GIS的水利水電工程三維可視化圖形仿真方法與應(yīng)用

三維可視化技術(shù)是用于顯示描述和理解地下及地面諸多地質(zhì)現(xiàn)象特征的一種工具,廣泛應(yīng)用于地質(zhì)和地球物理學(xué)的所有領(lǐng)域,是數(shù)據(jù)體中的一種象征,它能夠利用數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)繪出地質(zhì)的結(jié)構(gòu)和圖層,檢查資料的連續(xù)性,同時(shí)能夠掃讀大量的資料,辨認(rèn)資料的真?zhèn)?為分析數(shù)據(jù)和理解數(shù)據(jù)架起一座橋梁,也為重復(fù)數(shù)據(jù)起到了工具的作用。

第３０卷第１０期 ２?。啊。薄。材辏薄。霸?水　電　能　源　科　學(xué) ｗａｔｅｒ?。颍澹螅铮酰颍悖澹蟆。幔睿洹。穑铮鳎澹?ｖｏｌ．３０ｎｏ．１０ ｏｃｔ．２　０?。薄。?文章編號(hào)：１０００－７７０９（２０１２）１０－０１３９－０４ ｂｉｍ技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用 苗　倩 （天津大學(xué)水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津３０００７２） 摘要：為簡(jiǎn)化水利水電工程施工可視化仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，提出基于建筑信息模型（ｂｉｍ）的可視化仿真 方法，構(gòu)造了工程建筑物的三維數(shù)字模型，并根據(jù)ｎａｖｉｓｗｏｒｋｓ軟件的數(shù)據(jù)組織形式，充分利用其可視化、四維 模擬功能及應(yīng)用程序接口ａｐｉ，實(shí)現(xiàn)了工程施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)演示及仿真信息的可視化查詢(xún)。工程實(shí)例驗(yàn)證了 該方法的實(shí)用性及優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞：水利水電工程；建筑信息模型；ｎａｖｉｓｗｏｒｋｓ軟件；可視化仿真 中圖分類(lèi)號(hào)：ｔｖ５１２文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ａ 收稿日期

軟件應(yīng)用·softwareapplication bim技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用 科技 信息 供系 水電 真技 及實(shí) 應(yīng)用 工程 【關(guān)鍵詞】bim技術(shù)水利水電工程可視化仿 真 在水利水電的工作中，可視化仿真技術(shù) 通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式，將復(fù)雜的施工過(guò)程形象的演 示出來(lái)，并以圖形的形式將系統(tǒng)的信息、數(shù)據(jù) 呈現(xiàn)出來(lái)，為施工提供科學(xué)、有效的依據(jù)。將 bim技術(shù)應(yīng)用到水利水電工程的可視化仿真 技術(shù)中，可以之間將施工過(guò)程演示出來(lái)，簡(jiǎn)化 了可視化仿真技術(shù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)過(guò)程。 1實(shí)現(xiàn)可視化仿真技術(shù)的平臺(tái) 水利水電工程中，可視化仿真技術(shù)會(huì)涉 及到空間地理信息的靜態(tài)數(shù)據(jù)，如施工地形、 水利樞紐布局等，同時(shí)還需要將建筑施工、地 形深挖等邏輯關(guān)系反映出來(lái)，如此繁雜的工作 需要軟件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)一一navisworks軟件。 navis

在系統(tǒng)總結(jié)近年來(lái)三維可視化在水利水電工程領(lǐng)域所取得的研究成果的基礎(chǔ)上,綜述了水利水電工程三維可視化研究進(jìn)展,對(duì)水利水電工程三維可視化的研究現(xiàn)狀、技術(shù)路線(xiàn)、應(yīng)用效果、應(yīng)用實(shí)例和應(yīng)用前景依次進(jìn)行了分析,認(rèn)為其應(yīng)用前景廣泛。

