水閘底流消能消力池三維設(shè)計二維出圖的實現(xiàn)方法

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(華北水利水電大學(xué)，鄭州 450001)

水閘底流消能消力池三維設(shè)計二維出圖的實現(xiàn)方法

牛立軍，朱東方，王鵬

(華北水利水電大學(xué)，鄭州 450001)

我國水利行業(yè)設(shè)計目前較多采用的是二維設(shè)計，具有很多弊端。實現(xiàn)三維設(shè)計對工程建設(shè)具有重要的作用。本文依據(jù)SL 265-2001《水閘設(shè)計規(guī)范》，對利用Visual Basic for Applications(VBA)編程工具實現(xiàn)水閘底流消能消力池三維設(shè)計、二維出圖的實現(xiàn)方法進行介紹。

水閘底流消能； 三維設(shè)計； 實現(xiàn)方法

1 引 言

水閘消能防沖工程布置是水閘設(shè)計中一個非常重要的問題，若設(shè)計不當(dāng)，水流將對河床產(chǎn)生嚴重沖刷，并影響整個水閘的穩(wěn)定性和安全性。我國目前常用的工程設(shè)計方法是傳統(tǒng)的平面二維設(shè)計,實踐證明存在很多弊端，而三維設(shè)計能準確地表達技術(shù)人員的設(shè)計意圖，更符合人們的思維方式和設(shè)計習(xí)慣，比二維設(shè)計有很多優(yōu)勢。本文主要介紹“利用VBA編程方法開發(fā)水閘底流消能消力池三維設(shè)計，實現(xiàn)水閘底流消能消力池的三維設(shè)計二維出圖功能，并自動生成工程量清單、鋼筋形式表及設(shè)計報告”的思路和方法。

2 二維設(shè)計的弊端及三維設(shè)計的必要性

2.1 二維設(shè)計的弊端

目前，我國水利工程設(shè)計單位在水閘設(shè)計中，普遍采用的還是傳統(tǒng)二維設(shè)計，存在很多弊端。水閘工程設(shè)計包括多項計算內(nèi)容，且工程設(shè)計單位主要采用手工設(shè)計計算，但手工設(shè)計，計算工作量大(往往要占整個設(shè)計工作量的40%以上)、效率低、設(shè)計精度差，在時間和人力上，很難滿足設(shè)計工程要求的“技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全適用”等目標。另外，由于二維圖紙不夠形象、直觀，施工單位在進行施工時，需要將平面圖紙結(jié)合起來進行空間構(gòu)思，施工單位的理解很難完全與設(shè)計者的設(shè)計意圖一致，這樣就會造成施工單位不能嚴格按照設(shè)計意圖進行施工，使最終交付的工程和設(shè)計者的原始設(shè)計思路有所偏差，甚至造成返工等現(xiàn)象；再者，由于水利工程各構(gòu)件之間、構(gòu)件與地形之間連接的復(fù)雜性，二維圖形有時難以清楚表達，造成施工中的設(shè)計變更較多。

2.2 實現(xiàn)三維設(shè)計的必要性

三維設(shè)計能準確地表達技術(shù)人員的設(shè)計意圖，更符合人們的思維方式和設(shè)計習(xí)慣；使得設(shè)計人員和決策人員能全面準確地了解其外觀，有助于設(shè)計決策、縮短周期、加快產(chǎn)品開發(fā)；能夠分析產(chǎn)品的動態(tài)特性，對工程項目的成本進行預(yù)算；三維設(shè)計是實現(xiàn)設(shè)計、制造一體化的基礎(chǔ)，為工程設(shè)計帶來巨大的變革，把設(shè)計推上新的高度。水閘底流消能設(shè)施計算機輔助三維設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)的研究意義主要體現(xiàn)在以下幾方面：

a.縮短設(shè)計周期。利用計算機輔助水閘下游底流消能三維設(shè)計系統(tǒng)，系統(tǒng)會根據(jù)用戶輸入的參數(shù)自動生成三維圖形及各個平面圖、剖面圖，大大縮減了設(shè)計時間，提高了設(shè)計效率。

