三维设计在水利水电工程专业教学中思想改革探析.doc

三维设计在水利水电工程专业教学中思想改革探析人在设计时的原始冲动是三维的，设计成果是有颜色、形 状、材料、尺寸、位置、复杂运动关系等关联概念的三维实体但传统的水电行业设计工作是从三维到二维,再从二维 到三维的过程，这种设计方式对设计工程师和施工者都提出 了一定的要求：设计者将原始的三维设计概念和思想抽象成 相关联的平面三向视图并以二维平面图的形式来展示，这种 设计方式往往难以完全表达设计者的原始设计思想，出现差错和缺漏这种三维到二维的设计过程往往受到工程师的空间想象力和基本制图技能的限制；施工者又要将平面信息想 象成三维的形体才可以进行施工，设计者和施工者之间表达 和理解的差异往往也带来了差错这种二维到三维的施工过 程中，绘图、读图都要经过专门训练的人来进行而三维设 计则可以完全避免这种"三维——二维——三维”的繁冗过 程根据三维设计概念直接进行三维设计，从而输出的三维 设计成果可以非常直观和完整得表达设计师的设计思想只 有三维设计才能完成思维过程与设计过程的统一，才是真正 意义上的CADo对于初学者本科生而言有相关的设计经验，他们只能靠老师的讲解和自己的大脑进 行想象然而，这种最初的三维图形很难在其大脑中形成， 那么由三维到二位，再由二位到三维的设计思想也很难形 成，从而导致学生在学习过程中无法提高兴趣。

对于工科本 科生来说，CAD教学的目标不仅要使学生学会看图，还要学 会作图，从而提高其应用能力一、二维设计的弊端 传统的CAD教学模式是在基于二维投影及表达的层次上进行的，无论是手工绘图还是计算机绘图都是以投影方式 绘出的二维图形对于复杂结构而言，只能通过零部件各个 视图来表现其结构特征，然而各个视图之间的处理缺乏整体 性，需要识图者同时对比各个视图，从三维的概念建立不同 视图之间的联系，从而确定结构的三维特征这就要求识图 者要有一定的经验知识对于学生而言，由于无法建立实际建筑物三维概念，从 二维到三维或三维到二位的思维过程转变非常困难以往教 师的教学手段主要是依靠模型或者形体的轴测图，这样不但 花费大量的课堂时间，大大降低了课堂容量，而且不是太真 切、形象所以，教学效果不是太理想因此，大部分同学 将CAD课程作为一门计算机操作课来应付，也就失去了对 课程的学习兴趣因而，教师很难调动他们的学习积极性， 更谈不上培养他们的创新能力在产品设计的全过程中，原始构思是三维实体形象，实 施的结果是三维实体，而将这两者联系在一起的设计过程却 是二维图形表达，这样无形中就增加了一个复杂的环节，而 且对于学生而言，这个环节往往是最难实现的过程，只有经 过专门的训练才能掌握这种表达和读图的方法。

二、三维设计教学体系1 •以三维实体造型提高学生空间把握能力结合三维CAD设计软件，将三维实体造型概念引入教 学，以三维实体设计为主线，三维实体表达方法和三维工程 图表达方法并重，加强三维形体的想象、构形、分析，表达 能力及三维形体和二维图样相瓦转化的能力的培养作为初学者的学生，没有实践的锻炼，头脑中的立体概 念比较少因而，在投影理论的学习中会感到吃力，往往想 象不岀实体的形状针对这种情况，在教学过程中，直接从 “体”入手，强化学生对空间实体的理解与把握，建立其空间 感觉，训练学生的空间想象能力首先，在CIVIL3D中进行各种基本体的建模训练让学 生在三维环境下，从不同角度观察各种基本的形态特征通 过实体的绘制与观察，加强学生的立体概念学生在观看实 体模型的过程中，头脑中不断积累立体的表象，表象积累多 了,空间感性知识就增强了，想象空间形体的形状就变得容 易起来通过基本的建模训练，使学生对空间有个初步的了 解，掌握各种基本的空间形态特征，及其线而情况其次，在CIVIL3D中进行组合体的模型训练在此，把 组合体分成叠加组合体和切割组合体两部分来训练，以包含 不同的制图知识进行讲解，将深奥的理论融入实体绘制过程 当中。

2三维到二维投影方法在学生对三维实体有了良好的空间感觉以后，我们反过 来由“体”抽取点、线，面来讲授投影原理、方法及投影规律通过以上的讲授与训练，基本体的空间形象在学生头脑中已 是十分明朗这时，加入必要的投影基础知识，绘制基本体 的投影是非常轻松的事情熟练绘制基本体投影之后，在基 本体上提取点、线、面，并在相应视图找出相应的投影，以 训练点，线、面的投影规律以及获得点、线、面的投影的方 法由“体”出发分析体、面，线、点的投影及表达方法，直 观性强、便于理解、记忆，有利于增强空间思维能力和构形 能力的培养在此基础上，利用形体分析法和线面分析法综 合训练组合体的投影，以及投影和实体之间的相互转化3 •三维建模贯穿始终 以三维设计软件AUT0CIVIL3D为平台，实现基本表达方案、结构构件以及装配图等内容的讲授在实体建模的过 程中，学生必须充分了解建筑物的各个构件之间的相互关 系，充分掌握结构的空间特性，通过装配，才能够建立三维 模型也可以通过基本构件的几何布尔运算建立三维模型根据建立的三维模型转换成工程图样，通过相应的三维标注 方式，形成符合国标、表达准确而规范的图样，直接以三维 工程图表现结构特征。

引入三维实体造型概念，对培养，发 展和提高学生的牢间想象能力、读图能力及表达能力，有着 传统教学方法无法比拟的强大的辅助功能三、水利水电工程专业三维设计教学培养1 •设计基础 枢纽布置设计工作的基础即根据流域水文气象资料和工程地质条件等，针对各坝线来进行可能的枢纽布置格局方案 的布置与搜索，从而生成多种枢纽布置方案，并得到推荐方 案进行更为详细的设计三维设计下多方案的搜索以信息化 工程设计及管理的理念为依托，通过引入知识库体系来实现 枢纽布置多方案的初拟定结合综合技术经济比较，从而对 各个方案进行优化和比选在过去二维平面的设计方式下， 枢纽布置设计工作效率不高、重复工作量大，难以实现真正 的优化方案，因此需要在三维设计环境下进行枢纽建筑物的 空间布置和设计在实际三维设计流程中，一方面必须能够 顺利读取基础数据（包括原始地形勘测数据和地质勘探数 据），从而建立有效的三维地形、地质工程模型，为结构物 设计提供可靠的地质资料；另一方面需要在考虑水力学和力 学结构要求的情况下，建立典型建筑物（如大坝坝体、溢洪 道等）的三维工程模型在此基础上进行三维开挖和填筑设 计及枢纽布置方案的研究、优化，同时也进行相关结构和水 力分析计算、工程量统计、二维平面图纸输出等。