摘要：水利工程建筑在我国的发展有着悠久的历史，尤其是其中的设计和研究方法更是丰富多样，为水利工程的发展和完善提供了大量科学的手段和依据。
关键词：水工建筑 设计研究 方法
中图分类号：TV222文献标识码：A文章编号：1672-3791(2012)09(c)-0037-01
水利工程建筑在我国的发展有着悠久的历史,尤其是其中的设计和研究方法更是丰富多样,为水利工程的发展和完善提供了大量科学的手段和依据。20世纪至今水利工程在全球发展快速,在建筑的规模上有着大型化发展趋势,工程量越来越大,技术水平的要求和质量要求越来越高,这就要求水利工程建筑在设计上和研究的方法上有新思路、新发展,并且要考虑工程建筑的地理位置、环境变化、温度变化、应用材料、装机容量和设备匹配等等多方面的因素。就其设计与研究方法来看传统的概念分类有理论分析、实验研究、原型观测、工程类比等方法,这些都是在水利工程建筑几千年的发展过程中逐步发展而总结得到的,具有理论与实践想结合的科学发展特性,在目前水利工程建筑在逐步的向高水头、大容量、新材料、新结构方向发展的过程中,势必要求设计与研究方法上要有新突破。下面就水利工程建筑的设计与研究方法论述如下。
1 理论分析的方法
传统的理论分析方法主要是通过运用工程力学、水利学、水文学、土力学、岩土力学、工程结构、工程地质、建筑材料及水利规划、勘测、施工管理等方面的知识,在通过研究分析计算进行,但是目前看不是所有的东西都是能够通过计算得到的,但是随着信息化设备的应用和发展,在这个方面必然带来新的突破和提高[1]。同时在上述各项学科的研究上,要及时的将其新的科研成果应用到分析方法中来,如气候环境的记录和观测数据对水工建筑未来发展的影响,及利用太阳能做环保节能水利建筑,都会使水工建筑大幅度的降低成本,这些都是理论分析方法的新的研究方向。
2 实验研究的方法
目前所谓的实验研究法,是针对水工建筑上的某一问题,因不确定性的出现,根据一定的理论作为基础或假设进行有计划的实践和研究,从而得出一定的科学结论的方法[2]。为了进一步阐明实验研究法,需要搞清假设、常量和变量的概念。研究的问题一旦明确被界定后,就应设立实验研究假设。所谓实验研究假设,就是依据一定的观察事实和水工建筑理论知识,对实验研究的问题提出假定性的看法和说明。其实,研究假设也就是研究问题的暂时答案。因为通过对周围事物的观察后,会产生一些疑问,进而对这些疑问进行思考,假设与定理或结论本没有很大区别,只不过假设是有待证实的定理或结论,定理或结论是已经证实的假设。二者只有程度上的差异,没有性质上的区别。假设是刚开始研究问题时的看法,具有一定的猜测性和假定性,但假设要有一定的科学依据,有一定的事实或理论根据。在水工建筑学科领域一个科学假设,必须能被实验所验证的。如当打开冰箱,冰箱没正常运转时,可能有几种假设:(1)停电。(2)插座接触不良。(3)缺氟利昂。(4)机器损坏。这些假定的每一种都是可以直接检验的。假设的形成要靠科学知识。在水工建筑学科发展中,对同一问题的研究可以出现两种甚至多种不同的假设。这是由于假设所依据的事实材料和科学知识有限或不同,必然会得出不同的假设。已经掌握了一定的科学理论和科学知识,对于水工建筑研究假设的形成有了一定的科学知识作为基础,但有些知识还需要去查阅一些资料或向专家咨询才能得到。在水工建筑学科研究中,我们常用实验验证某一假设。在实验过程中,常常需要涉及两个概念—— 常量和变量。在整个的水利工程建筑的发展历史中,设计和研究方法的实验研究法的作用和贡献非常巨大,实验研究方法主要是对所要进行的水工建筑的各种不明问题进行反复实验研究,比如搭建模型进行力学、物理(包括力学模型和结构模型)实验等,运用实验的结果,来研究水利枢纽的整体和局部在各种不同条件下、环境下的应用和工作状况是否是按预期设想,最终实现应有效果。水工建筑的实验研究方法目前看,是对理论分析方法的一种重要辅助和补充,正因为理论分析的局限性,才应孕而生实验研究的方法,目前实验研究在发达国家广泛应用计算机和信息化技术,在相关的工程建筑应用软件中,对具体水利工程建筑进行设定,将常量和变量等理论分析研究得到的技术参数完成定位,在电脑中进行模拟实验,同时在具体环境中现场的将该实验在模拟一便,运用虚拟和现实相结合的手段和技术,同时将这种技术通过各种手段进行广泛的推广,这样就会大大降低水利工程建筑在设计和研究过程中的运用成本,同时降低应用难度,另外这些技术不能仅仅的局限于水利工程的建筑设计研究上,还可以广泛的推广到其他领域。在这个方面对水工建筑人员的技术要求就很高了,尤其是要对计算机软件的编制要精通,需要跨学科、跨专业、甚至跨领域。
3 原型观测的方法
水工建筑中有很多已经成型和应用运转状态良好范例,由于在理论分析和实验研究都不能做到与实际情况完全一致的的时候,当然这样的问题在水工建筑的设计与研究中是会经常出现的,这就需要我们参照事例或正在建设的工程对原型进行实地的观测[3]。当然有的时候在理论分析和实验研究都能达到一致的时候,为了进一步验证上述情况结论的正确性也还是需要应用原型观测的方法,同时为了知道以后的工作实践,要对水利工程在建的和已经建成应用的建筑物埋设各种各样的观测设备,针对对原型观测和定量分析研究从中找到水工建筑的建造发展应用的一般规律。
4 工程类比的方法
在应用理论分析的方法、实验研究的方法和原型观测的方法后,工程类比的方法也是一项重要和普遍应用的水工建筑的设计研究方法。目前在水工建筑中我们主要是采用对建造项目相近的工程条件,把运转状态良好的已经建成的工程的相关尺寸和参数进行套用,当然这里要考虑到只是相近而不是完全一样,所以不能完全照搬,因为工程的地理位置,气候环境,土壤状况,水流等等都不是完全一样的,所以这个方法在现实应用中要与实际相结合的运用。
5 结语
上述各种方法是相辅相成的,一般需要配合应用。水工建筑物设计和研究需要考虑的包括:选址,如坝址、闸址、洞线、渠线的选择;选型,即选定建筑物的结构形式,如坝型选择;水力计算;结构计算;工程细部设计,等很多因素。面对未来在水工建筑的设计研究方面还有很多难题和问题需要逐一破解,需要我们水利工程人员更多的丰富和完善自己,需要多个专业和领域的学科相互配合,只有这样建造出更多更好的精品工程。
参考文献
[1]李忠,曲力群,于箫.工程地质概论[M],2006,1.
[2]刘佑荣.岩体力学[M],2010,8.
[3]李天科,王艳艳.水工建筑物[M],2011,4.