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摘要分析水利工程设计过程中CAD技术的应用,从水工建筑的曲线的绘制,三维效果绘制图等方面进行探讨,总结一些经验,供大家参考。
关键词水利工程设计;CAD技术;经验分析
中图分类号TV222文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)061-0120-02
进入计算机的信息时代,CAD技术在水利工程设计中已普遍应用,其精确,快捷的绘图优势给我们设计人员很大的帮助,特别是绘制水利工程图水库库容-水位特性曲线、溢流坝断面曲线等时,会出现函数曲线或根据已知点坐标确定的一条曲线。方便我们实现方案优化,提高了设计的绘图质量,缩短设计周期,避免了手工设计出现的错,碰,漏,缺等常见问题,降低了工程造价,提高了生产效应。
1水利工程设计中常见的曲线绘图技巧
1.1绘制坝面曲线
如图1所示,绘制溢流段坝面曲线时,可利用CAD绘制样条曲线的spline命令,并借助于EXCEL表格处理数据的强大功能来实现。具体实现过程是:
1)在EXCEL表格中处理数据,并将数据转化为坐标(数据转化过程如图2所示)。
2)在CAD中执行spline命令。
3)复制EXCEL表格中转化好的曲线坐标,粘贴到CAD中的命令行。
4)回车结束操作,完成溢流坝面曲线绘制。
图1溢流段大坝断面图
1.2绘制水库水位与库容关系曲线
如表1所示,根据已知的水库水位、库容的数值,再利用CAD中表格的计算功能完成的绘制曲线所需要的坐标点。具体实现过程是:
1)在CAD中绘制表格,将水位和相对应的库容输入到表格中。
2)应用表格的运算功能,计算出库容差值。
3)输入相对坐标。
4)将各坐标点的水位差值同时放大5倍。因水位与库容的数值相差较大,如果不调整纵坐标,绘制出的曲线不美观,也不便于使用。这时,只需要调整纵坐标比例因子,将水位差值放大相同的倍数,绘制出的水位与库容关系曲线就比较美观了,并且不影响使用(调整前后坐标如表1所示)。
也可以应用标注中的坐标标注功能,非常迅速地标注出曲线上任何位置点处的相对于坐标原点的坐标值,这便是相对于死水位与死库容的水位差和库容差。应注意,在调整纵坐标比例后绘制的曲线上,查询的水位差值要除以扩大的倍数才是实际的水位差值(如表2)。
5)在CAD中执行定义用户坐标的UCS命令,将坐标新坐标原点定义在死水位和死库容对应的坐标点。
6)在CAD中执行绘制样条曲线spline命令,输入调整比例后的坐标。
7)回车结束操作,完成水库水位—库容曲线的绘制(图2)。这样绘制的曲线准确、查询便捷。
图2库水位与库容关系调整曲线图
2三维CAD在水利水电工程设计中的应用
目前主要在设计专业中开展,在水电站坝区开挖和施工场地布置、拱坝建模及体形分析、电站的闸坝建模分析及三维施工仿真分析应用。利用三维设计提供的空间关系在分析处理三维水闸模型方面也起到较大的辅助参考作用
2.1三维CAD设计的特点
设计产品的直观性。三维设计不但可以绘制二维图纸,还能提供工程三维模型,可以任意视角地观看工程的整体及局部,还能提供动态的结构装配过程。通过与三维设计平台无缝连接的可视化仿真系统,可以直观展现建筑物三维形象面貌及特性,而且还能够描述建筑物之间以及各建筑物施工单元之间在时间、空间上的逻辑关系,并通过三维动画形式,可以在虚拟环境中,真实预演施工过程。
2.2水工建筑物设计
传统的设计思路都是先把建筑物的平面设计图纸绘制出来,进行方案讨论,然后在图纸上对设计方案进行修改和变更,最后确定设计图纸。因为这些修改工作都是基于平面进行的,致使水利工程建筑成型后的效果、建筑物与周围环境的协调等不能直观模拟。另外,绘制图纸的工作量也大,如果修改方案,需要重新绘制设计图纸,这实际上就是做了一些不必要的重复劳动。若直接绘制设计的水工建筑物三维效果图,在三维建筑模型上完成设计方案修改,最后将水工建筑物设计模型转化为平面设计图纸,就不需要再重新绘制设计图纸。
2.3设计后的立体效果,检验设计方案
