可視化仿真技術及其在水利水電工程中的應用分析

陳新和

摘要：近幾年，我國水利水電工程中科技在逐漸完善的同時，產生了一種新型技術即可視化仿真技術。可視化仿真技術是將計算機可視化技術和系統仿真技術相互融合產生一種新型仿真技術。全過程動態仿真理論、基于GIS的三維動態數字模型構造、圖像輔助仿真建模等方法是構成可視化仿真理論及方法的主要結構和內容，成功實現了仿真建模等工作可視化。本文將結合實際情況對可視化仿真技術進行分析，從而使可視化仿真技術更好的應用于水利水電工程。

關鍵詞：可視化；水利水電工程；仿真技術

水利水電工程具有規模大、投資多、施工難度大等特點，因此在進行工程設計和管理過程中，應科學合理的選擇施工方法，同時優化施工機械及配套組合方案，制定符合實際的施工計劃，對施工信息進行高效簡潔的管理，確保工程可以如期完成。可視化仿真技術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題開辟了新道路。

一、可視化仿真技術概述

（一）研究背景

上世紀70年代外國科學家開始提出循環網絡仿真技術，并發展出了一系列工程仿真應用軟件。這些應用軟件僅在土木工程施工過程中才會使用。直到上個世紀80年代初，才有人提出在水利水電工程中應用仿真技術。天津大學率先展開對水利水電施工過程中的可視化技術進行研究，并在隨后20年的研究中取得優秀成果并提高了社會效益。近些年，天津大學繼續開展推動水電水利工程設計可視化、數字化的研究活動。依靠電子計算機科學、工程科技和系統科學的迅猛發展，對三維動態可視化仿真理論進行大量研究，并獲得了一系列創新性成果。

（二）可視化仿真技術

1 可視化仿真技術的含義

可視化仿真技術的本質是利用圖像形式對仿真技術進行跟蹤，駕馭并對處理結果的一種技術[1]。可視化仿真技術的發展實現了可視軟件界面的可視化，可以更直觀、迅速、高效、形象的進行建模工作。在引進可視化仿真技術后系統的子模塊可以通過圖形表示，利用鼠標在屏幕上直接進行操作就可順利完成仿真任務，使得工作人員的工作質量顯著提高，同時降低了施工難度。

2 全過程動態仿真理論與方法

全過程動態仿真理論將面向對象的動態仿真圖形輔助建模、分析優化網絡、動態演示等技術進行有機融合，從而達到對施工過程進行全面跟蹤模擬的目的。全過程動態仿真理論可以充分體現出整個系統工程的中心思想，這條理論針對整個水利水電工程進行全方位的優化調配，綜合考慮到整個系統中各個工程之間、各個工作方面之間相互制約相互影響的施工關系，而不是針對部分細節進行個別優化，通過分析對整體施工進度和施工強度進行分析，準確獲得施工狀況信息，從而使施工組織進行工程設計時有理可依并有據可查[2]。

3 基于GIS的三維動態數字模型構造可視化方法

這種可視化方法由三部分構成。首先是建立數字地形模型，對施工地區的地質結構進行仿真建模，是整個工程可視化的重要部分；其次是動態實體參數化數字建模，按照具體對象的屬性分類，分別用點線畫體四類圖形數據對參照物進行表述；最后是動態地形建模，這個部分的主要功能是對數字地形模型進行修改完善，實質上是對地形TIN進行操作，將兩種模型在修改后進行融合，為人們提供清晰可視化的地區圖[3]。

二、可視化仿真技術在水利水電工程中的應用

可視化仿真技術主要應用于以下幾個施工過程：第一，用于復雜地下洞室群施工。地下廠房施工具有挖掘量大、施工條件復雜、施工難度高的特點，是一項極其復雜的施工過程，因此在施工過程中需要面對諸多問題。例如，由于施工時間具有一定的隨意性，使得工程出現隨機排隊現象影響影響其他工程進度；復雜的地下洞室系統加之數量較少的施工通道，使得各個工序之間互相干擾等問題嚴重。為了降低工程難度，我國科研小組提出了可視化仿真理論并成功的應用到施工過程中[4]。通過對地下復雜洞室群進行分析從而得到準確數據，優化施工方案，保證工程順利進行。第二，用于水利水電工程導截流施工設計。在進行這項施工時，通常需要對大量數據及圖片進行分析，如壩區的水文、地質地形資料以及施工現場的布置圖、樞紐設計等數據圖紙。因此，應對這些數據及圖紙進行高效管理，從而提高設計效率。在施工組織設計進行的過程中，施工導流方案尤為重要，是施工組織設計的關鍵環節，由于這項設計相對復雜，使人們無法直觀了解不同的設計方案。針對這一情況，科研人員將可視化仿真技術引用到這項工程過程中。可視化仿真技術的出現有效解決了這一問題，同時實現了對施工導截流可視化信息圖片管理并建立了三維動態演示系統，為水利水電工程導截流施工設計提供了便利。第三，應用于混凝土壩施工。對混凝土壩施工時，需要充分考慮應力溫度、澆筑時間、澆筑機械設備等因素，在施工過程中需要按照一定原則進行分縫分塊澆筑。由于混凝土澆筑工程量較大，各種施工條件較為復雜，使得施工進度進展緩慢同時無法具體規劃澆筑順序。在制定相應計劃過程中，傳統的方法多是依靠經驗來完成工作，這種方法缺乏系統計算和精確定位，無法為混凝土壩施工提供可靠依據。隨著我國科學技術的不斷發展，可視化仿真技術也逐漸被應用到混凝土壩施工中，這種方法通過計算機技術實現了對混凝土壩施工進行全程動態仿真實驗，從而使工作人員可以更直觀的了解施工過程，為優化機械設備控制施工進度提供便利[5]。

結束語：

綜上所述，可視化仿真技術在水利水電工程中的應用符合先進科技社會的需要，為水電工程設計向數字化、可視化、智能化方向轉變創造了有利條件。水利水電工程技術的完善，可有效解決我國能源緊缺問題，并為人民生產生活提供不竭動力。

參考文獻：

[1] 畢慶雙.可視化仿真技術在水利工程中的應用[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挖可視化設計方法初探[J].低碳地產，2016，2（18）：328.

[3] 杜成波.水利水電工程信息模型研究及應用[D].天津大學，2014.

[4] 林科科.探究水利水電工程施工場地總布置可視化動態演示系統[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研究[J].建材與裝飾，2016（20）：275-276.endprint