摘要：混凝土壩施工進(jìn)度常采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行模擬，一般以大壩三維模型作為可視化表達(dá)載體，設(shè)計(jì)和施工仿真階段模型顆粒度要求不同，模型數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果交互不便，施工進(jìn)度仿真可視化交互性不強(qiáng)。為實(shí)現(xiàn)不同階段混凝土壩模型快速建模、模型屬性和仿真數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)應(yīng)用、進(jìn)度仿真可視化展示的高度集成和交互，提出了一種基于3DE的混凝土壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化方法，并研發(fā)了混凝土壩模型快速分割、屬性批量計(jì)算提取與數(shù)據(jù)交互、施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)展示等工具，最后以旭龍水電站混凝土拱壩為例進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用并取得了良好的效果。結(jié)果表明：此方法具有操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)無(wú)損復(fù)用和可視化效果好的優(yōu)勢(shì)，可為混凝土壩施工仿真進(jìn)度動(dòng)態(tài)可視化研究提供新的思路。

關(guān) 鍵 詞：混凝土壩；施工進(jìn)度仿真；動(dòng)態(tài)可視化；3DE；旭龍水電站

中圖法分類號(hào)：TV642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.08.019

0 引 言

混凝土壩施工過(guò)程受地形氣象、壩體結(jié)構(gòu)和分縫分塊方式、混凝土分塊澆筑順序、施工工藝要求、機(jī)械設(shè)備與材料供應(yīng)等諸多影響因素制約^［1-2］，需綜合考慮各種因素作用以獲取合理的施工方案。在各種限制及約束條件影響下，采用常規(guī)的工程進(jìn)度分析方法找到某種適宜的大壩澆筑順序和合理工期存在耗時(shí)、費(fèi)力、靈活性差等問題。現(xiàn)有解決方案多是使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行施工進(jìn)度仿真模擬^［3-5］，國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者先后進(jìn)行了大量的理論研究與實(shí)踐應(yīng)用^［6-10］，成果豐碩。通常，混凝土壩施工進(jìn)度仿真需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及目標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)比選^［11-14］，在施工強(qiáng)度等系統(tǒng)屬性參數(shù)均衡合理的基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)不同施工方案的優(yōu)劣，形成既滿足工程整體目標(biāo)設(shè)計(jì)以及階段的導(dǎo)流、度汛等進(jìn)度要求，又兼顧施工經(jīng)濟(jì)的大壩動(dòng)態(tài)澆筑順序，輔助施工組織設(shè)計(jì)決策^［15-16］。

現(xiàn)有混凝土壩施工進(jìn)度仿真過(guò)程多以大壩三維模型作為可視化表達(dá)載體，以提高仿真系統(tǒng)直觀性和交互性。主流的BIM三維軟件如Revit、Microstation和CATIA等，均有被用于建立混凝土壩模型的案例。不同軟件各有特點(diǎn)及適用范圍：Revit軟件多用于工民建行業(yè)，在復(fù)雜曲面建模方面存在短板，結(jié)合Dynamo插件一定程度上可提升其參數(shù)化曲面建模能力；Microstation軟件常用于工業(yè)建筑設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域；CATIA軟件在復(fù)雜的異形曲面構(gòu)件參數(shù)化建模方面表現(xiàn)優(yōu)越，多用于水利水電行業(yè)。在設(shè)計(jì)、施工不同階段，混凝土壩三維模型所需傳遞信息的顆粒度不同，模型精細(xì)度要求不同，不同階段需進(jìn)行深化處理。為滿足基于離散事件系統(tǒng)模擬思想的施工進(jìn)度仿真可視化需求，混凝土壩三維模型經(jīng)深化處理后，應(yīng)能形成滿足大壩跳倉(cāng)選塊過(guò)程的澆筑塊模型，這對(duì)BIM軟件處理模型形體、無(wú)損繼承構(gòu)件附屬信息的綜合能力提出了較高要求。

