水利工程仿真模擬設(shè)計

1、水利工程仿真模擬設(shè)計水利工程仿真模擬設(shè)計摘要：用水利工程仿真模擬設(shè)計設(shè)計軟件建立真實(shí)三維地形地貌模型（dtm）及三維地質(zhì)模型(dgm)并行三維水工設(shè)計（大壩模型、強(qiáng)度計算等）建立整個水利水電系統(tǒng)模型（包括壩體、導(dǎo)流洞、泄洪洞、地下廠房等建筑以及與此相關(guān)聯(lián)的設(shè)備、管線的布置）工程概預(yù)算三維工程施工仿真及工程監(jiān)控在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺上完成以上功能，涵蓋從草圖設(shè)計到工程完工全過程，滿足虛擬設(shè)計/虛擬制造的要求。關(guān)鍵詞：3s 技術(shù)autocaddtmdgm地質(zhì)、地形勘測環(huán)境及水庫分析一.引言：水利工程仿真模擬設(shè)計設(shè)計軟件采用多專業(yè)協(xié)同設(shè)計軟件，在同一數(shù)據(jù)庫平臺下，能解決三維地址地形建模（dtm）與地質(zhì)建

2、模(dgm)、大壩選址、水工設(shè)計、土建施工、機(jī)電安裝等一系列關(guān)鍵問題，在很大程度上提高仿真精度和時間的要求，完成覆蓋軟件生命周期的全過程，達(dá)到減少設(shè)計周期、加深設(shè)計深度、提高設(shè)計質(zhì)量、控制成本及提高企業(yè)革新等目的。二.理論分析與設(shè)計：(一)目前水利工程仿真模擬設(shè)計軟件發(fā)展?fàn)顩r：1.自 20 世紀(jì) 80 年代以來，已經(jīng)出現(xiàn)了圖形級的標(biāo)準(zhǔn)，如 phigs,gks;圖形交換級的標(biāo)準(zhǔn)，cgi,iges 以及近年來正在不斷完善的 step 等。step 標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了整個軟件生命周期的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，對協(xié)同設(shè)計，并行施工，集成制造等具有重要意義。2.智能化是又一特點(diǎn)，它首先體現(xiàn)在把設(shè)計領(lǐng)域的專家知識和工程技術(shù)

3、人員的經(jīng)驗(yàn)融入到 cad 系統(tǒng)中，使之成為可以繼承的知識庫；其次是其本身的智能化，如人機(jī)接口，數(shù)據(jù)采集，自動精模，方案選優(yōu)，仿真模擬以及多媒體技術(shù)應(yīng)用等等。3.集成化是一大發(fā)展趨勢，一方面 cad 技術(shù)與 capp(計算機(jī)輔助工藝流程規(guī)劃)，cam(計算機(jī)輔助制造)以及 mis(管理信息系統(tǒng))，pdm(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)，mrp(制造資源管理)等系統(tǒng)相集成。另一方面隨著當(dāng)前全球化發(fā)展，使得人們在internet 上構(gòu)造 cad/cam 集成化成為可能。4.科學(xué)計算可視化，虛擬設(shè)計，虛擬制造技術(shù)是設(shè)計人員進(jìn)行對產(chǎn)品的時間操作，以及進(jìn)行各種模擬實(shí)驗(yàn)分析，可以及早看見產(chǎn)品外型，從而可以幫助設(shè)計多方位地觀

4、察與平審設(shè)計成果。（二）水利工程仿真模擬設(shè)計軟件概念：就是利用計算機(jī)強(qiáng)有力的計算功能與高效的圖形處理能力，來直觀，智能的輔助過程設(shè)計人員進(jìn)行過程設(shè)計與分析的一種技術(shù)。它同時實(shí)現(xiàn)過程的可視化與智能化。它包括工程設(shè)計條件可視化（地質(zhì)，水文，地形，樞紐布置及施工條件等可視化），設(shè)計建模可視化，計算分析過程可視化與成果設(shè)計可視化（三維真實(shí)感圖形顯示及空間數(shù)據(jù)的圖表，文擋輸出）。（三）水利工程仿真模擬設(shè)計軟件目標(biāo)：力求把水利工程的設(shè)計、管理主要涉及到的水文泥沙、地質(zhì)、地表（含規(guī)劃、環(huán)保）、水工、施工、機(jī)電等專業(yè)的設(shè)計工作的過程、相互之間的關(guān)系和結(jié)果通過先進(jìn)的計算機(jī)平臺及輔助設(shè)備以可視化的形式展現(xiàn)出來，達(dá)