b.能有效幫助施工人員理解設(shè)計意圖。利用該系統(tǒng)進行設(shè)計，生成的三維圖形直觀、明了，施工單位只需要按照圖形進行施工，避免了因?qū)D紙理解深度不夠造成的工程偏差，有助于實現(xiàn)設(shè)計、制造一體化。

c.自動生成工程量清單。計算機根據(jù)生成的三維實體自動計算，生成工程量清單，避免了傳統(tǒng)計算出現(xiàn)的漏項、錯誤等，減少了后期施工中因為工程量計算錯誤或不精確而引起的變更。

d.為項目管理信息系統(tǒng)的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。三維圖形生成后，項目劃分比較清晰，對管理者進行項目管理具有指導(dǎo)意義，是進行項目目標控制的基礎(chǔ)；另外，系統(tǒng)生成的工程量清單是依據(jù)三維實體進行計算的，比較精確，對各參與單位進行投資管理、成本管理具有重要意義。

目前，在水利行業(yè)廣泛使用的通用設(shè)計軟件中，尚無一套較完整的、按照SL 265—2001《水閘設(shè)計規(guī)范》編制的設(shè)計計算程序，而實際工作中又迫切需要解決這個問題。

3 實現(xiàn)目標

利用VBA編程實現(xiàn)三維設(shè)計、二維出圖系統(tǒng)的實現(xiàn)目標有：?用戶通過系統(tǒng)界面輸入主要參數(shù)，系統(tǒng)會根據(jù)輸入的參數(shù)自動生成三維圖形；?系統(tǒng)可以生成三視圖及剖面圖，用戶可以按照實際需要，在生成的平面圖上進行尺寸等的修改，并單獨保存；?進行水力計算、穩(wěn)定性計算；?對三維圖形進行配筋；?自動生成工程量清單、鋼筋形式表及設(shè)計報告。

4 實現(xiàn)方法

4.1 實現(xiàn)工具

隨著計算機技術(shù)的不斷進步，AutoCAD作為一種專業(yè)的繪圖工具，其功能不斷強大，尤其是三維設(shè)計功能，已被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。VBA是內(nèi)嵌于AutoCAD內(nèi)部的一種編程語言，是對AutoCAD 進行二次開發(fā)的一種方式,具有語法簡單、易學(xué)、功能強大等優(yōu)點和極大的靈活性。VBA利用其事件驅(qū)動的編程機制、新穎易用的可視化設(shè)計工具，并使用Windows 應(yīng)用程序接口(API)函數(shù)，采用動態(tài)鏈接庫(DLL)、動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)、對象的鏈接與嵌入(OLE)以及開放式數(shù)據(jù)庫訪問(ODBC)等技術(shù)，可以高效、快速地編制出 Windows 環(huán)境下功能強大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。 通過VBA編程，系統(tǒng)可自動生成三維圖形，并按設(shè)計者需要，生成三視圖、剖面圖，使用方便，易于掌握。另外，VBA可以通過與Excel、Word等軟件的鏈接，來實現(xiàn)表格及報告的自動生成。

4.2 基本思路

該系統(tǒng)開發(fā)的主要思路如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線

4.3 實現(xiàn)步驟

a.結(jié)合水閘設(shè)計規(guī)范，確定底流消能型式及其組成和各組成部分的屬性。創(chuàng)建三維模型時, 首先應(yīng)對模型的結(jié)構(gòu)進行分析。無論多復(fù)雜的模型總是由簡單實體構(gòu)成的，復(fù)雜模型的建立過程實際上就是不斷創(chuàng)建簡單三維模型并將其組合的過程。因此，要實現(xiàn)消力池三維圖形的繪制，首先要對其結(jié)構(gòu)及組成進行分析。我國目前水閘下游消能方式用的最多的是底流消能，按照水閘設(shè)計規(guī)范，底流消能消力池的主要型式主要有三種，如圖2所示。

