摘 要：筆者通過(guò)雙曲拱壩的幾何特點(diǎn)，打破了傳統(tǒng)的方法，利用Excel編程和Autocad三維建模的強(qiáng)大功能，詳細(xì)介紹了小灣水電站雙曲拱壩工程量的計(jì)算方法，通過(guò)此方法解決了實(shí)際問(wèn)題，提高了工作效率，供同行與讀者在實(shí)際工作中參考應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Excel；Autocad；雙曲拱壩；立體圖；工程量

1 工程概述

小灣水電站位于云南省西部瀾滄江中游河段，系瀾滄江中下游河段規(guī)劃八個(gè)梯級(jí)電站中的第二級(jí)。小灣水電站是以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉和庫(kù)區(qū)水運(yùn)等綜合效益的水利樞紐?？値?kù)容151億立方米，有效庫(kù)容99億立方米，庫(kù)容系數(shù)0.26，屬不完全多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站總裝機(jī)容量4200MW，年發(fā)電量189億千瓦·時(shí)。小灣地區(qū)的地震烈度主要受外圍與紅河斷裂、瀾滄江斷裂和南汀河斷裂有關(guān)的三個(gè)地震危險(xiǎn)區(qū)地震的影響，其地震基本烈度為Ⅷ度，地面峰值加速度為0.308g。攔河大壩采用混凝土雙曲拱壩，最大壩高292m，為目前世界上擬建中的最高拱壩（見(jiàn)圖1）。泄洪消能建筑物由壩身5個(gè)開(kāi)敞式表孔溢洪道、6個(gè)中孔泄水孔、2個(gè)放空底孔、左岸2條泄洪洞組成，壩后設(shè)水墊塘和二道壩。設(shè)計(jì)泄洪流量15666m3/s，校核泄洪流量20683m3/s，相應(yīng)下泄功率46000MW，泄洪消能問(wèn)題突出，屬同類壩型當(dāng)今世界之最。引水發(fā)電系統(tǒng)位于右岸，由豎井式進(jìn)水口、埋藏式壓力管道、地下廠房、主變開(kāi)關(guān)室、尾水調(diào)壓室和尾水隧洞等建筑物組成。壓力管道內(nèi)徑9.6m，地下廠房安裝6臺(tái)700MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，長(zhǎng)326m，寬29.5m，最大高度65.5m。

2 工程計(jì)量存在的問(wèn)題

小灣水電站主壩為平面拱圈按中心線等厚變化的拋物線型雙曲拱壩，其厚度在不同高程面上是不相同的，即使在同一高程面的不同點(diǎn)上，其厚度也是變化的。下面對(duì)小灣水電站做一下簡(jiǎn)要概述，其最大壩高292m，壩頂中心線弧長(zhǎng)892.79m，從右到左總共有43個(gè)壩段，左右岸參數(shù)不對(duì)稱，幾何形狀復(fù)雜，施工工序繁重多，其工程量的計(jì)量尤為主要，在施工過(guò)程中，不但要計(jì)算其各個(gè)壩段的月砼澆筑量，還要在工程完工后計(jì)算其總的砼量，再加上拱壩體內(nèi)有各種形式的廊道、預(yù)留孔洞及滿足各種功能的泄水建筑物，如（放空底孔、導(dǎo)流中孔等），由于各自功能的不同，其在壩體上的位置和體形各有差別，如果用傳統(tǒng)繪制斷面的方法，計(jì)算各個(gè)斷面的面積，計(jì)算其工程量，不但工程量大，其效率也低，而且個(gè)別地方有遺漏，不能獲取正確數(shù)據(jù)。

3 工程計(jì)量實(shí)踐

由于采用傳統(tǒng)的繪制斷面的方法計(jì)算工程量存在缺陷，為了提高工作效率，對(duì)工程計(jì)量結(jié)算提供可靠的計(jì)量依據(jù)，我們采取了以下的新方法計(jì)算工程量。

