陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西西安 710001
摘要：三维设计是工程设计的必然趋势。三维技术已广泛应用于机械、电子、航空、航天、建筑等领域。将三维设计应用到水利工程中，可以实现真正意义上的工程方案优化和多方案比较，对提高工程技术指标和质量，降低工程造价，缩短设计周期，提高设计质量具有重要作用。
关键词：三维设计；水利水电；应用；
社会经济科技正在逐步发展，三维设计技术的应用也越发广泛。在水利水电工程设计中的应用效果极为优良。叙述了三维设计方法在水利工业中的应用现状及相应软件的选择。对三维设计方法在水利工程设计中的应用进行了分析研究，以更有效地证明三维设计技术的优越性。
一、水利水电行业三维设计现状
在当前的水利水电行业中，三维设计方法的应用依旧呈现出一种较为落后的状态，其应用发展远远差于电力、石化等行业。此种现象出现的主要原因为水利工程设计自身具有极为突出的复杂性特点，现阶段尚未出现一套软件能够对其中存在的问题全面妥善的解决。而在其它行业，如电力、石化等，其三维设计的应用主要为工厂化设计，设计所需解决的问题为空间管道的合理设置、专业空间的设计协调等，且已存在较为成熟的设计软件。工厂设计具有极强的标准化，促使三维设计的应用发展也较为优良，同时设计效率得以提升。而水利水电行业在进行工程设计时，其所涉及到的地形、地质情况均有所不同，无法实现标准化。因此，三维设计的难度较大，应用范围无法得到拓展。
二、三维设计系统开发应用原则
三维设计系统是信息集成系统的组成部分，是分散的，可独立工作，但又可以被集成。各专业三维设计系统不仅仅是建立各部分的三维模型、利用三维模型进行空间布置、检查碰撞、出二维图纸，而是一个以数据库为核心的系统。三维设计系统的重点是数据库的建立。应该遵循以下几条原则。(1)建立编码标准和项目分层结构。(2)建立三维设计系统的使用标准和使用方法，即：建立标准的接口管理，确保各专业提供正确信息和使用正确信息，(3)建屯统一的工程数据库和项目数据库，建立标准化的模型、资料、图纸和文件，不断积累资料并保持一致性，以实现各专业的资源共享，(4)遵循数据唯一原则。即一次建立多次使用的原则来进行，避免数据信息的相互矛盾或缺失；(5)立足于采购成熟的商业软件，根据自己的特殊需求开发部分软件和接口程序，有利于实现三维设计系统的标准化和统一化。
三、水利水电工程中三维设计方法的应用
1.CATIA的应用。（1）CATIA的应用功能。CATIA三维设计平台所包含的主要内容为曲面设计、内部结构设计、施工工程设计、知识工程四大工程包。第一，曲面设计包。此工程包在水利工程设计中的应用主要为：对工程设计所涉及到的不同地形、地质的建模问题进行科学妥善的解决。主要包括的内容为对复杂型曲面、曲面变形、逆向工程等进行设计。同时在应用中还可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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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）CATIA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.ANSYS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。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。
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。
总之，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。
参考文献：
[1]冯健.三维技术在水利水电工程设计中的应用与开发.2018.
[2]黄丹阳.浅谈水利水电行业中应用三维设计的探讨.2018.
论文作者:赵朋飞,党照, 杨硕
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第14期
论文发表时间:2019/9/10
标签：三维设计论文; 工程设计论文; 工程论文; 曲面论文; 水工论文; 模型论文; 零件论文; 《工程管理前沿》2019年第14期论文;