若使用不同BIM軟件進(jìn)行混凝土壩三維建模與深化處理，模型數(shù)據(jù)源格式的差異將不可避免地導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)生模型屬性信息丟失、模型缺乏繼承性等問題。此外，混凝土壩施工進(jìn)度仿真系統(tǒng)計(jì)算獲取的仿真結(jié)果通常是以數(shù)據(jù)和二維圖表的形式呈現(xiàn)，存在展示效果不直觀、交互性不強(qiáng)、可視化程度不高的特點(diǎn)。除此之外，混凝土壩BIM模型擴(kuò)展關(guān)聯(lián)施工仿真結(jié)果時(shí)，需要通過(guò)接口轉(zhuǎn)換或聯(lián)合使用其他軟件，這對(duì)使用者的專業(yè)技術(shù)水平提出了較高要求。因此，本文提出了一種能保持各階段模型數(shù)據(jù)同源、實(shí)現(xiàn)模型快速構(gòu)建與處理、支持模型屬性信息拓展并能動(dòng)態(tài)可視化展示施工進(jìn)度全過(guò)程的方法。

1 3DE平臺(tái)

3DE平臺(tái)是目前主流三維一體化平臺(tái)之一（圖1），由達(dá)索公司使用云端技術(shù)，基于瀏覽器開發(fā)^［17-18］。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了前臺(tái)和后臺(tái)的雙重整合，前臺(tái)的各應(yīng)用模塊基于同一個(gè)3D圖形引擎，后臺(tái)的所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一套數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，平臺(tái)底層為單一數(shù)據(jù)源架構(gòu)，不同人員、不同軟件模塊可以共享同一數(shù)據(jù)。平臺(tái)集成了ENOVIA、CATIA、DELMIA和SIMULIA 4類主要應(yīng)用模塊，其中，CATIA模塊在三維建模方面功能強(qiáng)大，支持參數(shù)化建模和骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，方便用戶快速建立復(fù)雜曲面構(gòu)件三維模型；DELMIA模塊提供了虛擬裝配仿真技術(shù)，可用于施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)模擬。此外，3DE平臺(tái)還提供了眾多二次開發(fā)功能，如Interactive User Defined Feature（交互式自定義特征）、 Knowledge Ware（智能構(gòu)件）、Automation API（ 自動(dòng)化接口）和CAA API等（表1），方便用戶進(jìn)行個(gè)性化需求開發(fā)。

3DE平臺(tái)因其強(qiáng)大的支持體系，為基于同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)混凝土壩建模與處理、數(shù)據(jù)無(wú)損復(fù)用和動(dòng)態(tài)可視化展示提供了一條可行的技術(shù)路線。然而，若僅使用3DE平臺(tái)原生功能進(jìn)行混凝土壩施工進(jìn)度仿真，仍存在模型分割、數(shù)據(jù)交互傳遞、進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)模擬的問題。用戶使用CATIA模塊原生功能進(jìn)行模型分割處理時(shí)，需花費(fèi)大量時(shí)間手動(dòng)進(jìn)行重復(fù)性操作，效率低下。若使用Knowledge Ware開發(fā)技術(shù)編制功能模板，能一定程度上提高模型分割效率，但需要用戶具備較高開發(fā)水平。當(dāng)方案修改導(dǎo)致模型分割要求變化時(shí)，用戶仍需重復(fù)進(jìn)行類似操作，導(dǎo)致模型分割效率提升優(yōu)勢(shì)不明顯。此外，用戶使用DELMIA模塊進(jìn)行施工進(jìn)度可視化模擬時(shí)，需提前進(jìn)行各施工模塊制造和施工過(guò)程規(guī)劃，按照進(jìn)度仿真結(jié)果逐項(xiàng)裝配排序，才能確定進(jìn)度仿真流程。該過(guò)程需用戶進(jìn)行成百上千次重復(fù)性的操作，而且當(dāng)施工仿真方案調(diào)整時(shí)又需重復(fù)大量裝配操作，這并不利于施工進(jìn)度仿真的多方案比選。

3DE平臺(tái)提供的CAA API開發(fā)技術(shù)，能處理從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的二次開發(fā)工作，使用嵌入式開發(fā)方法生成的功能模塊可以和原系統(tǒng)緊密結(jié)合，有利于系統(tǒng)功能模塊集成。本文利用3DE的CAA API開發(fā)技術(shù)，進(jìn)行混凝土壩施工進(jìn)度仿真可視化研究，主要解決以下問題：① 如何優(yōu)化混凝土壩三維模型分割效率，形成滿足大壩分縫分層規(guī)則的澆筑塊模型；② 如何快速批量計(jì)算模型幾何屬性，實(shí)現(xiàn)與施工進(jìn)度仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)損交互；③ 如何在3DE平臺(tái)擴(kuò)展施工仿真可視化模塊，增強(qiáng)仿真可視化展示的集成度和交互性，為混凝土壩施工組織設(shè)計(jì)決策活動(dòng)提供有效的評(píng)價(jià)信息。

