整體效率，還能提高設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度，進(jìn)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(jì)工作開(kāi)展過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)采取手工操作的方式進(jìn)行制圖，在此前提下，設(shè)計(jì)人員通常需要攜帶圖紙和繪圖工具進(jìn)行操作，這樣不僅會(huì)加大其工作量，還會(huì)影響設(shè)計(jì)精準(zhǔn)度，若此時(shí)未加以妥善保管，將會(huì)增大圖紙損壞問(wèn)題的發(fā)生概率，進(jìn)而影響水利水電工程設(shè)計(jì)和施工建設(shè)工作的順利開(kāi)展[2]。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)三維CAD 技術(shù)加以科學(xué)合理應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員只需要通過(guò)計(jì)算機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就可完成設(shè)計(jì)工作，無(wú)需時(shí)刻攜帶大量工具和圖紙，就能完成對(duì)施工數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)計(jì)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(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率，進(jìn)而為后續(xù)施工建設(shè)工作的順利開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2.4 有利于更加直觀地呈現(xiàn)設(shè)計(jì)成果

將三維CAD 技術(shù)與工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，能夠在精準(zhǔn)繪制平面圖紙的同時(shí)，創(chuàng)建系統(tǒng)化的三模模型。從大局觀角度和局部情況來(lái)看，動(dòng)態(tài)監(jiān)管、描述水利水電工程建設(shè)時(shí)間與空間之間的邏輯關(guān)系，并通過(guò)三維CAD技術(shù)來(lái)進(jìn)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(jìn)而為后續(xù)施工成本控制工作的開(kāi)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(kāi)展工程規(guī)劃工作，能夠切實(shí)保障工程設(shè)計(jì)質(zhì)量與水平；嚴(yán)格按照規(guī)定流程開(kāi)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(jì)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(jì)方面的應(yīng)用

在工程設(shè)計(jì)階段中，由于水利水電工程較為復(fù)雜，且涉及多方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，因此需要加強(qiáng)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(jì)的局限性，減少設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題的發(fā)生概率，有必要改善制圖技術(shù)，明確設(shè)計(jì)人員的職權(quán)與責(zé)任，才能確保協(xié)同并行設(shè)計(jì)效果的順利實(shí)現(xiàn)。在此期間，設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步明確設(shè)計(jì)模板的參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建三維機(jī)構(gòu)，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)和三維CAD 技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，以確保設(shè)計(jì)人員在短時(shí)間內(nèi)繪制出立體草圖。在草圖設(shè)計(jì)工作完成之后，設(shè)計(jì)人員還需按照平面圖紙和施工參數(shù)進(jìn)行立體建模，并對(duì)平面圖紙進(jìn)行反復(fù)校對(duì)，以加深施工單位對(duì)空間的認(rèn)知。在設(shè)計(jì)階段中，各部門(mén)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)溝通交流，以達(dá)到改善設(shè)計(jì)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(shí)性和準(zhǔn)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(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠提高數(shù)字化模擬效果，并根據(jù)施工情況及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)圖紙，使實(shí)物與圖紙更符合。由于三維地形在實(shí)際模擬過(guò)程中具有較高的擬真性，可在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出不同部位的容積，為此，施工單位需要按照工藝流程進(jìn)行開(kāi)挖，并利用施工參數(shù)快速計(jì)算出不同部位的土方。

2.3 三維CAD 技術(shù)在工程量計(jì)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(jì)算機(jī)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(jì)也是一樣。通過(guò)計(jì)算機(jī)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(jì)效應(yīng)。究其根源，主要是因?yàn)橛?jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中具有較強(qiáng)的計(jì)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(jì)中，可為設(shè)計(jì)工作提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。在以往的水利水電工程計(jì)算階段中，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)事先在圖紙上繪制出原始草稿圖和斷面，而后再進(jìn)行工程量計(jì)算，但由于容易受到諸多因素的影響，因此這種計(jì)算方式并不精準(zhǔn)，并且計(jì)算時(shí)間較為遲緩，再加上外業(yè)內(nèi)容較為復(fù)雜，因此最終計(jì)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(jì)工作具體組織開(kāi)展階段中，通過(guò)三維CAD 技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取精準(zhǔn)的測(cè)量信息，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行圖形繪制，同時(shí)根據(jù)面積查詢功能，直接形成鮮明施工線路，如此一來(lái)，則能進(jìn)一步提高斷面計(jì)算的有效性和精準(zhǔn)性，隨后計(jì)算出與實(shí)際施工情況相符合的工程量。