借助CAD软件的强大的绘制三维建筑物形体的功能,根据设计的思路,先绘制出建筑物的三维效果图,然后渲染三维效果图,即附加合適的材质,选择适用的光源、阴影,添加协调的背景和配图,使建筑物更有灵气与生机。在三维效果图上,能够查看建筑物不同方位的动态观察效果,确定剖切建筑物的合适位置,观看剖切的断面。这样,建筑物形体是否美观、跟周围环境是否协调,工程量的查询、造价的高低等都可得到检验。水闸渲染设计效果如图3所示。
图3三维水闸模型渲染后效果
2.4三维设计效果模型转化为平面设计图
将建筑物的三维设计模型转化为平面设计图纸,可为设计人员节省大量的绘制图纸的工作量,应该得到推广。水闸中一部分三维设计模型转化平面设计工程图的实现过程为:在CAD布局空间应用solview和soldraw命令,以及视图中的主视图、俯视图、左视图旋转变化等一系列命令,将图形转化为如图4所示的模型空间。在模型空间中,再添加绘制工程图所需的图层、设置工程图必要的标注样式,将实现了建筑物三维实体转化为平面设计图的目标。图5是转化并完成标注的工程图。
3CAD在水利工程设计中的发展趋势
从以上例子以及以往的经验可以总结出:CAD技术在水利工程设计中有着手工制图的优越性,它有效提高设计质量,设计周期短,避免手工制图中微小常见的错误现象,并且实现项目投标、方案优化、数值计算、施工图设计等功能,保证了设计质量,节省投资。所以水利工程广泛采用CAD技术,是我国水利工程设计的必然趋势。
图4模型空间显示转换效果
图5完成转化后并标注的设计图
4结语
根据以上实例分析,在水利工程设计中使用CAD技术,有效解决水利工程设计中遇到的难题,为我们的勘察设计工作提供了很大的帮助。
参考文献
[1]曾令宜,曾令琴,娄梅,程迎春.应用AutoCAD绘制水利工程图的思考[J].人民黄河,2OO5.
[2]曾令宜.AutoCAD2008工程绘图技能训练教程[M].北京:高等教育出版社,2008:228-230.
[3]张圣敏.AutoCAD中文版入门与实战[M].北京:电子工业出版社,2009:316-317.
[4]陈敏林.水利水电工程CAD技术(普通高等教育"十一五"精品规划教材)水利水电出版社,2009.
关键词水利工程设计;CAD技术;经验分析
中图分类号TV222文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)061-0120-02
进入计算机的信息时代,CAD技术在水利工程设计中已普遍应用,其精确,快捷的绘图优势给我们设计人员很大的帮助,特别是绘制水利工程图水库库容-水位特性曲线、溢流坝断面曲线等时,会出现函数曲线或根据已知点坐标确定的一条曲线。方便我们实现方案优化,提高了设计的绘图质量,缩短设计周期,避免了手工设计出现的错,碰,漏,缺等常见问题,降低了工程造价,提高了生产效应。
1水利工程设计中常见的曲线绘图技巧
1.1绘制坝面曲线
如图1所示,绘制溢流段坝面曲线时,可利用CAD绘制样条曲线的spline命令,并借助于EXCEL表格处理数据的强大功能来实现。具体实现过程是:
1)在EXCEL表格中处理数据,并将数据转化为坐标(数据转化过程如图2所示)。
2)在CAD中执行spline命令。
3)复制EXCEL表格中转化好的曲线坐标,粘贴到CAD中的命令行。
4)回车结束操作,完成溢流坝面曲线绘制。
图1溢流段大坝断面图
1.2绘制水库水位与库容关系曲线
如表1所示,根据已知的水库水位、库容的数值,再利用CAD中表格的计算功能完成的绘制曲线所需要的坐标点。具体实现过程是:
1)在CAD中绘制表格,将水位和相对应的库容输入到表格中。
2)应用表格的运算功能,计算出库容差值。
3)输入相对坐标。
4)将各坐标点的水位差值同时放大5倍。因水位与库容的数值相差较大,如果不调整纵坐标,绘制出的曲线不美观,也不便于使用。这时,只需要调整纵坐标比例因子,将水位差值放大相同的倍数,绘制出的水位与库容关系曲线就比较美观了,并且不影响使用(调整前后坐标如表1所示)。