5、到虛擬設(shè)計/虛擬制造的目的。協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)是建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，包括地質(zhì)地形的空間數(shù)據(jù)、水工建筑物（大壩、廠房等）的三維實(shí)體數(shù)據(jù)、施工計劃組織的實(shí)時數(shù)據(jù)以及真實(shí)條件下的計算機(jī)仿真和實(shí)時渲染數(shù)據(jù)等。與以前的技術(shù)不同，由于建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺之上，任何修改都將及時地反饋給整個工程的相關(guān)部門和人員（權(quán)限許可），并及時地通過三維圖形的方式展現(xiàn)出來。虛擬設(shè)計/虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用和實(shí)時仿真完全不同于以前的動畫渲染，它是滿足設(shè)計詳細(xì)要求的具體施工計劃的真實(shí)三維顯示。（四）.水利工程仿真模擬設(shè)計軟件需要解決的問題：1.地質(zhì)、地形勘測2.環(huán)境及水庫分析3.水工建筑物及樞紐設(shè)計 4.施工組織

6、設(shè)計5.機(jī)電設(shè)計6.工程概預(yù)算7.工程監(jiān)測（五）.水利工程仿真模擬設(shè)計 (第 2 頁)軟件解決方案：1在地質(zhì)勘探方面：可以利用航拍、鉆探、3s技術(shù)（即gisgpsrs）得到的地形數(shù)據(jù)，直接生成地形的三維模型包括地下三維地質(zhì)情況的分布，便于直接了解復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造情況,方便地進(jìn)行地形模型的建立,作為壩體、地下廠房、導(dǎo)流洞等建筑物設(shè)計的原始依據(jù)。2在三維地形表述的基礎(chǔ)上，建立水利水電工程的全三維模型，包括壩體、導(dǎo)流洞、泄洪洞、地下廠房等建筑以及與此相關(guān)聯(lián)的設(shè)備、管線的布置等仿真模型。這些設(shè)備與地形數(shù)據(jù)完全相關(guān)，從而構(gòu)成一個復(fù)雜的水利水電系統(tǒng)，真實(shí)反映工程建成以后的面貌。建立的三維模型還能夠輸出到有限

7、元分析軟件中，進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的預(yù)測。三維模型不僅可以與地形模型很好地關(guān)聯(lián)，而且工程模型也還是參數(shù)化的，一旦設(shè)計有新的更改，只需要修改相應(yīng)部分的三維模型，與此相關(guān)的設(shè)備、管線布置以及由三維模型自動投影生成的二維工程圖（符合目前圖紙標(biāo)準(zhǔn)）都會得到相應(yīng)的修改，從而保證了設(shè)計的唯一性和相關(guān)性，快速地完成多個設(shè)計方案的對比和選擇。3.工程概預(yù)算方面：通過建立大壩真實(shí)全三維實(shí)體數(shù)值仿真模型，能夠完全精確模擬大壩形體的各個細(xì)節(jié)，包括孔口部位、進(jìn)水口、閘門槽等。水利工程計算機(jī)輔助設(shè)計能夠精確計算各壩段各截面的面積、各點(diǎn)的坐標(biāo)以及體積，其精度滿足大壩混凝土工程量計量要求。將壩體內(nèi)部各種材料的配合比及使用范圍輸入到

8、壩體三維數(shù)值仿真模型中，從而使精確計量程序不僅能夠計算壩體的工程量，而且還能夠計算不同材料的用量，并進(jìn)一步為概預(yù)算及施工期業(yè)主的材料供應(yīng)計劃提供科學(xué)的依據(jù)。4施工方案動態(tài)仿真結(jié)果分析及查詢通過建立的三維實(shí)體數(shù)字模型，計算出開挖方量及填筑方量，對工程進(jìn)行預(yù)測和模擬，動態(tài)展示山體開挖和大壩澆注的全過程，得出詳細(xì)的施工強(qiáng)度和施工順序等重要指標(biāo)。使工程的項(xiàng)目管理和進(jìn)度分析達(dá)到實(shí)時控制與動態(tài)管理，以便科學(xué)指導(dǎo)工程施工，輔助業(yè)主和監(jiān)理工程師進(jìn)行有效的決策。計算機(jī)模擬系統(tǒng)模擬混凝土施工過程，不僅可全面、周密地反映各種影響混凝土施工的因素，而且改變施工參數(shù)、修改方案比較及敏感性分析均比較容易，可完全彌補(bǔ)傳統(tǒng)工