針對(duì)問題①，研發(fā)滿足混凝土壩分縫分層規(guī)則的快速分割工具，實(shí)現(xiàn)以規(guī)則表單預(yù)定義的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工具自動(dòng)運(yùn)行，快速獲取編碼規(guī)則有序的混凝土壩澆筑塊模型，實(shí)現(xiàn)模型分割精度和效率的優(yōu)化。

針對(duì)問題②，研發(fā)混凝土壩澆筑塊模型特征屬性計(jì)算提取與數(shù)據(jù)交互工具，實(shí)現(xiàn)模型屬性高效計(jì)算，為施工進(jìn)度仿真系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。將仿真計(jì)算獲取的結(jié)果數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到大壩模型，實(shí)現(xiàn)模型仿真屬性擴(kuò)展與應(yīng)用。

針對(duì)問題③，研發(fā)混凝土壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化交互窗口，實(shí)現(xiàn)大壩施工進(jìn)度仿真全過(guò)程動(dòng)態(tài)模擬、控制性節(jié)點(diǎn)形象面貌展示和關(guān)鍵信息查詢，仿真結(jié)果以動(dòng)畫、圖表等形式直觀高效呈現(xiàn)，增強(qiáng)仿真可視化展示的集成度和交互性。

2 基于3DE的施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

本文設(shè)計(jì)的基于3DE的混凝土壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化方法，其技術(shù)路線如圖2所示。主要分為以下部分：

（1）混凝土壩三維模型快速分縫分層。建立大壩三維模型，結(jié)合分縫構(gòu)造要求，制定分縫規(guī)則并以參數(shù)化表單形式進(jìn)行描述，根據(jù)分縫規(guī)則和澆筑層厚，表單參數(shù)自動(dòng)生成壩段和倉(cāng)位分割面、分層分割面，對(duì)大壩模型進(jìn)行實(shí)體分割，形成混凝土壩澆筑塊模型。當(dāng)分縫分層方案改變時(shí)，只需修改參數(shù)化表單對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，即可重新劃分大壩三維模型，獲取新方案的澆筑塊模型。

（2）混凝土壩澆筑塊模型特征屬性計(jì)算提取與數(shù)據(jù)交互。不同于常規(guī)的混凝土壩澆筑塊幾何形體參數(shù)近似計(jì)算，獲取混凝土壩澆筑塊模型后，此方法自動(dòng)計(jì)算澆筑塊的高程、體積和角點(diǎn)坐標(biāo)等特征屬性，為混凝土壩施工進(jìn)度仿真系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。仿真計(jì)算后將結(jié)果以表單形式關(guān)聯(lián)到3DE數(shù)據(jù)庫(kù)，使混凝土壩澆筑塊模型自動(dòng)擴(kuò)展仿真屬性。當(dāng)多種施工進(jìn)度仿真方案進(jìn)行比選時(shí)，重復(fù)上述流程，即可快速獲取不同方案的仿真結(jié)果。

（3）混凝土壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化交互。研發(fā)進(jìn)度仿真交互窗口，展示混凝土壩施工進(jìn)度仿真全過(guò)程和關(guān)鍵仿真結(jié)果，方便用戶快捷獲取進(jìn)度仿真關(guān)鍵信息，對(duì)比不同方案的仿真結(jié)果，為施工組織設(shè)計(jì)決策活動(dòng)提供有效的數(shù)據(jù)信息。

2.2 具體實(shí)施方式

本文提出的方法，各部分設(shè)計(jì)內(nèi)容具體實(shí)施方式闡釋如下。

2.2.1 建立混凝土壩整體三維設(shè)計(jì)模型

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，在CATIA模塊中設(shè)置混凝土壩建模坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)在拱壩底部上游拱圈的中心位置，X軸垂直水流方向從左岸指向右岸，Y軸順大壩中心線指向下游，Z軸通過(guò)原點(diǎn)垂直向上。利用骨架關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)化建模功能，建立混凝土壩三維設(shè)計(jì)模型。

