谈三维设计在水利工程中的应用

摘 要：水利工程建设是我国国家发展中重要的组成部分，在进行水利工程建设中，设计是一个重要的环节。通过三维设计，能够很好的帮助设计人员进行更富创新的设计思考，减轻工作负担。

关键词：水利工程；三维设计；应用

水利行业是关系到我国国计民生的重要基础行业，是国家经济可持续发展的基础，我国政府历来对于水利行业的发展及其重视，为了加快提高我国水利的现代化水平，水利部提出了“以信息化带动水利现代化”，目前我国的水利信息化建设在防汛抗旱决策支持、水资源规划与管理、水环境保护、水土保持监汛、流域规划、水利设施管理、水利工程规划、农田水利等方面取得了良好的成果。

二维设计软件经过多年的推广应用，已经形成了比较完善的标准，还产生了大量的插件甚至出现了大量的标准图集，这些资源都是目前三维设计软件所欠缺的。对三维设计认识不足，在没有压力的情况下，不愿意主动学习三维设计，安心于二维设计的现状。近几年来，CAD技术从最初的平面辅助绘图迅速向三维化方向发展，迅速成为CAD业界一个新的发展方向，引起了广大学者的关注。三维设计不但可以绘制二维图纸，还能提供工程三维模型，可以任意视角的观看工程的整体及局部，还能提供动态的结构装配过程，方便设计修改及重复利用诸多优点，因而具有广阔的应用前景。

从狭义上讲，设计是指设计人员进行创造性劳动的过程，即设计人员通过查资料、分析、计算等活动形成设计方案的过程。对于二维的、以工程图为主要目标的辅助软件，需要大量人工处理的环节，软件要处理的只是其中很少一部分，但有时这部分工作量却占用了大部分的工作时间。

三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更加立体化、形象化的一种新兴设计方法。设计人员在设计时一方面要想象实际工程的三维逻辑关系，另一方面又要进行设计思考，工作负荷相当大。采用三维软件就能在大脑以外虚拟三维图像，从根本上减轻了设计人员的大脑负担，从而有利于进行更富创新的设计思考。

三维设计方法在水利工程中应用的必要性：

1、勘察测绘

在将等高线数据进行数字化后，便可以建立三维地貌图，包括各类建筑物、开挖边坡及原始地貌等，并可根据工程的进展情况不断地更新。另一方面，由于建立的三维地貌是采用三维数字，因而建筑物任意部位的体积、面积等属性以及挖填土石方量都可以精确地计算出来。

2、 水工设计

参数化设计可以高效地利用已有的模版，同时方便设计方案的变更。形象的三维设计成果也方便校审工作的进行，同时也有利于各专业间的沟通并减少了设计中一些显见的错误。此外，三维模型还能很好地展现建筑物与周边环境、地质地形条件的关系。

3、施工组织

在明确施工场地和地形彼此之间的制约条件的情况下，采用三维动态布置施工平台，能够快速得出所需结果并生成相应的平、剖面图。采用三维建模技术能直观地了解各种方案的可行性，从而有利于快速、方便地进行多种方案比选。

4 、工程投资预算

可以更为精确地进行工程量的统计和施工模拟分析统计，还能够计算不同材料的用量及设备投入等，进而为概预算及施工期的材料供应计划提供可靠的数据。

5、工程质量

直观的设计使可能出现的错误及问题及早的暴露出来，减少了工程建设期的风险性，三维可视化环境下通过对数据的集中管理、参数驱动及对象间的关联关系，可以最大程度的保证不同专业、不同阶段数据的一致性和唯一性，减少设计疏漏、为工程提供质量更高的设计成果，进而避免由于空间关系上的认识不足导致的设计失误。

对于水利工程施工场地布置困难的地形，在明确彼此之间的制约条件的情况下，采用三维动态布置施工平台，能够方便快捷的得到所需结果并生成相应平面、剖面图。

三维设计能准确的表达技术人员的设计意图，更符合人们的思维方式和设计习惯；能组建进行有限元分析的原始数据，从而进行几何形状的优化设计，能够通过着色和渲染功能得到设计方案的三维效果图，使得设计人员和决策人员能全面准确的了解其外观，把三维设计应用到水利工程上，可以实现真正意义上的工程方案优化及多方案的比较，对于提高工程的技术指标和品质、降低工程造价，缩短设计周期，提高设计质量均可以起到重要作用。

在传统二维设计条件下，专业间的沟通往往需要重复多次，甚至到工程实施的时候会出现由于专业间沟通的疏漏产生的设计失误。在三维设计环境下，各个专业则可以对工程有直观的认识，沟通也十分方便。最重要的一点是各个专业的设计成果可以汇集到同一个图形之中，从而能避免许多诸如高程尺寸不相符合的错误。除此之外，各个专业可以采用同一设计图纸。例如进行泵站设计时，勘探、测量专业测出地质地形图后，规划专业确定好大体工程位置和水机设备工作水位，机电、金结专业确定设备的尺寸和安装高程，水工专业综合这些成果结合工程实际绘制土建图纸，然后再由施工专业进行施工总布置。在进行这些工作的过程中，各个专业既可以依次逐步进行，也可以协同设计，即各专业设计人员在初次沟通后，各自进行本专业的设计任务，之后再通过沟通确定好结构或设备的尺寸以及场地的位置，再利用参数化技术进行修改便可很容易的达成专业接口的一致。这种协同设计大大的节省了各专业间的衔接等待时间，提高了整个工程的设计效率。

结束语

三维设计是实现设计制造一体化的基础，为工程设计带来巨大的变革，把设计推上前所未有的高度。■

参考文献

[1] 张雪冬.浅谈三维计算机图形技术辅助现代工程设计[J].山西建筑，2008.

[2] 马刚琳，马壮. 三维CAD 技术在水利水电工程设计中的应用[J].吉林水利，2008.

[3] 兰立伟，严杰. AutoCAD Civil3D在水利工程设计中的应用[J].中国水运，2009.

[4] 顾岩.三维设计在水利水电行业中的应用探讨[J].天津大学，2009.