陳新和

摘要：近幾年，我國(guó)水利水電工程中科技在逐漸完善的同時(shí)，產(chǎn)生了一種新型技術(shù)即可視化仿真技術(shù)?？梢暬抡婕夹g(shù)是將計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)相互融合產(chǎn)生一種新型仿真技術(shù)。全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論、基于GIS的三維動(dòng)態(tài)數(shù)字模型構(gòu)造、圖像輔助仿真建模等方法是構(gòu)成可視化仿真理論及方法的主要結(jié)構(gòu)和內(nèi)容，成功實(shí)現(xiàn)了仿真建模等工作可視化。本文將結(jié)合實(shí)際情況對(duì)可視化仿真技術(shù)進(jìn)行分析，從而使可視化仿真技術(shù)更好的應(yīng)用于水利水電工程。

關(guān)鍵詞：可視化；水利水電工程；仿真技術(shù)

水利水電工程具有規(guī)模大、投資多、施工難度大等特點(diǎn)，因此在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和管理過(guò)程中，應(yīng)科學(xué)合理的選擇施工方法，同時(shí)優(yōu)化施工機(jī)械及配套組合方案，制定符合實(shí)際的施工計(jì)劃，對(duì)施工信息進(jìn)行高效簡(jiǎn)潔的管理，確保工程可以如期完成?？梢暬抡婕夹g(shù)的完善符合水利水電工程的客觀需要，為解決水利水電工程施工難度大的問(wèn)題開(kāi)辟了新道路。

一、可視化仿真技術(shù)概述

（一）研究背景

上世紀(jì)70年代外國(guó)科學(xué)家開(kāi)始提出循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)，并發(fā)展出了一系列工程仿真應(yīng)用軟件。這些應(yīng)用軟件僅在土木工程施工過(guò)程中才會(huì)使用。直到上個(gè)世紀(jì)80年代初，才有人提出在水利水電工程中應(yīng)用仿真技術(shù)。天津大學(xué)率先展開(kāi)對(duì)水利水電施工過(guò)程中的可視化技術(shù)進(jìn)行研究，并在隨后20年的研究中取得優(yōu)秀成果并提高了社會(huì)效益。近些年，天津大學(xué)繼續(xù)開(kāi)展推動(dòng)水電水利工程設(shè)計(jì)可視化、數(shù)字化的研究活動(dòng)。依靠電子計(jì)算機(jī)科學(xué)、工程科技和系統(tǒng)科學(xué)的迅猛發(fā)展，對(duì)三維動(dòng)態(tài)可視化仿真理論進(jìn)行大量研究，并獲得了一系列創(chuàng)新性成果。

（二）可視化仿真技術(shù)

1 可視化仿真技術(shù)的含義

可視化仿真技術(shù)的本質(zhì)是利用圖像形式對(duì)仿真技術(shù)進(jìn)行跟蹤，駕馭并對(duì)處理結(jié)果的一種技術(shù)[1]。可視化仿真技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了可視軟件界面的可視化，可以更直觀、迅速、高效、形象的進(jìn)行建模工作。在引進(jìn)可視化仿真技術(shù)后系統(tǒng)的子模塊可以通過(guò)圖形表示，利用鼠標(biāo)在屏幕上直接進(jìn)行操作就可順利完成仿真任務(wù)，使得工作人員的工作質(zhì)量顯著提高，同時(shí)降低了施工難度。

2 全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論與方法

全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論將面向?qū)ο蟮膭?dòng)態(tài)仿真圖形輔助建模、分析優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài)演示等技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，從而達(dá)到對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行全面跟蹤模擬的目的。全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論可以充分體現(xiàn)出整個(gè)系統(tǒng)工程的中心思想，這條理論針對(duì)整個(gè)水利水電工程進(jìn)行全方位的優(yōu)化調(diào)配，綜合考慮到整個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)工程之間、各個(gè)工作方面之間相互制約相互影響的施工關(guān)系，而不是針對(duì)部分細(xì)節(jié)進(jìn)行個(gè)別優(yōu)化，通過(guò)分析對(duì)整體施工進(jìn)度和施工強(qiáng)度進(jìn)行分析，準(zhǔn)確獲得施工狀況信息，從而使施工組織進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)有理可依并有據(jù)可查[2]。

3 基于GIS的三維動(dòng)態(tài)數(shù)字模型構(gòu)造可視化方法

這種可視化方法由三部分構(gòu)成。首先是建立數(shù)字地形模型，對(duì)施工地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真建模，是整個(gè)工程可視化的重要部分；其次是動(dòng)態(tài)實(shí)體參數(shù)化數(shù)字建模，按照具體對(duì)象的屬性分類，分別用點(diǎn)線畫體四類圖形數(shù)據(jù)對(duì)參照物進(jìn)行表述；最后是動(dòng)態(tài)地形建模，這個(gè)部分的主要功能是對(duì)數(shù)字地形模型進(jìn)行修改完善，實(shí)質(zhì)上是對(duì)地形TIN進(jìn)行操作，將兩種模型在修改后進(jìn)行融合，為人們提供清晰可視化的地區(qū)圖[3]。

