水利水电工程三维设计方法引进与研究

摘要：随着我国经济的不断发展，水利水电工程的勘测设计工作的市场化进程也逐步加深，在水利水电工程、工程勘察设计是一个非常重要的部分工程,工程设计水平是直接影响整个项目的质量、水平、效率等各方面。因此本文简要对引进三维设计方法的意义、先进性以及工程设计的步骤等做了分析，对以后的水利水电工程予以参考和借鉴。

关键字：三维设计；水利水电；工程设计；方法

中图分类号： TV 文献标识码： A

引言：随着计算机及信息技术的迅速发展和日趋完善，三维技术在机械、电子、航空、航天以及建筑等行业得到了广泛的应用，但在水利水电行业却鲜有涉及。由于国内技术水平限制,我国水利水电工程仍在传统的设计模式与2 d设计阶段,与国外的先进技术,如三维协同设计、仿真技术,仍然有很大差距。因此,为了使我国工程水平质量和效率提高,将优化现有的设计过程,同时积极引进外国先进的三维设计技术,结合当前我国水利水电工程设计现状，研究出一套适合我国当前需求的工程设计三维设计工作方法及模式，是迫在眉睫的。

1 我国引进三维设计的意义

1.1 三维设计技术的必要性

三维协同设计可以迅速成为主流的CAD技术,因为它有许多传统的平面二维设计无可比拟的优势。它的主要作用是参与项目的各专业相互交流、沟通、协调, 以最大程度将设计中因为协调不畅而产生的问题最小化和最少化，大大提高设计团队的效率和产品的质量设计

通过现代三维技术设计人员设计意图的准确表达,是良好的思维方式和设计的现代习惯;通过阴影和渲染三维技术,和其他函数来显示整个设计方案的完整和全面，三维技术的渲染,使人们更直观的了解它的外观,可以帮助决策者设计决策、项目周期和开发速度等有一个全面的把握,通过三维设计提供了一个基础的集成设计、生产、工程设计到一个新的高度。

1.2 三维协同设计的先进性

(1) 三维设计技术是现代工程设计方法的质的飞跃。三维设计技术,根据实际情况在面对当前的项目,更直观、更完美的展示设计师与工程设计的想法。不需要设计人员在二维图纸和三维形状之间的转换思路,弥补缺陷的细节设计对象。并通过现代3 d技术可以准确地反映设计结果的材料、形状、颜色、大小和其他属性。设计师使用现代3 d技术,可以准确的性能在计算机三维实体建模,同时生成相应的二维工程图,清晰、准确的反映了设计师的意图和施工后的各项工作起到了很好的支持作用,在建设,通过工程反馈结果在方便和速度调节模型。

(2)通过三维设计技术能够在某种程度上可以提升设计单位的设计水平，并对其生产力产生直接影响。众所周知,水利水电工程设计不是一个人去完成任务,是需要有一个专业的团队,共同努力来实现。因此,在工程设计中、对相关信息的共享以及各人设计成果的集合就起到了非常重要的作用。三维设计手段可很大程度地提高设计效率，尤其是团队效率，通过协同设计，可大量减少或缩短专业间配合环节，通过三维模型可进行二维出图、工程量自动统计等，减少设计工作量，提高标准化程度，通过建立建全参数化原件库，使设计效率大幅度提高。

(3)三维设计可以大大提高设计质量和效率的水利水电工程。三维设计手段可很大程度地提高设计效率，尤其是团队效率，通过协同设计，可大量减少或缩短专业间配合环节，通过三维模型可进行二维出图、工程量自动统计等，减少设计工作量，提高标准化程度，通过建立建全参数化原件库，使设计效率大幅度提高。

