《水电站》是农业水利工程专业的必修课程, 其目的是要求学生初步掌握水电站的基本理论和规划设计的基本方法。《水电站》课程设计则是基于课程教学, 为学生提供一个实践平台, 指导学生运用所学理论知识进行小型水电站设计的实践阶段;是加强师生间交流弥补教学不足的阶段;是培养学生综合知识运用能力的阶段。在教学实践中, 笔者通过《水电站》课程设计的辅导实践, 总结了学生在绘制图纸和撰写设计说明书时, 容易产生的问题, 并认为其中一些问题值得引起注意, 在以后的课程设计和授课当中, 应该加强这些问题的讲解, 以避免此类错误发生, 最终达到提高课程设计质量的目的。
1 图纸存在的问题
提交图样是否齐全;图例、说明、线条、数字标注是否符合规范并表达正确、完整, 是考核工程图纸质量的主要指标。在学生提交的设计图纸中, 常见的问题主要表现在以下几方面。
(1) 线条绘制不规范。
在绘制工程图纸时, 为了表示图中的不同的内容, 并且能够分清主次, 应使用不同的线型 (如:实线、虚线、点划线、折断线、波浪线等) 和不同粗细的线条 (粗线中粗线、细线等来加以区分。但课程设计当中, 学生很容易忽略这点。如:图面全用一种线条, 主次不分;本应绘制成虚线的电缆沟和排水沟常被绘制成实线等问题, 这都会造成读者的误解。
(2) 尺寸线标注不规范。
尺寸线标注形式较多, 画法也有不同要求。对于一套图纸而言, 应保证尺寸线标注形式的一致性。在学生提交的设计图纸中, 有的图用箭头形式, 有的图用短划线, 或一张图有不同的标注形式;其次就是字体大小不一、线型粗细不均匀等现象。
(3) 符号标注不准确。
工程图纸中, 不同的符号代表不同的功能或内涵。由于学生很少有机会接触实际工程的工程图纸, 所以对工程图纸的符号不熟悉读图能力较差, 且规范意识不强。最终, 这些薄弱环节就反映在制图上。如:渠道断面图中的土壤符号绘制成岩石符号, 混凝土符号绘制成沙砾石的符号。
(4) 图例、说明、线条标注不全。
为了增强图纸的可读性及完整性, 一些工程图纸中通常要根据要求绘制指北针、水电站的引水方向等符号, 并列出相关技术参数和说明。但学生通常领会不到符号和说明的重要性, 常出现符号、说明不全的情况, 或者是设计说明书中有的设计内容, 在图纸上未反映出来。
(5) 平面图和剖面图不相配合。
施工图的关键是平面图、剖面图之间图示的内容要保证完全一致, 并相互补充。学生在绘图时常犯的错误是:水电站厂房平面图与剖面图线条的不对应。如:如平面图上有个侧窗, 而立面图却没有画出;尾水渠的立面图上有闸门, 而平面图相应部位却没有显示等等。此外, 各图所注的标高、尺寸、轴线也是容易出错的地方, 应当引起注意。
(6) 缺乏水电站平面布置的系统认识。
平面布置图是反映水工建筑物之间关系的图纸, 如何处理好这些建筑物之间的关系, 使它们形成一个有机的整体, 以发挥其最大的效能, 是平面布置的主要目的。因此, 平面布置是考核学生综合知识运用能力的一个重要环节。但学生在做课程设计时, 已经遗忘了很多相关知识, 又没有任何实践积累, 所以, 在刚拿到地形图时, 常常不知如何处理各建筑之间的关系。比较容易出现问题的是一些结构复杂的部位, 如:渠道与前池的陡坡段连接不平顺;布置在前池的排沙、排冰和泄水设施不能综合利用等问题。
2 设计说明书存在的问题
设计说明书是论述水电站设计的理论依据, 而图纸则是这些理论的体现, 如果理论依据不足或发生错误, 将导致图纸上的错误, 或整个工程的失败。在学生提交的设计成果中, 设计说明书的问题比图纸问题相对较少。这主要因为:各种计算只要找到相似的参考算例, 就不会出现明显的错误。但是, 一旦设计条件发生改变, 学生很难识别, 或难以做出正确的处理。其中, 以下几方面值得注意:
(1) 水电站毛水头和机组设计水头易发生混淆。
课程设计中, 通常告知某区域的电量需求, 要求学生根据提供的地形图确定引水渠、前池、尾水渠的位置及特征高程, 以保证水电站的设计水头能满足机组供电需求。但在设计当中, 学生比较容易混淆“毛水头”和“净水头”这两个概念, 会用毛水头作为水电站装机容量计算和机组选型的参数, 最后的设计结果, 将导致水电站达不到设计工况。而理论上, “毛水头”和“净水头”应存在以下关系:
水电站的毛水头=“压力前池正常设计水位-尾水渠设计水位”。
水电站的净水头=机组的设计水头=“毛水头— (沿程水头损失+局部水头损失) ”。
(2) 确定压力钢管的厚度时, 设计水头未计入水锤压力。
压力钢管所承担的荷载主要是内水压力。确定压力钢管的厚度时, 设计压力水头不应采用静水头, 而应考虑水电站的最不利工况来进行确定, 即压力管道末端阀门瞬间关闭, 发生最大水锤压力时, 压力管道所产生的动水压力, 并且应和调保计算结合。否则, 由静水压力确定的钢管厚度将达不到强度要求。但部分学生在进行设计时, 用静水压力进行钢管厚度的计算, 或者钢管厚度计算和调保计算独立进行, 不能有机结合, 这势必导致计算结果的错误。
(3) 确定镇墩尺寸时, 力的组合出现错误。
为了保证压力管道不产生轴向位移, 通常要在压力管道进、出口或变坡处分别设置镇墩以防止管道产生位移, 而镇墩的体积常常决定管道的稳定要求。所以, 要对镇墩的细部结构进行设计。镇墩尺寸的计算应按水管充水、放空、温深、温降、镇墩所处的位置等可能情况定出各力的最不利组合来进行设计。在授课当中, 曾举过上镇墩尺寸的计算算例, 而课程设计仅要求计算下镇墩的尺寸。此时, 设计条件已发生改变, 而有的同学仍然按上镇墩的受力方式计算, 没有计入作用在压力管道末端阀门上的作用力, 从而导致计算错误。
以上列举的问题虽属细微末节, 但影响设计成果的优劣。它不仅反映了课程设计中存在的问题, 也反映了授课过程的不足, 为教师的授课提供了经验和教训。在以后的教学当中, 教师应该针对学生易犯的错误进行充分讲解, 以保证学生对这些基本理论知识的正确理解和掌握。当然, 课程设计改革是个不断探索、不断优化的过程, 文中解析的问题, 只是特定时期、特定环境下产生的问题。随着教学改革的推进, 课程设计的内容和学生的知识结构都将不断优化, 课程设计的模式会逐步完善, 文中提到的问题也将逐一解决。
摘要：笔者通过《水电站》课程设计的辅导实践, 总结了学生在绘制图纸和撰写设计说明书时, 容易产生的问题, 并对相关问题进行分析与探讨, 为以后的课程设计教学积累经验。
关键词：水电站,课程设计,常见问题,探讨