弧形闸门是一种活动式挡水结构建筑物,在水利水电工程中一直发挥着重要的作用,因其结构受力合理、启闭力小、运行安全可靠、门槽水流条件好等优点,广泛应用于水库的泄洪和调节水流的流量。目前闸门的设计仍然有许多不足:首先,闸门的制图主要是采用逐线绘图的方法,绘图效率低,不能实现参数化,修改麻烦,容易出错;其次,在工程各阶段均需要提供闸门工程量,人工对构件逐个进行统计效率低,加重设计工作量;最后,传统的设计将空间结构的弧形闸门基于平面结构体系进行计算,并未考虑构件间的变形协调关系和闸门自重,计算结果不是特别准确;此外,设计人员只能通过理论设计计算和主观经验对闸门结构进行人工调整,无法考虑多方面的因素,难于实现闸门结构优化。随着计算机科学技术的发展,三维数字化技术逐渐应用于水利水电工程建设中,为解决上述问题提供了可能。针对上述问题,本文利用Excel编程完成弧形闸门的编制计算,基于SolidWorks完成弧形闸门的数字化设计,借助SCDM软件对模型进行简化和转换,然后导入HyperWorks软件中进行仿真和优化,最后,修改模型数字化设计参数并出工程图。弧形闸门的数字化设计、仿真及优化提高了闸门设计效率和准确率,优化了结构,降低了钢材用量,提高了工程经济性。本文的主要研究内容和成果如下:（1）弧形闸门的布置计算。首先,介绍了弧形闸门总体布局方案规划和各主要零部件设计的基本理论和计算方法;然后,介绍了弧形闸门的计算书的编制方法和原理:应用Excel计算功能编制弧形闸门计算书,借助VBA编制以Excel表格为主要基础的数据处理程序,并对表格进行控制,实现了整个计算书的自动化,让设计人员能够更快更好的完成工作。（2）弧形闸门的数字化设计。首先,应用SolidWorks三维设计软件完成了弧形闸门的参数化建模,介绍了模型的布局草图、多实体建模技术、模型的参数化、模型库的建立的相关内容,对闸门各主要零部件的建模方法进行了介绍;然后,创建工程图,编制闸门各板件规格获取程序,实现了闸门材料表板材重量统计的自动化,快速获取闸门重量及重心。（3）仿真和优化。首先,利用SCDM软件对三维模型进行了模型简化和转换,实现了一个实体几何结构到面体几何结构的转换;然后,导入HyperMesh软件对模型进行几何清理并进行前处理,生成了有限元模型的分析和优化文件;最后,应用OptiStruct软件进行弧形闸门的有限元分析和优化,实现了闸门的设计更优化、更经济。（4）工程案例应用。应用工程实例,完成了某大型工程弧形闸门的数字化设计、仿真和优化,并完成了工厂制作和工地安装,验证了本文研究的可行性。结果表明:该弧形闸门满足机械强度和刚度要求,优化后的重量比初步设计减轻了11.5%。