2.2.2 混凝土壩模型快速分縫分倉(cāng)分層

根據(jù)混凝土壩設(shè)計(jì)規(guī)范的構(gòu)造要求，綜合考慮壩體結(jié)構(gòu)布置、混凝土溫控防裂和混凝土施工等因素，分別制定拱壩和重力壩分縫分層規(guī)則。

對(duì)于混凝土拱壩，考慮到為避免壩底應(yīng)力集中產(chǎn)生裂縫而設(shè)置轉(zhuǎn)折縫，轉(zhuǎn)折縫與橫縫不在同一平面，需分段設(shè)置分縫面規(guī)則，每段分橫縫參數(shù)包括壩段高程值H、方位角α、截距L和轉(zhuǎn)折縫夾角θ。對(duì)于混凝土重力壩，橫縫分割面形式簡(jiǎn)單，通過(guò)兩個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)參數(shù)（x_i，y_i）和（x_j，y_j）定義分割面，創(chuàng)建分橫縫規(guī)則表單。設(shè)置縱縫時(shí)，通過(guò)兩個(gè)特征點(diǎn)坐標(biāo)參數(shù)、設(shè)置轉(zhuǎn)折縫高程值H及轉(zhuǎn)折縫夾角θ，創(chuàng)建重力壩分縱縫規(guī)則表單。壩段分層表單參數(shù)包括壩段編號(hào)、倉(cāng)位編號(hào)、底高程、頂高程和層厚。

基于3DE提供的CAA API開發(fā)方式，以C++命令流方式自動(dòng)編譯執(zhí)行操作，具體步驟主要為：調(diào)用CATIGSMUseLine、CATIGSMUseLoft等API接口，根據(jù)分縫分層規(guī)則表單中定義的參數(shù)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的軸線和多截面曲面等機(jī)械特征，批量生成混凝土壩各類分割面；調(diào)用CATIGSMUseSplit接口，驅(qū)動(dòng)生成的分割面自動(dòng)對(duì)壩體進(jìn)行實(shí)體分割；通過(guò)API接口和規(guī)則表單的聯(lián)合運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)混凝土壩模型快速分割操作。

將上述功能封裝并形成快速分割工具，以功能按鈕的形式集成到CATIA工具欄中（圖3）。用戶輸入分割規(guī)則表單即可驅(qū)動(dòng)分割工具自動(dòng)運(yùn)行，獲取混凝土壩澆筑塊模型。所有澆筑塊在CATIA模塊的結(jié)構(gòu)樹上按照預(yù)先設(shè)定的編碼規(guī)則依次排列，便于用戶快速檢索。

2.2.3 混凝土壩澆筑塊模型特征屬性計(jì)算提取與數(shù)據(jù)交互

大壩各澆筑塊模型按照“壩段號(hào)”+“-”+“倉(cāng)位號(hào)”+“-”+“澆筑層號(hào)”的形式進(jìn)行命名和排序。調(diào)用CATIMeasurableInContext等接口，研制澆筑塊模型屬性計(jì)算與提取工具，集成到CATIA工具欄。采用遍歷循環(huán)方式自動(dòng)計(jì)算各澆筑塊的特征屬性，如壩段編號(hào)、倉(cāng)位編號(hào)、澆筑層號(hào)、底高程、頂高程、澆筑層厚、倉(cāng)面面積、倉(cāng)面寬度、倉(cāng)面長(zhǎng)度、澆筑層體積、澆筑層上下左右4個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)、重心點(diǎn)坐標(biāo)等，其蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)信息能準(zhǔn)確表征模型幾何屬性及空間位置。將澆筑塊特征屬性數(shù)據(jù)按預(yù)定義字段的數(shù)據(jù)表導(dǎo)出，作為混凝土壩施工仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參與仿真計(jì)算，輔助提升仿真計(jì)算分析效率。

根據(jù)施工規(guī)范、大壩基礎(chǔ)約束區(qū)、脫離基礎(chǔ)約束區(qū)澆筑塊的澆筑層厚和對(duì)應(yīng)的間歇期、相鄰壩塊允許高差、相鄰壩段高差限制、夏冬季施工間歇時(shí)間差值等限制條件，綜合判斷各壩塊的可澆筑性，仿真計(jì)算后確定壩塊動(dòng)態(tài)澆筑順序。