圖2 消力池型式

然后根據(jù)各種消力池型式，確定其主要參數(shù)，即通過這些屬性可以確定三維圖形的形狀及尺寸，以挖深式消力池為例，其屬性如圖3所示。

圖3 挖深式消力池屬性標注

b.采用VBA進行系統(tǒng)窗體的設(shè)計。根據(jù)用戶的需求，進行窗體界面的設(shè)計。VBA中窗體的設(shè)計和VB相同，筆者的窗體設(shè)計思路為：消力池型式選擇界面→三維設(shè)計界面(即由用戶輸入相關(guān)參數(shù)，系統(tǒng)自動生成三維圖形，并進行相關(guān)水力計算及穩(wěn)定計算)→配筋計算→生成工程量清單、生成鋼筋形式表→生成設(shè)計報告。窗體的設(shè)計可以根據(jù)用戶的需求進行自由設(shè)置。

c.應(yīng)用VBA進行設(shè)計目標編程。三維圖形的繪制是利用VBA編程自動實現(xiàn)的，其編程步驟為：構(gòu)造出側(cè)面圖→拉伸。

二維圖形是三維實體在不同角度的投影，標注不能在二維圖形上標注，那樣的標注只是標注影子，不能實現(xiàn)各標注尺寸的聯(lián)動，經(jīng)多次嘗試，我們采用的是直接標注實體。對實體進行標注后，各投影的尺寸標注會自動生成。三維實體標注要同時注意工程CAD制圖規(guī)則的軸測圖標注以及二維圖形的標注原則。根據(jù)個人的CAD制圖習(xí)慣，在標注前，首先要建立一個或者多個圖層作為標注層。在三維實體的標注時，我們認為每個面都應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個圖層，在由三維實體生成二維平面圖形的時候，只需打開該面標注的圖層，這樣避免了不同視角標注的重疊或者交叉。

d.三維實體進行配筋及材料填充。通過VBA編程對消力池進行結(jié)構(gòu)分析，求得其彎矩和剪力，從而實現(xiàn)消力池的配筋。配筋的繪制也要按三維實體繪制，鋼筋形式和直徑選定后要繪制三維鋼筋籠實體，鋼筋籠實體“裝入”前面繪制的構(gòu)件，形成鋼筋混凝土整體(不要進行布爾運算)，通過各種剖面形成二維鋼筋圖。然后根據(jù)用戶要求及前面步驟進行的水力分析、穩(wěn)定分析等確定各部分的實體材料，對三維實體進行材料填充。

e.由三維實體自動生成三視圖、剖面圖。傳統(tǒng)的方法是利用CAD里面的“設(shè)置視圖(Solview)”、“設(shè)置圖形(Soldraw)”兩個命令進行圖形轉(zhuǎn)換，這兩種方法都可以實現(xiàn)三維實體到二維圖形的轉(zhuǎn)換，但都需要通過 “布局”來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)換后不能進行二維圖紙的修改，有很多不便之處。在這里，我們可以應(yīng)用CAD里面的“Flatshot (平面攝影)”命令來進行由三維實體到二維圖形的轉(zhuǎn)化，利用該命令轉(zhuǎn)換的時候是在“模型”下進行轉(zhuǎn)化的，生成二維圖形后，用戶可以根據(jù)實際需要對該二維圖形進行修改、編輯、保存，實現(xiàn)設(shè)計人員的二次加工，形成各階段均比以“設(shè)置視圖(Solview)”、“設(shè)置圖形(Soldraw)”兩個命令進行圖形轉(zhuǎn)換有很大的優(yōu)勢。

f.自動生成工程量清單、配筋形式表及設(shè)計報告

三維實體生成后，可以直接通過計算機計算三維實體各部分的工程量，這個功能在CAD里面較容易實現(xiàn)。如何實現(xiàn)自動生成工程量清單、配筋形式表及設(shè)計報告呢？首先，建立工程量清單、配筋形式表及設(shè)計報告的模板，然后利用VBA與Excel、Word的連接，將計算機的計算結(jié)果調(diào)用到模板中，這樣就完成了工程量清單、配筋形式表及設(shè)計報告的自動生成。

g.系統(tǒng)試運行。系統(tǒng)完成后，結(jié)合實際的水閘工程，對系統(tǒng)進行試運行，并根據(jù)運行的結(jié)果對該系統(tǒng)進行修改、完善。

