潘科
（水利部海委漳卫南运河刘庄闸管理所河南浚县456250）
【摘要】本文就此阐述三维设计在水利工程中的应用。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 三维设计；水利工程；应用
Three-dimensional design applications in hydraulic engineering analysis of the advantages and disadvantages
Pan Ke
(MWR IOC Zhangweinan liuzhuang brake managementJunxianHenan456250)
【Abstract】This paper describes this three-dimensional design in hydraulic engineering applications.
【Key words】Three-dimensional design;Hydraulic engineering;Application
1. 引言
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。三维设计具有模型直观形象、工程量计算精确、方便设计修改及重复利用诸多有点，因而具有广阔的应用前景。
2. 三维设计的概念剖析
（1）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。设计离不开图纸，这是因为：设计人员设计需要记住、研究和修改自己的设计；方便校审人员校审；方便与其它设计人员进行讨论交流，共同完成设计；方便施工人员将设计意图变成实物。绘制工程图，实际上是设计思维的表达手段。
（2）综上所述，设计不单单是绘图，更重要是绘图之外的许多工作。而目前的二维设计软件，有时候却难以快速便捷的实现设计人员的意图，尤其是在方案发生变更后，改图成了许多设计人员的烦恼。三维设计（3DDesign）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。
3. 三维设计方法在目前水利工程中的应用现状
3.1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。
3.2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。
3.3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。
3.4工程量计算。有了精确的三维模型，便可以对工程量进行精确计算。如果有了建筑材料和地质分类数据，还能够计算不同材料的用量，进而为概预算及施工期的材料供应计划提供可靠的数据。
4. 三维设计方法在水利工程中的应用优势及不足
4.1三维设计在水利工程中的应用优势。
4.1.1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。
4.1.2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，即附加合适的材质，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。
4.1.3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。
4.1.4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。
4.2三维设计在水利工程应用中的不足。
4.2.1二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。
4.2.2在工作任务繁重的情况下，推广三维设计之初，会在一定程度上影响工作进度。如果管理者下决心推动三维设计，收获的将是更多的回报。
4.2.3三维设计对计算机软硬件水平要求较高，从硬件方面来看，如果工程设计的项目比较复杂，设计师在计算机前总是处在一个等待的状态，就会大大地影响三维设计的应用与推广。而从协同设计的软件方面来看，三维表现时屏幕上的线条更多、观察场景的视角更复杂，如何控制最佳显示表现、最方便快捷地找到最适当的观察角度是最重要的。
4.2.4水利水电工程中的三维设计则处于起步阶段，设计经验不足，标准欠缺都是三维设计软件推广应用所面临的困难。目前三维设计还是一个初级阶段，还没有统一的标准规范，所有的三维设计最终都将转换成二维工程设计图。也就是说最终还得归结到二维设计图，因为二维设计有国家标准，三维设计解决的只是设计过程。如果解决了三维设计的标准化问题，将是三维设计的一个重要标志。同时也要看到，三维表现的信息量要比二维的更大，因此，制定三维标准的难度也会更大。
5. 结束语
面对现阶段水利发展的大好形势和水利设计市场竞争日趋激烈的环境，如何抓住机遇，满足市场环境的需要是我们必须面临的问题。采用三维软件辅助设计也是适应这一发展需求的具体措施，因而采用三维软件辅助设计是必然的发展趋势。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
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.
［文章编号］1006-7619（2014）10-30-726