[科普中国]-水电站计算机辅助设计

简介

水电站计算机辅助设计是指设计人员使用以电子计算机为主的专门系统辅助完成水电站设计的技术，简称水电站CAD2。

发展简史CAD技术的产生和发展迄今只有大约30年时间3。20世纪60年代初期，随着计算机硬件和计算机技术的发展,CAD技术才开始起步。最初它只是在飞机、汽车制造方面和电气线路设计方面做一些外形设计和制图等工作。随着软件的发展，CAb技术又深入到分析计算和优化、决策等方面，并能输出设计文件和图纸，同时其应用范围也已扩展到土木，建筑和水电工程方面。20世纪70年代初期，美国推出集成土木工程系统软件(ICES），1972年英国推出工程系统应用软件(GENESYS)，使CAD技术在土木、建筑方面应用更为广泛，70年代后期，美国垦务局(United States Bureau of Reciarnation, USBR)，加拿大不列颠哥伦比亚水电局(British Columbia Hydropower Authority, BC Hydro )等单位都逐步开展CAD技术在水电工程中的应用。中国的水电站CAD工作则是1984年开始陆续引进了一些小型微机和工作站之后才起步的，起初只是在微机上将Auto CAD等软件应用于电气和建筑。1986年后陆续开发了厂房、大坝和闸门等方面的CAD软件，到1992年1月，全国水电设计系统已完成12个应用于水电站各专业的CAD软件，大大提高了相应设计工作的效率，如中南勘测设计研究院开发的拱坝CAD系统，可用于水电工程的可行性设计和初步设计工作中，节省人力，投资和时间，提高工作效率约15倍。

水电站CAD计算机系统的分类水电站CAD所使用的计算机系统，由硬件和软件两部分组成3。

硬件部分硬件部分包括主机、图形设备、输入设备和输出设备。其中主机多为工作站或个人机(PC机)，由于CAD系统要进行大量计算工作和图形处理工作，因此要求大容量存储，高速运算和图形处理的功能以及较强的通信功能。图形设备包括高分辨率的显示器和一些专用硬设备，如字符产生器、矢量发生器、图形档案存储器等;输入设备有带光笔的图形显示器、数字化仪、图形输入器、键盘和鼠标等;输出设备有打印机、绘图仪等。

软件部分软件部分包括计算称系统软件，CAD支撑软件和CAD应用软件，其中计算机系统软件包括操作系统、语言处理系统和服务性软件。用户通过它们才能充分而有效地使用计算机的各种资源并发挥它的功能。CAD支撑软件能使用户方便地运行CAD程序。CAD支撑软件包括CAD管理程序，二维或三维图形处理软件包，向用户提供的操作级语言，数据库管理程序和计算机模拟程序等。常用的个人微机上的Auto CAD系统就是这种支撑软件之一。CAD应用软件是设计人员利用计算机和相应的系统软件所编制的用来直接解决实际问题的软件。如天津勘测设计院所编制的厂房CAD就是用于水电站厂房设计的CAD应用软件。

水电站CAD软件的类型(1）水电站CAD软件系统按其使用方式可分为:检索型系统、计算型系统和人机交互型系统三类2。

检索型系统是预先把某些定型工程的图纸，典型设计和标准及加工用的信息存入数据库(Data Base) ,当用户需要某种设计方案时可输入一些参数，本系统便会选出相应的或近似的标准规格图纸，再通过一系列类比，选择或少量修改便可得到所需的或接近所需的设计方案、它的特点是生成图纸较快。

计算型系统重点是由技术和经济两方面考虑设计优化，第一步进行计算分析，如大坝应力分析，一般采用有限元法、试载荷法或其他方法。第二步再根据应力条件、安全系数、大坝体积等因素进行经济和其他性能指标的分析并进行优选或用数学方法优化，以获得满意结果。此外，此系统在计算开始之前可自动生成几何模型并剖分网格形成输入文件，在计算完成之后可自动把结果用图形显示出来，必要时由绘图机输出设计图纸和设计文件。

人机交互型系统是当给定设计参数后，它便产生一个初步的设计图形，设计人员可用键盘、鼠标、显示器和数字化仪等设施对此图形进行修改，补充来逐步完菩。此系统应有一个易学易用的对话语言，同时在显示器的屏幕上不断给出各种操作名称与其功能的提示(俗称菜单)。人们可选择菜单上的操作来修改或补充设计图形，直到满足或接近设计的要求条件。它的优点是在工作中可充分发挥设计人员的才智。

以上三种类型系统的界限不是绝对的，它们既有各自的特色，又是相互交叉渗透的。

(2)水电站CAD软件系统，按其软件结构之不同又可分为单功能CAD系统、基于元件管理方式的多功能CAD系统和墓于工程数据库技术的集成化CAD系统三类。

单功能CAD系统是只完成单一任务的CAD系统。如西北勘测设计研究院的混凝土坝施工详图CAD就是这种单功能CAD系统。

基于文件管理方式的多功能CAD系统是由许多单功能CAD系统通过文件管理方式联接起来所构成的统一系统，它可保证数据和各阶段成果的一致性和完整性，并有较高的效率。

基于工程数据库技术的集成化CAD系统是以工程数据库为核心的具有层次结构的系统，由于数据占用空间大大减少，数据结构合理，所以有更高的效率和可靠性。