水電站計算機輔助設計是指設計人員使用以電子計算機為主的專門系統輔助完成水電站設計的技術，簡稱水電站CAD。
基本介紹
- 中文名：水電站計算機輔助設計
- 外文名：computer aided design for hydropower station
- 簡稱：水電站CAD
- 作用：輔助設計
- 學科：水利水電
- 領域：工程技術
發展簡史,水電站CAD計算機系統的分類,硬體部分,軟體部分,水電站CAD軟體的類型,
發展簡史
CAD技術的產生和發展迄今只有大約30年時間。20世紀60年代初期，隨著計算機硬體和計算機技術的發展,CAD技術才開始起步。最初它只是在飛機、汽車製造方面和電氣線路設計方面做一些外形設計和製圖等工作。隨著軟體的發展，CAb技術又深入到分析計算和最佳化、決策等方面，並能輸出設計檔案和圖紙，同時其套用範圍也已擴展到土木，建築和水電工程方面。20世紀70年代初期，美國推出集成土木工程系統軟體(ICES），1972年英國推出工程系統套用軟體(GENESYS)，使CAD技術在土木、建築方面套用更為廣泛，70年代後期，美國墾務局(United States Bureau of Reciarnation, USBR)，加拿大不列顛哥倫比亞水電局(British Columbia Hydropower Authority, BC Hydro )等單位都逐步開展CAD技術在水電工程中的套用。中國的水電站CAD工作則是1984年開始陸續引進了一些小型微機和工作站之後才起步的，起初只是在微機上將Auto CAD等軟體套用於電氣和建築。1986年後陸續開發了廠房、大壩和閘門等方面的CAD軟體，到1992年1月，全國水電設計系統已完成12個套用於水電站各專業的CAD軟體，大大提高了相應設計工作的效率，如中南勘測設計研究院開發的拱壩CAD系統，可用於水電工程的可行性設計和初步設計工作中，節省人力，投資和時間，提高工作效率約15倍。
水電站CAD計算機系統的分類
水電站CAD所使用的計算機系統，由硬體和軟體兩部分組成。
硬體部分
硬體部分包括主機、圖形設備、輸入設備和輸出設備。其中主機多為工作站或個人機(PC機)，由於CAD系統要進行大量計算工作和圖形處理工作，因此要求大容量存儲，高速運算和圖形處理的功能以及較強的通信功能。圖形設備包括高解析度的顯示器和一些專用硬設備，如字元產生器、矢量發生器、圖形檔案存儲器等;輸入設備有帶光筆的圖形顯示器、數位化儀、圖形輸入器、鍵盤和滑鼠等;輸出設備有印表機、繪圖儀等。
軟體部分
軟體部分包括計算稱系統軟體，CAD支撐軟體和CAD套用軟體，其中計算機系統軟體包括作業系統、語言處理系統和服務性軟體。用戶通過它們才能充分而有效地使用計算機的各種資源並發揮它的功能。CAD支撐軟體能使用戶方便地運行CAD程式。CAD支撐軟體包括CAD管理程式，二維或三維圖形處理軟體包，向用戶提供的操作級語言，資料庫管理程式和計算機模擬程式等。常用的個人微機上的Auto CAD系統就是這種支撐軟體之一。CAD套用軟體是設計人員利用計算機和相應的系統軟體所編制的用來直接解決實際問題的軟體。如天津勘測設計院所編制的廠房CAD就是用於水電站廠房設計的CAD套用軟體。
水電站CAD軟體的類型
（1）水電站CAD軟體系統按其使用方式可分為:檢索型系統、計算型系統和人機互動型系統三類。
檢索型系統是預先把某些定型工程的圖紙，典型設計和標準及加工用的信息存入資料庫(Data Base) ,當用戶需要某種設計方案時可輸入一些參數，本系統便會選出相應的或近似的標準規格圖紙，再通過一系列類比，選擇或少量修改便可得到所需的或接近所需的設計方案、它的特點是生成圖紙較快。
計算型系統重點是由技術和經濟兩方面考慮設計最佳化，第一步進行計算分析，如大壩應力分析，一般採用有限元法、試載荷法或其他方法。第二步再根據應力條件、安全係數、大壩體積等因素進行經濟和其他性能指標的分析並進行優選或用數學方法最佳化，以獲得滿意結果。此外，此系統在計算開始之前可自動生成幾何模型並剖分格線形成輸入檔案，在計算完成之後可自動把結果用圖形顯示出來，必要時由繪圖機輸出設計圖紙和設計檔案。
人機互動型系統是當給定設計參數後，它便產生一個初步的設計圖形，設計人員可用鍵盤、滑鼠、顯示器和數位化儀等設施對此圖形進行修改，補充來逐步完菩。此系統應有一個易學易用的對話語言，同時在顯示器的螢幕上不斷給出各種操作名稱與其功能的提示(俗稱選單)。人們可選擇選單上的操作來修改或補充設計圖形，直到滿足或接近設計的要求條件。它的優點是在工作中可充分發揮設計人員的才智。
以上三種類型系統的界限不是絕對的，它們既有各自的特色，又是相互交叉滲透的。
(2)水電站CAD軟體系統，按其軟體結構之不同又可分為單功能CAD系統、基於元件管理方式的多功能CAD系統和墓於工程資料庫技術的集成化CAD系統三類。
單功能CAD系統是只完成單一任務的CAD系統。如西北勘測設計研究院的混凝土壩施工詳圖CAD就是這種單功能CAD系統。
基於檔案管理方式的多功能CAD系統是由許多單功能CAD系統通過檔案管理方式聯接起來所構成的統一系統，它可保證數據和各階段成果的一致性和完整性，並有較高的效率。
基於工程資料庫技術的集成化CAD系統是以工程資料庫為核心的具有層次結構的系統，由於數據占用空間大大減少，數據結構合理，所以有更高的效率和可靠性。