(4)三维设计可以实现可视化校审。可视化学校可以大大降低的会审时间,通过自动化跟踪管理,提高校审计效率,减少校审的工作,提高学校的管理水平,减少错误遗漏的意见。

2 CATIA软件的功能

CATIA软件中有大量的功能插件，满足了从工程设计、三维建模到动态模拟仿真、工程图生成等整个工程设计中的各个步骤的需求。其系统主要有以下几个特点：

(1)设计的相关性, 所有变化部分的工程设计都可以直接反映在图纸;(2)装配功能完美,从初始设计的过渡完成整个过程保持最初的设计意图；(3)操作简单,使用方便,可以极大地提高设计效率;(4) 全面、完善的管理并发进程,有效实施并行工程。

除了工程设计外，CATIA软件也被广泛的应用于航天航空等高端技术领域，而利用其成熟的技术，则完全可以将之应用于现代的水利水电工程设计中。

3 有限元分析

作为一个将CAD / CAE和CAM设计软件三种类型的图像集于一体的三维参数化软件，CATIA软件为设计人员提供了Analysis Simulation是一个功能强大,操作简单,易于使用的工程分析模块。在工程设计中,使用分析仿真模块,即使不是分析的专业设计人员也是可以轻松快速工程设计进行初始的有限元分析进行,并得到准确的验证报告。

Analysis Simulation功能的有限元分析不但能够对单个零件进行分析(GPS)，同时还能对装配部件的有限元及其扩展模块进行分析(GAS&EST)。不同于专业的有限元分析软件，CATIA软件中的Analysis Simulation功能是自动进行网格划分的，因此，只要设计者赚到有限元计算工作台，这一功能就能自动的进行网格划分。当然，对于某些需要精确计算的区域，设计人员也可以对数据网格进行手动划分。

4 水利水电工程三维设计建模流程

对水利水电工程设计三维建模，可以运用CATIA软件中的零件设计功能与装配设计功能实现。

4.1 工程零部件设计

所谓的零部件设计,主要是指身体的各个部分工程造型设计。这一部分要求设计是首先对工程设计中的各个部分特征进行整理与组合。设计必须首先确定各部分的基本特点,然后对每一个序列链接整理。

(1)绘制模块底稿，根据工程的具体要求绘制各部分模块的二维草图。(2)运用CATIA软件中的零件设计模块对各部位的模块进行设计与造型，同时根据局各零件的外形之间的拓扑关系对其他特征进行确定，进而完成模型的制作工作。

(3)根据工程的具体要求对各个模块的辅助特征进行加工，完善各模块的造型。

4.2 工程装配设计

在进行工程模型的装配时，为便于工程数据的管理，应采用层次模型，按照从整体工程的最底层的子装配体到最上层装配体的顺序，进行逐层装配。这样不但能够有效的减少各个层次的装配元素数量，同时能够有效的降低工程分析的复杂程度，在进行修改时更加方便，快捷。

由于工程模型的位置有关系有较高的约束力,因此零部件装配的过程中,设计师应根据工程实际需求准确和有效的对模型约束。组装过程的具体可分为以下三个步骤:

(1)首先将需要零部件导入到装配模块。这里可以使用对称的零件模型相关工具,并进行复制,已经达到了零件模型的快速导入;(2)在装配空间中检验零件组装中存在的缺陷与问题，检查是否有冲突的各种零件在装配空间中，并进行相应的修改和调整，完善设计的细节。(3)对各零部件按照装配关系施加不同的约束，包括零件的角度、间距、贴合、同轴等，这一步骤中必须对零件的位置进行反复校对，确保约束的准确性；

5结束语

总之，通过对CATIA三维协同设计平台技术的引进，水利水电工程设计中的一些关键的技术性问题都得到了很好的解决，从而确立了新的水利水电工程三维设计的工作方向。利用水利水电工程三维可视化设计，能够轻易的解决以前二维设计中存在的各种漏洞与不足，能够快速进行方案对比,提出各种工程量计算结果,并准确的计算工程量，有效的降低工程成本，提高了设计质量与工作效率。

参考文献

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