Excel與Autocad 在小灣水電站雙曲拱壩砼澆筑工程量計算中的應用

摘 要：筆者通過雙曲拱壩的幾何特點，打破了傳統的方法，利用Excel編程和Autocad三維建模的強大功能，詳細介紹了小灣水電站雙曲拱壩工程量的計算方法，通過此方法解決了實際問題，提高了工作效率，供同行與讀者在實際工作中參考應用。

關鍵詞：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劃八個梯級電站中的第二級。小灣水電站是以發電為主，兼有防洪、灌溉和庫區水運等綜合效益的水利樞紐。總庫容151億立方米，有效庫容99億立方米，庫容系數0.26，屬不完全多年調節水庫。電站總裝機容量4200MW，年發電量189億千瓦·時。小灣地區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的三個地震危險區地震的影響，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（見圖1）。泄洪消能建筑物由壩身5個開敞式表孔溢洪道、6個中孔泄水孔、2個放空底孔、左岸2條泄洪洞組成，壩后設水墊塘和二道壩。設計泄洪流量15666m3/s，校核泄洪流量20683m3/s，相應下泄功率46000MW，泄洪消能問題突出，屬同類壩型當今世界之最。引水發電系統位于右岸，由豎井式進水口、埋藏式壓力管道、地下廠房、主變開關室、尾水調壓室和尾水隧洞等建筑物組成。壓力管道內徑9.6m，地下廠房安裝6臺700MW混流式水輪發電機組，長326m，寬29.5m，最大高度65.5m。

2 工程計量存在的問題

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上，其厚度也是變化的。下面對小灣水電站做一下簡要概述，其最大壩高292m，壩頂中心線弧長892.79m，從右到左總共有43個壩段，左右岸參數不對稱，幾何形狀復雜，施工工序繁重多，其工程量的計量尤為主要，在施工過程中，不但要計算其各個壩段的月砼澆筑量，還要在工程完工后計算其總的砼量，再加上拱壩體內有各種形式的廊道、預留孔洞及滿足各種功能的泄水建筑物，如（放空底孔、導流中孔等），由于各自功能的不同，其在壩體上的位置和體形各有差別，如果用傳統繪制斷面的方法，計算各個斷面的面積，計算其工程量，不但工程量大，其效率也低，而且個別地方有遺漏，不能獲取正確數據。

3 工程計量實踐

由于采用傳統的繪制斷面的方法計算工程量存在缺陷，為了提高工作效率，對工程計量結算提供可靠的計量依據，我們采取了以下的新方法計算工程量。

3.1 數學模型

3.2 工程計量方法

通過Excel進行數據預處理，利用Autocad軟件的強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，減去壩體內的實體（如廊道）；利用Auto cad并集功能，加上壩體外的實體（如導流中孔的上、下游牛腿和上、下游貼角），再把三者合并為一個整體，沿壩段分縫線縱向切開，再對其實體進行水平剖切，對其有用部分求其體積，就可以分層、分段計算出其工程量。其具體操作方法如下所示：

步驟1： 在Microsoft excel中編制程序，程序見表1，在（附表1）L2單元格中輸入所要計算截面高程，在V列和Y列中就能分別自動計算出右拱圈上、下游面的坐標值，然后把生成的上、游拱圈線的坐標分別進行“復制”。

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"數據，即可自動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：把上下游結構線與橫縫線組合成一個閉合的平面圖形，或者用“PEDIT”命令進行連接，使同一高程面上的線閉合，在屬性中修改標高，通過“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行“剖切”就可以得到各壩段的立體圖。然后按設計坐標繪制壩體附加單元（牛腿、貼角、廊道等），重復上述的操作，最后組合成一個整體，就可以計算出壩體工程量。在進行以上的操作時，可以繪制多個平切面，進行一次放樣，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有計入，那就是從基巖面至壩段成型（上、下、左、右結構線全部出來）這段工程量，這些工程量，通過外業采集地形數據，把數據從儀器儲存卡傳輸到計算機，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、勾出等高線，用先出現的橫縫線，組合成閉合的圖形，求其面積，計算其這段的方量，一壩段的所有工程量就全部計算完成了。

表1 Excel編程數據計算表

4 結束語

筆者在小灣水電站工程建設中應用Excel和Autocad三維建模方法計算工程量，解決了工程量計算中存在的問題，此方法能不但提高了工程計量的準確度，而且質量檢查和應用極為方便，可以對計量范圍內的任何部位，按不同的計量深度要求，做出準確，快速的結果，大大提高工作效率。通過實踐證明此方法是成功可靠的，具有經濟性和實用性，在同類工程建設中具有推廣價值。

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