通過以上步驟，就可以開發(fā)出一套完整的、適用的水閘底流消能消力池計算機輔助三維設(shè)計、二維出圖系統(tǒng)。

5 結(jié) 語

目前，我國水利行業(yè)的三維設(shè)計還處在起步階段，尚不成熟。本文對利用VBA進行三維設(shè)計、二維出圖的步驟及關(guān)鍵性技術(shù)進行了介紹，提出了在設(shè)計過程中應(yīng)該注意的地方。三維設(shè)計是實現(xiàn)設(shè)計、制造一體化的基礎(chǔ)，對工程建設(shè)及后期工程管理具有重要作用。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展及工程建設(shè)的實際需要，水利工程的計算機輔助三維設(shè)計必將成為設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展方向。

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簡訊

三峽等工程獲“全球工程獎”

據(jù)國資委網(wǎng)站消息，在西班牙巴塞羅那召開的國際咨詢工程師聯(lián)合會(FIDIC)2013年年會暨FIDIC成立百年慶典大會上，中國13個建設(shè)項目獲得“FIDIC百年工程項目獎”。三峽工程位列其中，獲此殊榮。獲獎項目的主要建設(shè)單位均為國企，其中有7個項目為央企承建。

為宣傳百年以來全球工程咨詢業(yè)取得的巨大成就，表彰咨詢工程師為促進人類經(jīng)濟社會發(fā)展和改善生活質(zhì)量作出的杰出貢獻，F(xiàn)IDIC在成立百年之際，在全球94個國家和3個地區(qū)性成員協(xié)會范圍內(nèi)首次開展了“FIDIC百年工程項目獎”評選活動，共有36個項目和6名咨詢工程師獲獎。中國長江三峽水利樞紐、京滬高速鐵路等13個建設(shè)項目和3名咨詢工程師獲獎，是獲獎數(shù)量最多的國家。

中國獲獎項目包括：廣州塔、廣州大劇院、廣東科學(xué)中心3個項目榮獲“FIDIC百年重大建筑項目杰出獎”，蘇通大橋、長江三峽水利樞紐2個項目榮獲“FIDIC百年重大土木工程項目杰出獎”，中國進出口商品交易會琶洲展館、天安門廣場建筑群2個項目榮獲“FIDIC百年重大建筑項目優(yōu)秀獎”，京滬高速鐵路、紅水河龍灘水電站工程、上海長江隧道、武漢天興洲長江大橋、秦嶺隧道群、青藏鐵路6個項目榮獲“FIDIC百年重大土木工程項目優(yōu)秀獎”。長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院院長鈕新強、中鐵第一勘察設(shè)計院董事長王爭鳴、中國交建總工程師兼中交公規(guī)院董事長張喜剛榮獲“FIDIC百年優(yōu)秀咨詢工程師”。

FIDIC此次評選活動按照國際認可、技術(shù)卓越性、創(chuàng)新性和可持續(xù)性四個方面的要求進行，業(yè)內(nèi)人士稱，中國相關(guān)工程項目和咨詢工程師獲獎，表明中國的工程咨詢理念、技術(shù)創(chuàng)新和建設(shè)標準達到了國際先進水平。

來源：中國長江三峽集團公司中國水力發(fā)電工程學(xué)會網(wǎng)2013年12月11日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=11364

我國首座深水電力引水隧道貫通

隨著最后一根高12米、重17噸的鋼質(zhì)取水管在深達22米的長江底部焊接成功，我國首座深水電力引水項目——江蘇常熟電廠引水隧道8日全面貫通。這一隧道工程整體偏差僅7厘米，標志著我國復(fù)雜地質(zhì)條件下特殊結(jié)構(gòu)引水隧道的設(shè)計、施工與科研取得重大突破。