3.1 數(shù)學(xué)模型

3.2 工程計(jì)量方法

通過(guò)Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，利用Autocad軟件的強(qiáng)大功能繪制三維立體圖，再繪制出壩體附加的單元塊，利用Auto cad差集命令，減去壩體內(nèi)的實(shí)體（如廊道）；利用Auto cad并集功能，加上壩體外的實(shí)體（如導(dǎo)流中孔的上、下游牛腿和上、下游貼角），再把三者合并為一個(gè)整體，沿壩段分縫線縱向切開(kāi)，再對(duì)其實(shí)體進(jìn)行水平剖切，對(duì)其有用部分求其體積，就可以分層、分段計(jì)算出其工程量。其具體操作方法如下所示：

步驟1： 在Microsoft excel中編制程序，程序見(jiàn)表1，在（附表1）L2單元格中輸入所要計(jì)算截面高程，在V列和Y列中就能分別自動(dòng)計(jì)算出右拱圈上、下游面的坐標(biāo)值，然后把生成的上、游拱圈線的坐標(biāo)分別進(jìn)行“復(fù)制”。

步驟2：在Auto cad中用命令或快捷鍵繪制多段線，在命令行中輸入命令后，彈右鍵"粘貼"數(shù)據(jù)，即可自動(dòng)生成在此高程面上的上、下游拱圈線，再用同樣的方法繪制另一鄰近高程面上的拱圈線，可以一次繪制多條，其高程方向上的間距為5～10米。

步驟3：把上下游結(jié)構(gòu)線與橫縫線組合成一個(gè)閉合的平面圖形，或者用“PEDIT”命令進(jìn)行連接，使同一高程面上的線閉合，在屬性中修改標(biāo)高，通過(guò)“放樣”功能，繪制出兩相鄰高程面的立體圖。

步驟4：沿分縫線把生成的立體圖縱向進(jìn)行“剖切”就可以得到各壩段的立體圖。然后按設(shè)計(jì)坐標(biāo)繪制壩體附加單元（牛腿、貼角、廊道等），重復(fù)上述的操作，最后組合成一個(gè)整體，就可以計(jì)算出壩體工程量。在進(jìn)行以上的操作時(shí)，可以繪制多個(gè)平切面，進(jìn)行一次放樣，最好分別建立圖層，不同部位分層繪制，編輯較方便，其部分立體圖效果展示如（圖2、圖3、圖4、圖5）所示。

另外，還有一部分工程量沒(méi)有計(jì)入，那就是從基巖面至壩段成型（上、下、左、右結(jié)構(gòu)線全部出來(lái)）這段工程量，這些工程量，通過(guò)外業(yè)采集地形數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)從儀器儲(chǔ)存卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，在電子表格中，編輯完成后，另存為“文件名.DAT”格式的文件，用“南方CASS”軟件展點(diǎn)、勾出等高線，用先出現(xiàn)的橫縫線，組合成閉合的圖形，求其面積，計(jì)算其這段的方量，一壩段的所有工程量就全部計(jì)算完成了。

表1 Excel編程數(shù)據(jù)計(jì)算表

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者在小灣水電站工程建設(shè)中應(yīng)用Excel和Autocad三維建模方法計(jì)算工程量，解決了工程量計(jì)算中存在的問(wèn)題，此方法能不但提高了工程計(jì)量的準(zhǔn)確度，而且質(zhì)量檢查和應(yīng)用極為方便，可以對(duì)計(jì)量范圍內(nèi)的任何部位，按不同的計(jì)量深度要求，做出準(zhǔn)確，快速的結(jié)果，大大提高工作效率。通過(guò)實(shí)踐證明此方法是成功可靠的，具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，在同類工程建設(shè)中具有推廣價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：蘇永東（1970，4-），男，甘肅永靖人，工程師，長(zhǎng)期從事水利水電施工測(cè)量工作。工作單位：中國(guó)水利水電第四工程局有限公司。