提出了基于地理信息系統(tǒng)(gis)的水利水電工程三維動(dòng)態(tài)可視化仿真技術(shù),實(shí)現(xiàn)圖形輔助仿真建模、全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真計(jì)算和基于gis的仿真可視化。圖形輔助建模采用層次化和模塊化建模思想,通過(guò)組合圖形元素建立模型,有效地降低了建模的復(fù)雜性。全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真采用“雙仿真鐘”模式,兼顧了仿真的整體性和細(xì)節(jié)性,對(duì)整個(gè)施工動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真。用gis實(shí)現(xiàn)仿真的三維可視化改變傳統(tǒng)的仿真結(jié)果的表現(xiàn)模式,為施工系統(tǒng)分析和管理提供了一個(gè)有力的工具。實(shí)際工程應(yīng)用證明了該方法的有效性。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的逐漸提升,水利水電工程的規(guī)模和數(shù)量都得到較大幅度的發(fā)展,為保證水利水電工程的質(zhì)量和使用性能,人們嘗試將建筑物三維可視化建模技術(shù)與水利水電工程相結(jié)合,本文以大型水利水電工程建筑物三維可視化建模技術(shù)為研究對(duì)象,結(jié)合某大型水利水電工程建筑物,對(duì)數(shù)據(jù)建模,建筑物建模思路進(jìn)行分析,并針對(duì)大型水利水電工程建筑物幾何建模技術(shù)、形象建模技術(shù)、三維顯示技術(shù)等展開(kāi)研究,為加深對(duì)大型水利水電工程建筑物三維可視化建模技術(shù)的認(rèn)識(shí),提升我國(guó)大型水利水電工程建筑物的整體性能作出努力。

以紫坪鋪水利樞紐為研究對(duì)象對(duì)大型水利水電工程建筑物可視化建模技術(shù)進(jìn)行了深入研究.首先對(duì)紫坪鋪水利樞紐建筑物的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了分析并明確了建模思路,即面向?qū)ο蠹夹g(shù)和結(jié)構(gòu)化方法,然后對(duì)于不同類(lèi)型的建筑物采用不同的幾何實(shí)體建模技術(shù)分別建立它們的幾何模型,再通過(guò)形象建模和三維顯示形成各建筑物的最終三維仿真模型并于屏幕上顯示輸出.由于可視化建模技術(shù)所涉及的工程信息數(shù)字化、可視化屬于“數(shù)字水利”的研究范疇,所以該技術(shù)本身就成為了“數(shù)字水利”工程的重要組成部分.

以貴州蒙江灰洞水電站的三維設(shè)計(jì)為例,詳細(xì)介紹三維可視化設(shè)計(jì)在水利水電工程中的應(yīng)用體會(huì),展示三維可視化設(shè)計(jì)技術(shù)在土木工程中應(yīng)用的廣闊前景。圖7幅。

提出了基于地理信息系統(tǒng)(gis)的水電工程施工三維動(dòng)態(tài)可視化仿真方法,包括仿真建?？梢暬?、仿真計(jì)算過(guò)程可視化及仿真結(jié)果可視化,并以混凝土壩施工仿真為例,進(jìn)行了實(shí)例研究,為制定合理的大壩施工組織計(jì)劃提供了科學(xué)依據(jù)。

針對(duì)水電工程施工進(jìn)度計(jì)劃難以用傳統(tǒng)方法簡(jiǎn)便直觀(guān)描述的難題,基于gis平臺(tái),采用三維可視化技術(shù),提出了水電工程施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)可視化方法;構(gòu)造了施工進(jìn)度三維可視化數(shù)字模型,實(shí)現(xiàn)了模型的動(dòng)態(tài)顯示、交互操作、空間分析以及施工進(jìn)度可視化仿真等功能.通過(guò)在水電工程中的實(shí)際應(yīng)用,表明采用施工進(jìn)度三維動(dòng)態(tài)可視化方法能夠形象表達(dá)施工進(jìn)度,動(dòng)態(tài)描述施工進(jìn)度中各環(huán)節(jié)之間復(fù)雜的動(dòng)態(tài)時(shí)空邏輯關(guān)系,對(duì)于提高水電工程設(shè)計(jì)與管理現(xiàn)代化水平具有現(xiàn)實(shí)意義.