9、程類比法的缺點(diǎn)。采用計算機(jī)模擬施工方案成功解決了過去依靠人工手段無法解決的許多難題，能大大提高了設(shè)計人員和項(xiàng)目管理人員的效率，取得巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)數(shù)字化工程施工過程中的一般規(guī)律、施工工藝和流程、合同文件、技術(shù)規(guī)范以及實(shí)體特定的結(jié)構(gòu)形式、施工條件的特定要求，利用本模塊建立系統(tǒng)分析模型和模擬計算數(shù)學(xué)模型。設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)錄入及編輯、大壩模擬施工過程計算、圖形處理、報表自動生成及分析、查詢以及菜單控制等系統(tǒng),集成在統(tǒng)一界面下完成所有的功能。（六）.水利工程施工模擬界面設(shè)計：主界面由部分組成，分別是溢洪道土石方開挖、溢洪道土石方開挖進(jìn)度合計、大壩混凝土澆筑進(jìn)度、大壩混凝土澆筑進(jìn)度合計

10、。這四部分從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)并動態(tài)的顯示出來。包括一些重要的施工數(shù)據(jù)如：層號、厚度、體積、高程、開挖（澆）時間、結(jié)束時間等。點(diǎn)擊“顯示設(shè)置”來設(shè)置需要顯示或者隱藏的對象，達(dá)到最好的視覺效果。這些表既可以用于顯示，也可用于查詢。（七）.水利工程仿真模擬設(shè)計 (第 2 頁)軟件開發(fā)環(huán)境：1.軟件環(huán)境：系統(tǒng)采用 windowsxp/2000/98作為工作平臺，開發(fā)應(yīng)用軟件有 visualc+6.0,autocad2000 以上均可，arcviewgis,msexcel,msaccess，3dmax，gis 與 gps的系列軟件等等。2.硬件環(huán)境：考慮到系統(tǒng)功能中圖形數(shù)據(jù)處理量大，與三維圖形處理分析操

11、作需要，推薦配置：pentiumiv1.4g+512mb內(nèi)存+真彩色顯示卡（3d 加速功能）+10g 硬盤，或者更高配置為好。三三. .實(shí)例應(yīng)用與總結(jié)展望實(shí)例應(yīng)用與總結(jié)展望：水利工程仿真模擬設(shè)計 (第 3 頁)軟件采用專業(yè)協(xié)同設(shè)計軟件水利工程計算機(jī)輔助設(shè)計軟件，在同一數(shù)據(jù)庫平臺下，能解決三維地址地形建模、大壩選址、水工設(shè)計、土建施工、機(jī)電安裝等一系列關(guān)鍵問題，在很大程度上提高仿真精度和時間的要求，完成覆蓋軟件生命周期的全過程，達(dá)到減少設(shè)計周期、加深設(shè)計深度、提高設(shè)計質(zhì)量、控制成本及提高企業(yè));企業(yè)革新等目的。用水利工程仿真模擬設(shè)計 (第 3 頁)軟件建立真實(shí)三維地形地貌模型（dtm）及三維地質(zhì)

12、模型(dgm)并行三維水工設(shè)計（大壩模型、強(qiáng)度計算等） 建立整個水利水電系統(tǒng)模型（包括壩體、導(dǎo)流洞、泄洪洞、地下廠房等建筑以及與此相關(guān)聯(lián)的設(shè)備、管線的布置）工程概預(yù)算三維工程施工仿真及工程監(jiān)控在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺上完成以上功能，涵蓋從草圖設(shè)計到工程完工全過程，滿足虛擬設(shè)計/虛擬制造的要求。水利工程仿真模擬設(shè)計 (第 3 頁)軟件在水電工程設(shè)計過程中，從地質(zhì)-壩工-廠房-樞紐及施工組織設(shè)計模擬都能系統(tǒng)準(zhǔn)確地反映實(shí)際設(shè)計中的一般規(guī)律和特點(diǎn)。因而，采用本系統(tǒng)進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同可視化設(shè)計與指導(dǎo)施工，使各工種各工序的銜接、資源的分配、材料的供應(yīng)都是均衡地有節(jié)奏地進(jìn)行,從而使水電工程的勘測、設(shè)計與施工管理達(dá)到國際一流水平。相信未來的水利建設(shè)將是計算機(jī)設(shè)計的新領(lǐng)域，而不是象傳統(tǒng)的水利設(shè)計那樣耗時耗力耗資耗人。未來的水利規(guī)劃設(shè)計管理完全實(shí)現(xiàn)自動化。計算機(jī)在水利上的利用有著廣闊的發(fā)展前境需要我們一代代水利人的共同努力。以下是三峽水電站設(shè)計應(yīng)用實(shí)例：參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：1.1.黃健全，羅明高，胡雪濤黃健全，羅明高，胡雪濤. .實(shí)用計算機(jī)地質(zhì)在制圖.北京：地質(zhì)出版社，19982.2. 張菊明張菊明. .三維地質(zhì)模型的設(shè)計與顯示.中國數(shù)學(xué)地