研制施工進(jìn)度仿真系統(tǒng)和3DE平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互工具，集成到CATIA工具欄中（圖4）。根據(jù)澆筑塊編碼的唯一性，基于澆筑塊唯一編碼建立仿真數(shù)據(jù)和模型特征屬性數(shù)據(jù)之間的映射關(guān)系，將壩塊澆筑時(shí)間、層間間歇、澆筑強(qiáng)度、機(jī)械澆筑效率和接縫灌漿進(jìn)度等關(guān)鍵仿真信息，批量導(dǎo)入3DE平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。澆筑塊模型自動(dòng)獲取仿真信息，實(shí)現(xiàn)仿真數(shù)據(jù)和特征屬性數(shù)據(jù)無(wú)損交互及共享。

當(dāng)大壩施工方案調(diào)整變化時(shí)，對(duì)不同施工方案進(jìn)行仿真比選。施工方案的調(diào)整有兩種情況：第一種是對(duì)階段仿真或區(qū)域仿真方案的調(diào)整，當(dāng)施工過(guò)程中分層方案、壩段區(qū)間或一定高程范圍內(nèi)仿真邊界條件發(fā)生變化時(shí)，可對(duì)關(guān)心的某時(shí)段、某區(qū)域內(nèi)的部位再次進(jìn)行仿真。在當(dāng)前混凝土壩已澆筑形象的基礎(chǔ)上，使用快速分縫分層工具，獲取調(diào)整方案對(duì)應(yīng)的剩余尚未澆筑的混凝土壩澆筑塊模型；使用屬性計(jì)算提取與數(shù)據(jù)交換工具，獲取剩余尚未澆筑的混凝土壩澆筑塊幾何特征屬性信息，調(diào)整仿真參數(shù)數(shù)值，重新進(jìn)行施工仿真模擬，迭代調(diào)整階段仿真或區(qū)域仿真方案對(duì)應(yīng)的澆筑塊模型、施工進(jìn)度仿真結(jié)果，更新兩者耦合的數(shù)據(jù)信息。第二種是對(duì)整體施工方案的調(diào)整，當(dāng)混凝土壩分縫分層方案發(fā)生改變或新增需要進(jìn)行分割的壩段倉(cāng)位時(shí)，重復(fù)大壩快速分割、模型屬性計(jì)算提取與數(shù)據(jù)交互操作，更新混凝土壩模型分割結(jié)果、施工進(jìn)度仿真結(jié)果以及兩者耦合的數(shù)據(jù)信息。

分析比較不同施工方案的仿真結(jié)果，選取各指標(biāo)相對(duì)較優(yōu)的方案，將施工方案仿真結(jié)果與混凝土壩澆筑塊模型進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)選方案和仿真信息數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)耦合關(guān)聯(lián)。

2.2.4 混凝土壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化交互

調(diào)用3DE平臺(tái)CAA應(yīng)用架構(gòu)的3DViewer控件和Filter功能，創(chuàng)建混凝土壩施工進(jìn)度仿真三維動(dòng)態(tài)可視化交互窗口，集成到CATIA工具欄中（圖5）?？梢暬翱谥饕峁┦┕みM(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)澆筑全過(guò)程、控制性節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的大壩靜態(tài)形象面貌、混凝土澆筑強(qiáng)度圖表、接縫灌漿展示、展示查詢及數(shù)據(jù)篩選過(guò)濾統(tǒng)計(jì)分析等多項(xiàng)仿真成果內(nèi)容，為用戶提供直觀具象、可視化的仿真分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)大壩施工進(jìn)度仿真三維動(dòng)態(tài)可視化全過(guò)程展示。

3 應(yīng)用實(shí)例

旭龍水電站為Ⅰ等大（1）型工程，樞紐工程主要由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)和過(guò)魚設(shè)施等建筑物組成，擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩。