二、可視化仿真技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

可視化仿真技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)施工過(guò)程：第一，用于復(fù)雜地下洞室群施工。地下廠房施工具有挖掘量大、施工條件復(fù)雜、施工難度高的特點(diǎn)，是一項(xiàng)極其復(fù)雜的施工過(guò)程，因此在施工過(guò)程中需要面對(duì)諸多問(wèn)題。例如，由于施工時(shí)間具有一定的隨意性，使得工程出現(xiàn)隨機(jī)排隊(duì)現(xiàn)象影響影響其他工程進(jìn)度；復(fù)雜的地下洞室系統(tǒng)加之?dāng)?shù)量較少的施工通道，使得各個(gè)工序之間互相干擾等問(wèn)題嚴(yán)重。為了降低工程難度，我國(guó)科研小組提出了可視化仿真理論并成功的應(yīng)用到施工過(guò)程中[4]。通過(guò)對(duì)地下復(fù)雜洞室群進(jìn)行分析從而得到準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，優(yōu)化施工方案，保證工程順利進(jìn)行。第二，用于水利水電工程導(dǎo)截流施工設(shè)計(jì)。在進(jìn)行這項(xiàng)施工時(shí)，通常需要對(duì)大量數(shù)據(jù)及圖片進(jìn)行分析，如壩區(qū)的水文、地質(zhì)地形資料以及施工現(xiàn)場(chǎng)的布置圖、樞紐設(shè)計(jì)等數(shù)據(jù)圖紙。因此，應(yīng)對(duì)這些數(shù)據(jù)及圖紙進(jìn)行高效管理，從而提高設(shè)計(jì)效率。在施工組織設(shè)計(jì)進(jìn)行的過(guò)程中，施工導(dǎo)流方案尤為重要，是施工組織設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于這項(xiàng)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，使人們無(wú)法直觀了解不同的設(shè)計(jì)方案。針對(duì)這一情況，科研人員將可視化仿真技術(shù)引用到這項(xiàng)工程過(guò)程中?？梢暬抡婕夹g(shù)的出現(xiàn)有效解決了這一問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工導(dǎo)截流可視化信息圖片管理并建立了三維動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)，為水利水電工程導(dǎo)截流施工設(shè)計(jì)提供了便利。第三，應(yīng)用于混凝土壩施工。對(duì)混凝土壩施工時(shí)，需要充分考慮應(yīng)力溫度、澆筑時(shí)間、澆筑機(jī)械設(shè)備等因素，在施工過(guò)程中需要按照一定原則進(jìn)行分縫分塊澆筑。由于混凝土澆筑工程量較大，各種施工條件較為復(fù)雜，使得施工進(jìn)度進(jìn)展緩慢同時(shí)無(wú)法具體規(guī)劃澆筑順序。在制定相應(yīng)計(jì)劃過(guò)程中，傳統(tǒng)的方法多是依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成工作，這種方法缺乏系統(tǒng)計(jì)算和精確定位，無(wú)法為混凝土壩施工提供可靠依據(jù)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可視化仿真技術(shù)也逐漸被應(yīng)用到混凝土壩施工中，這種方法通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土壩施工進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，從而使工作人員可以更直觀的了解施工過(guò)程，為優(yōu)化機(jī)械設(shè)備控制施工進(jìn)度提供便利[5]。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，可視化仿真技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用符合先進(jìn)科技社會(huì)的需要，為水電工程設(shè)計(jì)向數(shù)字化、可視化、智能化方向轉(zhuǎn)變創(chuàng)造了有利條件。水利水電工程技術(shù)的完善，可有效解決我國(guó)能源緊缺問(wèn)題，并為人民生產(chǎn)生活提供不竭動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 畢慶雙.可視化仿真技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用[J].黑龍江水利科技，2014（4）：180-181.

[2] 吳美晶，蔣有生.水利水電工程土石方開(kāi)挖可視化設(shè)計(jì)方法初探[J].低碳地產(chǎn)，2016，2（18）：328.

[3] 杜成波.水利水電工程信息模型研究及應(yīng)用[D].天津大學(xué)，2014.

[4] 林科科.探究水利水電工程施工場(chǎng)地總布置可視化動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)[J].江西建材，2015（23）：128-128，132.

[5] 韋金立.水利水電工程施工可視化管理系統(tǒng)研究[J].建材與裝飾，2016（20）：275-276.endprint