該文提出了基于gis和三維可視化平臺(tái)的水利水電施工系統(tǒng)模型三維可視化結(jié)構(gòu)及施工過(guò)程.首先介紹了基于gis的三維可視化,討論了構(gòu)建三維可視化數(shù)字模型的方法,然后介紹了地形數(shù)字化技術(shù)、特征建模技術(shù),最后,技術(shù)路線(xiàn)表明,該方法具有良好的實(shí)用性.

借助gis強(qiáng)大的三維建模及可視化分析功能,以湖北省崇陽(yáng)地區(qū)1:50000區(qū)域地質(zhì)成果為例,基于地理矢量數(shù)據(jù)、地質(zhì)矢量數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù),利用地形數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字高程模型(dem),將dem與遙感圖像疊合生成三維影像圖,建立集地形、地質(zhì)、遙感等數(shù)據(jù)為一體的三維可視化模型,解決傳統(tǒng)二維地質(zhì)圖件用于表示三維地質(zhì)不直觀(guān)等問(wèn)題,提高地質(zhì)空間分析的能力。

傳統(tǒng)工程地質(zhì)資料的描述和解釋直觀(guān)性差,往往不能充分揭示地質(zhì)構(gòu)造空間變化的規(guī)律,所以越來(lái)越難以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)人員進(jìn)行空間地質(zhì)分析的要求,文章利用gis和可視化技術(shù),提出了水電工程地質(zhì)信息數(shù)字化與三維可視化方法,實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)信息的可視化分析,工程應(yīng)用表明該方法可為直觀(guān)描述復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的空間展布及其相互關(guān)系,以及進(jìn)行工程地質(zhì)交互設(shè)計(jì)提供有效的途徑

水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)是工程建設(shè)過(guò)程最重要的環(huán)節(jié)和主要依據(jù),目前我國(guó)水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)行業(yè)的技術(shù)水平仍停留在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式和二維設(shè)計(jì)階段。先進(jìn)的三維協(xié)同設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)可以提高水利水電工程設(shè)計(jì)質(zhì)量、效率和水平,能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、提高設(shè)計(jì)信息的共享程度與復(fù)用性,從而全面提高勘測(cè)設(shè)計(jì)企業(yè)的科技實(shí)力和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

針對(duì)當(dāng)前可視化圖形仿真技術(shù)在水利工程領(lǐng)域應(yīng)用要求的特點(diǎn),介紹了紫坪鋪水利樞紐三維可視化圖形仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā).首先,對(duì)紫坪鋪水利樞紐三維可視化圖形仿真系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析,然后采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行仿真計(jì)算,再將所得數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式保存并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行加工處理,將空間數(shù)據(jù)(矢量數(shù)據(jù)、形體數(shù)據(jù)等)和各種屬性信息集成在一起,在這些數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上建立紫坪鋪水利樞紐的三維可視化仿真模型.開(kāi)發(fā)了一個(gè)能科學(xué)、直觀(guān)、逼真地表現(xiàn)紫坪鋪水利樞紐施工總體布置三維可視化圖形仿真系統(tǒng),為工程施工管理決策提供依據(jù).

該文基于gis平臺(tái),采用三維可視化技術(shù),提出了實(shí)現(xiàn)水利水電工程施工系統(tǒng)三維可視化數(shù)字模型的構(gòu)造與施工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真的方法。文中首先闡述了基于gis的三維可視化原理,接著探討了三維可視化數(shù)字模型的構(gòu)造方法,然后詳細(xì)介紹了地形數(shù)字化技術(shù),靜態(tài)地物實(shí)體建模技術(shù),動(dòng)態(tài)實(shí)體模擬方法,以及施工過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真途徑。最后給出了幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例,表明本方法具有較好的實(shí)用性

系統(tǒng)地總結(jié)和分析了三維空間建模的基本理論、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)三維幾何建模理論,在廣泛收集和整理現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上,針對(duì)水利水電工程地質(zhì)三維建模的實(shí)際需求,探討了更為合理的實(shí)用的水利水電工程三維地形統(tǒng)一建模的方法和思路。