也可以应用标注中的坐标标注功能,非常迅速地标注出曲线上任何位置点处的相对于坐标原点的坐标值,这便是相对于死水位与死库容的水位差和库容差。应注意,在调整纵坐标比例后绘制的曲线上,查询的水位差值要除以扩大的倍数才是实际的水位差值(如表2)。
5)在CAD中执行定义用户坐标的UCS命令,将坐标新坐标原点定义在死水位和死库容对应的坐标点。
6)在CAD中执行绘制样条曲线spline命令,输入调整比例后的坐标。
7)回车结束操作,完成水库水位—库容曲线的绘制(图2)。这样绘制的曲线准确、查询便捷。
图2库水位与库容关系调整曲线图
2三维CAD在水利水电工程设计中的应用
目前主要在设计专业中开展,在水电站坝区开挖和施工场地布置、拱坝建模及体形分析、电站的闸坝建模分析及三维施工仿真分析应用。利用三维设计提供的空间关系在分析处理三维水闸模型方面也起到较大的辅助参考作用
2.1三维CAD设计的特点
设计产品的直观性。三维设计不但可以绘制二维图纸,还能提供工程三维模型,可以任意视角地观看工程的整体及局部,还能提供动态的结构装配过程。通过与三维设计平台无缝连接的可视化仿真系统,可以直观展现建筑物三维形象面貌及特性,而且还能够描述建筑物之间以及各建筑物施工单元之间在时间、空间上的逻辑关系,并通过三维动画形式,可以在虚拟环境中,真实预演施工过程。
2.2水工建筑物设计
传统的设计思路都是先把建筑物的平面设计图纸绘制出来,进行方案讨论,然后在图纸上对设计方案进行修改和变更,最后确定设计图纸。因为这些修改工作都是基于平面进行的,致使水利工程建筑成型后的效果、建筑物与周围环境的协调等不能直观模拟。另外,绘制图纸的工作量也大,如果修改方案,需要重新绘制设计图纸,这实际上就是做了一些不必要的重复劳动。若直接绘制设计的水工建筑物三维效果图,在三维建筑模型上完成设计方案修改,最后将水工建筑物设计模型转化为平面设计图纸,就不需要再重新绘制设计图纸。
2.3设计后的立体效果,检验设计方案
借助CAD软件的强大的绘制三维建筑物形体的功能,根据设计的思路,先绘制出建筑物的三维效果图,然后渲染三维效果图,即附加合適的材质,选择适用的光源、阴影,添加协调的背景和配图,使建筑物更有灵气与生机。在三维效果图上,能够查看建筑物不同方位的动态观察效果,确定剖切建筑物的合适位置,观看剖切的断面。这样,建筑物形体是否美观、跟周围环境是否协调,工程量的查询、造价的高低等都可得到检验。水闸渲染设计效果如图3所示。
图3三维水闸模型渲染后效果
2.4三维设计效果模型转化为平面设计图
将建筑物的三维设计模型转化为平面设计图纸,可为设计人员节省大量的绘制图纸的工作量,应该得到推广。水闸中一部分三维设计模型转化平面设计工程图的实现过程为:在CAD布局空间应用solview和soldraw命令,以及视图中的主视图、俯视图、左视图旋转变化等一系列命令,将图形转化为如图4所示的模型空间。在模型空间中,再添加绘制工程图所需的图层、设置工程图必要的标注样式,将实现了建筑物三维实体转化为平面设计图的目标。图5是转化并完成标注的工程图。
3CAD在水利工程设计中的发展趋势
从以上例子以及以往的经验可以总结出:CAD技术在水利工程设计中有着手工制图的优越性,它有效提高设计质量,设计周期短,避免手工制图中微小常见的错误现象,并且实现项目投标、方案优化、数值计算、施工图设计等功能,保证了设计质量,节省投资。所以水利工程广泛采用CAD技术,是我国水利工程设计的必然趋势。
图4模型空间显示转换效果
图5完成转化后并标注的设计图
4结语
根据以上实例分析,在水利工程设计中使用CAD技术,有效解决水利工程设计中遇到的难题,为我们的勘察设计工作提供了很大的帮助。
参考文献
[1]曾令宜,曾令琴,娄梅,程迎春.应用AutoCAD绘制水利工程图的思考[J].人民黄河,2OO5.
[2]曾令宜.AutoCAD2008工程绘图技能训练教程[M].北京:高等教育出版社,2008:228-230.
[3]张圣敏.AutoCAD中文版入门与实战[M].北京:电子工业出版社,2009:316-317.
[4]陈敏林.水利水电工程CAD技术(普通高等教育"十一五"精品规划教材)水利水电出版社,2009.