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

在水電工程設(shè)計(jì)階段中，通過(guò)三維CAD 技術(shù)的合理應(yīng)用，工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)地形地貌、水庫(kù)水位、庫(kù)容曲線的順利設(shè)計(jì)與繪制，其與壩面曲線制圖在設(shè)計(jì)方面存在較多的相似之處[5]。三維設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用流程如下所示：首先，設(shè)計(jì)人員需要將水位和庫(kù)容數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，而后通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)計(jì)算出庫(kù)容差值，在不同坐標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際水位差之后，設(shè)計(jì)人員需要在同一時(shí)間內(nèi)放大不同標(biāo)點(diǎn)的實(shí)際水位，如此一來(lái)，能夠更好地確保庫(kù)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(shí)定義不同位置的用戶坐標(biāo)，當(dāng)坐標(biāo)定位完成后即可輸入指令，最后確保繪制工作得以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)高效完成。

2.5 三維CAD 技術(shù)在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

在三維CAD 技術(shù)工程設(shè)計(jì)期間，設(shè)計(jì)人員首先需要對(duì)以獲取的施工數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上核對(duì)所需數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，而后分析壩面圖繪制流程，進(jìn)而為后續(xù)整體工程設(shè)計(jì)工作的順利開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。CAD 軟件中包括計(jì)算、渲染、換算等多種功能，若設(shè)計(jì)人員能夠利用CAD 軟件功能合理處理其中的坐標(biāo)系數(shù)，就能夠進(jìn)一步提高工程細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)精度。以CAD 軟件中的計(jì)算功能為例，其能夠利用表格來(lái)實(shí)現(xiàn)各類(lèi)坐標(biāo)點(diǎn)的計(jì)算，還能精準(zhǔn)計(jì)算出整個(gè)水庫(kù)壩段鼓面。在此期間，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注工程細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中的渲染工作，借助三維效果功能進(jìn)行立體圖片渲染，進(jìn)而為后續(xù)斷面面積的精準(zhǔn)明確提供支持。

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

在三維CAD 技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，考慮到工程設(shè)計(jì)所需的材料用量、設(shè)備投入量、工程量等，設(shè)計(jì)人員能夠在短時(shí)間內(nèi)獲取施工主要參數(shù)，進(jìn)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(jì)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(gòu)情況以及安裝工程運(yùn)行過(guò)程中的主要情況，這樣一來(lái)，不僅能夠幫助采購(gòu)部門(mén)更好地控制設(shè)備購(gòu)置與應(yīng)用，還能科學(xué)實(shí)施工程設(shè)計(jì)。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(jì)人員完成3D電站的模擬設(shè)計(jì)，并更加直觀地觀察電站運(yùn)行平臺(tái)和各部件運(yùn)行情況，進(jìn)而為后續(xù)電站運(yùn)行維護(hù)工作的順利推進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

2.7 三維CAD 技術(shù)在工程設(shè)計(jì)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(cè)，施工單位能夠進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和真實(shí)性，設(shè)計(jì)人員也能將審核通過(guò)的數(shù)據(jù)輸入CAD 軟件中，而后利用軟件功能進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（將有效數(shù)據(jù)換算成坐標(biāo)）[7]。其次，繪制施工圖。CAD 軟件本身具備較強(qiáng)的計(jì)算功能，能夠在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出較為復(fù)雜的庫(kù)容差，并將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)樽鴺?biāo)顯示的數(shù)據(jù)，而后將坐標(biāo)進(jìn)行放大處理，同時(shí)重新定位坐標(biāo)，根據(jù)曲線繪制命令進(jìn)行操作。最后，渲染立體圖。若在此設(shè)計(jì)階段中仍舊選擇利用手工繪制的方式進(jìn)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(wèn)題。但在三維CAD技術(shù)支持下，設(shè)計(jì)人員能夠繪制出立體效果圖，為確保效果圖的真實(shí)性，還能對(duì)其進(jìn)行渲染。一方面，能夠增強(qiáng)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(jì)中存在的問(wèn)題，進(jìn)而為后續(xù)工程設(shè)計(jì)優(yōu)化奠定基礎(chǔ)[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在水利水電工程設(shè)計(jì)具體實(shí)施階段中，加強(qiáng)對(duì)三維CAD 技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，能夠確保設(shè)計(jì)精度和準(zhǔn)確度，最大限度地降低誤差問(wèn)題發(fā)生的可能性，進(jìn)而提高制圖有效性。目前，三維CAD 技術(shù)無(wú)論是在水工設(shè)計(jì)、地質(zhì)地形，還是工程量計(jì)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(jì)人員不僅能夠進(jìn)一步提高整體工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，充分滿足工程設(shè)計(jì)具體要求，還能為我國(guó)水利事業(yè)后續(xù)的健康發(fā)展、建設(shè)提供有力支持。