三維協(xié)同設(shè)計(jì)的可視化是其最重要的優(yōu)勢(shì)之一,如何合理的利用這一優(yōu)勢(shì),創(chuàng)造出新的工作方式和應(yīng)用是至關(guān)重要的。本文從設(shè)計(jì)過(guò)程中的溝通、設(shè)計(jì)、出圖、展示四個(gè)環(huán)節(jié),探討了三維可視化如何為我們的工作帶來(lái)改變和效率提升。

土石開(kāi)挖可視化設(shè)計(jì)作為水利水電工程建設(shè)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)于提高工程質(zhì)量有著很大作用。因此，優(yōu)化水利水電工程的土石開(kāi)挖可視化設(shè)計(jì)對(duì)水利水電工程建設(shè)的未來(lái)發(fā)展是十分重要的，文章通過(guò)對(duì)水利水電工程土石方開(kāi)挖可視化設(shè)計(jì)的影響因素和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究，旨在為未來(lái)工程建設(shè)發(fā)展提出建議。

可視化仿真技術(shù)是計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)相結(jié)合形成的一種新型的仿真技術(shù)?？梢暬抡娴睦碚摵头椒òㄈ^(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論、圖形輔助仿真建模方法、基于gis的三維動(dòng)態(tài)數(shù)字模型構(gòu)造及其可視化方法、基于gis的三維動(dòng)態(tài)演示方法及基于gis的交互式可視化仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等,實(shí)現(xiàn)了仿真建模、仿真計(jì)算過(guò)程及成果的可視化。在此基礎(chǔ)上,深入研究了復(fù)雜水電工程地下廠(chǎng)房施工系統(tǒng)的可視化仿真與優(yōu)化、水電工程施工導(dǎo)截流三維動(dòng)態(tài)可視化仿真、混凝土壩施工過(guò)程三維動(dòng)態(tài)可視化仿真及優(yōu)化、水電站施工總布置可視化仿真等問(wèn)題,并結(jié)合溪洛渡工程應(yīng)用,研制開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的可視化仿真軟件esas、cdmis、damsim、clmis。所開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)內(nèi)容豐富,可操作性強(qiáng),人機(jī)界面友好,易維護(hù),有良好的拓展性。該項(xiàng)研究為復(fù)雜大型工程施工組織設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的理論方法和先進(jìn)的技術(shù)手段,大大地提高了水利水電工程設(shè)計(jì)與管理的現(xiàn)代化水平。

[文章編號(hào)]100922846(2004)0720026202 [中圖分類(lèi)號(hào)]　tv52　　　　　　　　　　　　　　　　　[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]　b 可視化仿真技術(shù) 在水利水電工程施工中的應(yīng)用 李　闖1,劉　健2 [收稿日期]2004-06-03 [作者簡(jiǎn)介]李闖(1976-),女,吉林鎮(zhèn)賚人,本科,助工。 (11吉林省水利水電基本建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督中心站,吉林　長(zhǎng)春　130022; 21吉林省防汛抗旱指揮部辦公室,吉林　長(zhǎng)春　130022) 　　水利水電工程往往具有周期長(zhǎng)、規(guī)模大、投 資多、施工難度大、協(xié)調(diào)難的特點(diǎn),因而在工程 設(shè)計(jì)和管理過(guò)程中,要提高工程的質(zhì)量和效率, 首先應(yīng)制定合理的施工進(jìn)度計(jì)劃,明確施工方 法、選擇施工機(jī)械及配套組合,其次應(yīng)對(duì)施工信 息進(jìn)行系統(tǒng)化、數(shù)字化的管理,直觀(guān)形

可視化技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用方興未艾,結(jié)合作者的研究工作,對(duì)水利工程三維可視化仿真中涉及的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)進(jìn)行了分析和研究,給出了相應(yīng)的解決方法,并提出了一個(gè)面向水利工程施工的三維可視化仿真系統(tǒng)框架,展示了三維可視化仿真技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用前景。