3.1 混凝土拱壩快速分割

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，使用骨架設(shè)計(jì)結(jié)合模板實(shí)例化模式，建立拱壩三維模型。拱壩劃分21個(gè)壩段，設(shè)置20條橫縫，橫縫形式包括鉛直平面縫、分段鉛直平面縫和轉(zhuǎn)折縫，如圖6所示。每條橫縫的各段分縫面通過(guò)壩段高程值H、方位角α、截距L和轉(zhuǎn)折縫夾角θ等4個(gè)參數(shù)定義規(guī)則，形成拱壩分橫縫規(guī)則參數(shù)化表單。通過(guò)表單數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)壩體分橫縫工具分割壩體，獲取拱壩分壩段模型。該工程拱壩不設(shè)置縱縫，不考慮壩段分倉(cāng)。各壩段的分層分割面通過(guò)壩段編號(hào)、倉(cāng)位編號(hào)、底高程、頂高程和層厚5個(gè)參數(shù)定義規(guī)則，形成壩段分層參數(shù)化表單。通過(guò)表單數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)混凝土壩分層工具進(jìn)行批量化分割，獲取拱壩壩段分層模型。

拱壩各壩段澆筑塊在結(jié)構(gòu)樹上有序、規(guī)則排列，共形成926個(gè)澆筑塊（圖7）。分割用時(shí)大約1 min，相較于CATIA模塊原生手動(dòng)分割用時(shí)（約3 h）及Knowledge Ware開發(fā)分割模板用時(shí)（約1 h），耗時(shí)大幅縮短。模型分割結(jié)果準(zhǔn)確、精度高，操作簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的分割優(yōu)化效果。

3.2 模型屬性計(jì)算提取與數(shù)據(jù)交互

使用屬性計(jì)算提取工具自動(dòng)測(cè)算拱壩各澆筑塊的特征屬性，共生成926條數(shù)據(jù)記錄，計(jì)算用時(shí)約1 min。這些特征屬性作為對(duì)象語(yǔ)義，自動(dòng)關(guān)聯(lián)到對(duì)應(yīng)澆筑塊模型中。按照預(yù)定義的幾何特征屬性表樣式，導(dǎo)出Excel數(shù)據(jù)表，為施工進(jìn)度仿真系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（圖8）。當(dāng)拱壩澆筑層厚方案改變時(shí)，重復(fù)使用模型屬性計(jì)算提取工具，快速獲取不同方案對(duì)應(yīng)的澆筑塊模型特征屬性。

針對(duì)拱壩施工進(jìn)度可能影響較大的層間最小間歇、相鄰壩段最大高差、最大允許懸臂高度、年度有效施工時(shí)長(zhǎng)和澆筑層厚等因素，擬定多種仿真方案，不同方案對(duì)應(yīng)的施工進(jìn)度結(jié)果不同。在施工進(jìn)度仿真系統(tǒng)中進(jìn)行計(jì)算分析，綜合考慮各種因素作用以獲取合理的施工仿真方案。從仿真結(jié)果中篩選出壩塊澆筑時(shí)間、層間間歇、澆筑強(qiáng)度、機(jī)械澆筑效率和接縫灌漿進(jìn)度等仿真信息，通過(guò)數(shù)據(jù)交互工具導(dǎo)入3DE平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，賦予拱壩澆筑塊模型仿真信息，使之?dāng)U展仿真屬性，為拱壩施工進(jìn)度可視化表達(dá)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.3 施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化交互

混凝土拱壩施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)可視化展示與屬性查詢?nèi)鐖D9所示。在混凝土壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化交互窗口，用戶設(shè)置要展示的拱壩數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)、壩段范圍、高程范圍和展示時(shí)間段，窗口左側(cè)即可根據(jù)仿真結(jié)果確定的澆筑順序依次、連貫、有序地顯示壩段動(dòng)態(tài)澆筑進(jìn)度。窗口界面支持任意拖動(dòng)進(jìn)度時(shí)間條，展示對(duì)應(yīng)的拱壩進(jìn)度形象面貌，也可以連續(xù)動(dòng)態(tài)播放拱壩施工進(jìn)度全過(guò)程。窗口右側(cè)二維圖表跟隨展示拱壩澆筑強(qiáng)度和累計(jì)澆筑強(qiáng)度。

在靜態(tài)形象展示窗口，用戶進(jìn)行同樣的設(shè)置后，窗口左側(cè)展示設(shè)定時(shí)間段內(nèi)拱壩施工進(jìn)度控制性節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維模型靜態(tài)形象，窗口右側(cè)跟隨展示拱壩混凝土已完成澆筑強(qiáng)度和累計(jì)澆筑強(qiáng)度。根據(jù)顯示的拱壩澆筑強(qiáng)度，獲取對(duì)應(yīng)的混凝土工程量，可作為依據(jù)編制詳細(xì)的進(jìn)度計(jì)劃和施工形象圖。

