目前水利水電工程三維設計的應用相對落后于其他行業(yè)如電力、石化，其原因主要在于工程設計的多變性和復雜性，目前還沒(méi)有一套軟件可以解決這方面的問(wèn)題。電力、石化行業(yè)的三維設計主要運用于工廠(chǎng)化設計，解決空間管道的布置以及多個(gè)專(zhuān)業(yè)空間布置設計協(xié)調問(wèn)題，已有成熟的工廠(chǎng)化設計軟件，在國內應用。工廠(chǎng)設計的標準化，使得三維設計的應用便于推廣，同時(shí)帶來(lái)這些行業(yè)設計效率大幅度提高。水利水電工程設計由于涉及到不同的地形、地質(zhì)狀況，無(wú)法形成標準化設計，其三維設計的難度大大提高，收益也降低。因此我的看法是：目前在水利水電工程中應該有針對性地對局部設計采用三維技術(shù)，而沒(méi)有必要全部使用三維設計。如何針對水利水電工程工程的特點(diǎn)采用三維技術(shù)，解決設計中的難題做了如下探討。

　　1、采用三維實(shí)體技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖計算在水利水電工程設計中涉及到大量開(kāi)挖工程量的計算，傳統的做法是：對于帶狀的開(kāi)挖，采用剖面法，對于封閉區域的開(kāi)挖采用網(wǎng)格法，進(jìn)行計算。在國外軟件中，很多均采用構造三維地形面模型，開(kāi)挖體面模型，求解地形面模與開(kāi)挖體面模的交集進(jìn)行開(kāi)挖計算。這些計算涉及到復雜的編程求解，必須在專(zhuān)業(yè)軟件中完成。嘗試在通用的AutoCAD2004平臺上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，利用平臺所具有的三維實(shí)體布爾運算功能，研制了三維實(shí)體開(kāi)挖軟件。該軟件包作為ZDM軟件中的一個(gè)模塊，具有如下功能：

　　1.1構建三維實(shí)體地形通過(guò)在地形圖上構建三角網(wǎng)方式構建三維實(shí)體地形，程序可以在任意封閉區域內直接生成三維實(shí)體地形，對于大的區域，為了避免在布爾運算時(shí)造成內存不足，也可以先生成面模型，再分塊生成體模型。

　　1.2構建開(kāi)挖體模型在開(kāi)挖計算中較多地采用正契型（挖方體）、倒契型（填方體）開(kāi)挖實(shí)體。軟件可以在通過(guò)封閉區域內設置不同開(kāi)挖邊坡，變坡、馬道生成三維契型實(shí)體。也可以將平面圖的開(kāi)挖中心線(xiàn)各段設置不同的高程，將平面線(xiàn)轉換為三維多段線(xiàn)，通過(guò)沿線(xiàn)路斷面拉伸的方法生成三維實(shí)體。

　　1.3通過(guò)對三維實(shí)體進(jìn)行布爾運算計算挖、填方量該軟件利用AutoCAD軟件具有的布爾運算求差、求和、求交功能可以很方便地求出挖、填方量、繪出出平面開(kāi)挖邊線(xiàn)，真實(shí)再現開(kāi)挖后的場(chǎng)景。并且可以用于三維動(dòng)畫(huà)建模制作。

　　1.4運用成果及存在的問(wèn)題采用三維實(shí)體的技術(shù)進(jìn)行開(kāi)挖計算，可以大大減低開(kāi)挖計算的工作量，特別對于工程前期的方案比較，復雜的洞口開(kāi)挖等，目前在我院已運用到多個(gè)工程，如深圳抽水蓄能電站的動(dòng)畫(huà)建模制作。

　　采用三維實(shí)體技術(shù)由于在應用過(guò)程中要使用大量布爾運算，對機器的性能要求高，難于對大范圍地形生成實(shí)體。對開(kāi)挖體的制作由于A(yíng)utCAD軟件本身的局限難于通過(guò)編程手段生成復雜開(kāi)挖體。開(kāi)挖過(guò)程往往與地質(zhì)情況有關(guān)，如何將地質(zhì)信息放入地面模型中達到分層開(kāi)挖的計算還要做進(jìn)一步探討。

　　2、三維岔管的參數化設計在水電站的引水管路設計中經(jīng)常碰到岔管的設計，如何表示岔管空間位置、形態(tài)、相貫線(xiàn)，是設計中的一個(gè)難題。采用三維建模技術(shù)可以很容易解決這些難題，并且可以將三維模型導入結構分析軟件進(jìn)行有限元的分析。

　　在A(yíng)utoCAD平臺下進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，研制了三維岔管的參數化設計軟件，該軟件可以通過(guò)圖中岔管不同的斷面圖生成各種不同類(lèi)型的岔管，如：園型、園臺形、城門(mén)洞型、外城門(mén)洞內圓臺形型。該軟件包作為ZDM軟件中的一個(gè)模塊，具有如下特點(diǎn)：軟件沒(méi)有使用復雜的對話(huà)框，填寫(xiě)各種參數，而是采用提取圖中已畫(huà)好斷面圖形，在岔管平面圖上生成三維實(shí)體岔管，使用簡(jiǎn)便，布置方便。

　　生成的三維岔管可以使用CAD的功能進(jìn)行任意剖切，生成各種不同的斷面圖，進(jìn)行面積和質(zhì)量的查詢(xún)。也可以導入結構分析軟件進(jìn)行有限元的分析。

　　建立三維岔管模型只是第一步，我們還計劃在三維岔管模型的基礎上進(jìn)行三維配筋布置解決岔管鋼筋圖的難題。

　　目前除在A(yíng)utoCAD平臺上開(kāi)發(fā)一些軟件局部解決三維設計中的一些難題，還運用MicrostationSite軟件進(jìn)行三維建模，庫容計算。同時(shí)還還與著(zhù)名大學(xué)合作進(jìn)行地下洞室群三維地質(zhì)模型、三維參數化設計、三維動(dòng)態(tài)仿真的研究。

1、使用zdm軟件實(shí)體開(kāi)挖功能進(jìn)行開(kāi)挖計算

使用zdm軟件實(shí)體開(kāi)挖功能制作的三維道路

使用zdm軟件制作的三維砼高壓岔管

使用zdm軟件制作的三維砼岔管

使用zdm軟件制作的各種類(lèi)型的三維鋼岔管