位于長江下游徐六涇河交匯處南段的江蘇常熟電廠引水隧道工程，在我國水下隧道建設(shè)中首次采用了“下插式”取水立管施工新技術(shù)，由循環(huán)水泵房、取水隧道和取水立管系統(tǒng)組成。采用盾構(gòu)機施工的2座內(nèi)徑4．2米、全長約1900米的取水隧道，最深處距長江水面26米。

盾構(gòu)機先后穿越長江大堤和多條錯綜復(fù)雜地段，富含沼氣、上軟下硬的地層、流沙土等多種不良地質(zhì)。地質(zhì)條件之異常復(fù)雜，施工技術(shù)難度之大，工程風(fēng)險之高，在我國水下引水隧道建設(shè)中極為罕見。

在水下22米至26米深處的隧道頂部安裝取水口，是把長江水引進電廠的重點控制環(huán)節(jié)。其中，3個取水口在外部護筒安裝施工中，液壓振動錘最高要產(chǎn)生520噸的沖擊力，才能把重55噸、直徑3．5米、高27米的鋼護筒打入江底的土層中，與隧道拱頂預(yù)留的開孔口對接。況且，取水立管處于長江中心的深水區(qū)，不僅水下壓力大，而且要防止卵石、塊片石、流砂等沖積物的影響，在這種條件下確保對接無誤可以說是一項巨大挑戰(zhàn)。

引水隧道工程的貫通，為電廠2臺100萬千瓦機組按期發(fā)電創(chuàng)造了有利條件。整個擴建工程在2014年1月底全面投產(chǎn)后，將使電廠總裝機容量從120萬千瓦躍升到320萬千瓦，大大緩解江蘇電網(wǎng)供電緊張狀況，為長三角地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展提供有力保障。

來源：新華網(wǎng)中國水力發(fā)電工程學(xué)會網(wǎng)2013年12月9日

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=11321

“十二五”重點項目陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能電站可研報告通過國家審查

近日，受國家能源局委托，水規(guī)總院會同陜西省發(fā)改委召開了陜西鎮(zhèn)安抽水蓄能可行性研究報告審查會議。國家電網(wǎng)公司、省級相關(guān)部門、商洛市、鎮(zhèn)安縣和項目建設(shè)單位國網(wǎng)新源控股公司有關(guān)人員參加了會議。

審查會期間，水規(guī)總院專家組查勘了鎮(zhèn)安抽水蓄能電站場址，并就可研報告中工程地質(zhì)、工程布置、征地移民、環(huán)境保護等專題進行了討論和審議，出具了相關(guān)審查意見。鎮(zhèn)安抽水蓄能電站已列入國家“十二五”規(guī)劃重點建設(shè)項目，電站裝機140萬千瓦，投資90億元，是陜西省規(guī)模最大的水電工程，也是西北地區(qū)第一個取得國家“路條”的抽水蓄能電站項目。電站對于增強陜西電網(wǎng)調(diào)峰能力，確保關(guān)中電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行具有重要意義。此次項目可研報告通過國家審查，標志著電站前期工作取得重大突破，已具備上報國家核準條件，為項目爭取早日開工建設(shè)奠定了良好基礎(chǔ)。

來源：陜西省發(fā)改委中國水力發(fā)電工程學(xué)會網(wǎng)

http://www.hydropower.org.cn/showNewsDetail.asp?nsId=11287

RealizationMethodofSluiceUnderflowEnergyDissipationStillingbasinThree-dimensionalDesignTwo-dimensionalDrawingProduction

NIU Li-jun, ZHU Dong-fang, WANG Peng

(NorthChinaUniversityofWaterConservancyandHydropower,Zhengzhou450001,China)

Two-dimensional design is mostly adopted in design of water industry currently. It has many drawbacks. Three-dimensional design is very important for project construction. Utilization of Visual Basic for Applications(VBA) programming tool for achieving 3D design and 2D drawing production in sluice underflow energy dissipation stilling basin is introduced according to SL 265-2001 ‘Sluice Design Specifications’ in the paper.

sluice underflow energy dissipation; three-dimensional design; realization method

TV672

A

1673-8241(2014)1-0062-04