在混凝土壩施工接縫灌漿展示窗口，導(dǎo)入仿真結(jié)果的接縫灌漿數(shù)據(jù)，顯示設(shè)定時(shí)間段內(nèi)大壩接縫灌漿灌區(qū)澆筑形象面貌及對(duì)應(yīng)累計(jì)灌漿強(qiáng)度，獲取年度灌漿工程量計(jì)劃并可據(jù)此細(xì)化月份灌漿計(jì)劃以指導(dǎo)施工。

通過(guò)屬性類型篩選，實(shí)時(shí)展示滿足過(guò)濾條件的拱壩澆筑塊BIM模型及對(duì)應(yīng)數(shù)量。用戶補(bǔ)充仿真計(jì)算結(jié)果時(shí)，通過(guò)編輯3DE數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)澆筑塊BIM語(yǔ)義信息的任意擴(kuò)展，并支持直接關(guān)聯(lián)到混凝土壩BIM模型中，從而豐富混凝土壩施工進(jìn)度仿真模型的數(shù)據(jù)信息。

基于3DE平臺(tái)創(chuàng)建的混凝土拱壩澆筑塊模型，支持以通用的三維數(shù)據(jù)格式無(wú)損導(dǎo)出到渲染軟件。用戶在軟件中疊加該工程區(qū)域的地形數(shù)據(jù)和衛(wèi)片影像數(shù)據(jù)，引入機(jī)械設(shè)備三維模型，能快速構(gòu)建包含GIS場(chǎng)景在內(nèi)的、效果逼真的大壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化場(chǎng)景，可用于工程宣傳、方案匯報(bào)展示等其他用途（圖10）。

鑒于大壩異形曲面建模困難、設(shè)計(jì)和施工階段大壩三維模型顆粒度要求不同、模型數(shù)據(jù)和施工進(jìn)度仿真數(shù)據(jù)交互不便、施工進(jìn)度仿真可視化程度不高等現(xiàn)狀問題，本文創(chuàng)新性地提出了基于3DE的混凝土壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化方法，研發(fā)了模型快速分割、模型屬性批量計(jì)算提取和數(shù)據(jù)交互、施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)交互等實(shí)用工具。研究結(jié)果表明：該方法可以有效提高混凝土壩不同階段模型分割效率，優(yōu)化模型屬性計(jì)算提取和數(shù)據(jù)交互方式，大壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化展示過(guò)程直觀高效、集成度高、交互性好，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)查詢和操作方便，模型數(shù)據(jù)格式通用，可快速用于其他三維展示場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)損復(fù)用。研發(fā)的一系列工具人機(jī)交互界面指令明確、方便易用，較大程度上降低了使用者的專業(yè)技能要求。本文提出的方法在實(shí)際工程中應(yīng)用效果良好，對(duì)混凝土壩施工進(jìn)度仿真動(dòng)態(tài)可視化研究具有明顯的應(yīng)用價(jià)值。

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（編輯：胡旭東）

Dynamic visualization for construction progress simulation of concrete dams based on 3DE

ZHOU Zipei，ZHANG Zuyan，JIAN Xingchang，XIE Wei，ZENG Lu

（Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：Computer simulation technology is often used to simulate the construction progress of concrete dams，in which，a 3D model of dams is generally used as the visual expression carrier.However，in this way the model granularity requirements are different during the design and construction simulation stages，the model data and simulation results are inconvenient to interact，and the visualization of construction progress simulation is not strong.In order to realize the rapid building of concrete dam model in different stages，the correlated application of model attributes and simulation data，and the high integration and interaction of progress simulation visualization display，a dynamic visualization method for concrete dam construction progress simulation based on 3DE was proposed，and tools such as rapid segmentation of concrete dam model，batch calculation and extraction of attributes and data interaction，and dynamic display of construction progress simulation were developed.Finally，the concrete arch dam of Xulong Hydropower Station was taken as an example for practical application.The results showed that this method has the advantages of simple operation，non-destructive multiplexing of data and good visualization effect，which can provide a new idea for the dynamic visualization of concrete dam construction simulation progress.

Key words：concrete dam; construction progress simulation; dynamic visualization; 3DE; Xulong Hydropower Station