BIM技術在水利水電工程可視化仿真中的應用

劉凱

摘要

BIM技術，通過先進的數字化科技，建立一套完全虛擬的建筑信息模型，為實際的建筑信息提供系統的數據基礎。本文以水利水電為研究對象，探究可視化仿真技術的軟件平臺、模型構造以及實現BIM技術在可視化仿真的應用，促進BIM技術在水利水電工程可視化仿真中的應用。

【關鍵詞】BIM技術 水利水電工程 可視化仿真

在水利水電的工作中，可視化仿真技術通過動畫的形式，將復雜的施工過程形象的演示出來，并以圖形的形式將系統的信息、數據呈現出來，為施工提供科學、有效的依據。將BIM技術應用到水利水電工程的可視化仿真技術中，可以之間將施工過程演示出來，簡化了可視化仿真技術的應用與開發過程。

1 實現可視化仿真技術的平臺

水利水電工程中，可視化仿真技術會涉及到空間地理信息的靜態數據，如施工地形、水利樞紐布局等，同時還需要將建筑施工、地形深挖等邏輯關系反映出來，如此繁雜的工作需要軟件平臺來實現——Navisworks軟件。

Navisworks軟件在描述相關靜態、邏輯關系數據時，具有很強的優越性。

（1）軟件平臺能夠支持大部分的三維設計軟件，通過整合三維模型，將于工程相關的虛擬模型，合為一個建筑模型，在通過計算機渲染，將水利水電現場施工的場景形象的展現出來。

（2）出三維功能之外，軟件還擁有模擬四維的功能，將工程的場景、規則與導入的時間進度一一對應，賦予原三維模型時間屬性，然后便可直接演示施工的所有過程。

（3）軟件能夠連接外部的數據庫，支持ODBC程序，通過編寫SOL語言，與虛擬模型與數據庫建立唯一的連接，實現模型與屬性之間的對接。

通過Navisworks軟件實現可視化仿真的方案如]下

（1）根據水利水電工程的建筑特征以及樞紐的分布，建立可視化的三維模型，然后通過Navisworks軟件軟件進行貼圖濱染。

（2）采集虛擬模型的動態數據，然后轉化成Navisworks軟件支持的格式，在通過軟件獨有的數據結構組織屬性信息以及時間參數。

（3）通過Navisworks軟件中的二次開發功能以及四維模擬功能，能夠實現水利水電工程仿真信息可視化。

2 可視化仿真模型的構造

在建立水利水電工程的施工動態模型以及可視化信息查詢、分析的基礎之上，需要建立一個三維數字模型，形象、逼真的描述工程的總體情況。

2.1 數字化地形模型

數字化地形模型，簡稱DTM，是組成水利水電工程模型的重要部分，同時是布置、職工的建筑場所，通常會使用Civil3D軟件。描述地形表面時，一般采用不規則的三角網格，TIN模型將不規則的地形點，按照特定的規則一個不相交的三角網，將地面高低起伏的變化直觀的展現出來。

2.2 地形動態填挖

實施地形動態填挖的過程為：

（1）確定填筑的曲面，通常是由大壩的地面以及開挖的邊坡組成。

（2）將已經確定的設計曲面，通過放坡到原地形曲面，從而獲取原地形曲面與設計曲ffi木目

（3）從原地形曲面上，沿著交線將設計曲面所包含的填挖區域、多余的填筑邊坡切掉，然后將言地形曲面與設計曲面完美的融合在一起，形成最終的地形曲面。

2.3 混凝土壩動態模型

在水利水電的施工過程中，混凝土壩的實際形態會施工的時間發生相應的變化。因此在建立動態模型時，需要將模型分為若干具有相關屬性的澆筑塊，如施工方量、施工時間、澆筑機械等。

2.3.1 建模

首先將二維圖紙中的壩體分成不同的壩段，并明確各個壩體的相關數據信息。然后通過CAD軟件，繪制出三維實體模型，采用布爾運算，實現各個壩段的模型，最后將所有的壩段模型組合在一起，完成大壩整體的模型構造。

2.3.2 壩體分塊

通過（1）中已經建立的模型，將CAD軟件嵌入仿真系統之中，利用CAD二次開發的功能，同步壩體澆筑的仿真計算和澆筑塊自動的部分。隨著澆筑信息的生成，三維模型能夠形成具有澆筑信息的澆筑塊。最后，通過Access數據庫將仿真饒筑信息輸出，而分塊的大壩模型信息會儲存在CAD的文件中。

2.4 土石壩建模

通常情況下，土石壩的壩體地面是不規則的曲面，因此建立該模型需要使用Rhino軟件。首先，根據壩體的結構、功能以及施工材料的信息，將壩體分為若干壩段，然后采用布爾運算、Loft、Extend、patch等技術，繪制現段的相關模型。為了能夠實現在仿真系統的中動態演示，需要按照施工的進度、材料的供給等，將每個壩段分為不同的填筑層，才能在最終的可視化系統是實現動態演示。

3 實現BIM技術的動態可視化仿真

3.1 三維動態演示

動態演示水利水電的施工過程，需要利用Navisworks軟件中的TimeLiner的功能，仿真計算的到的動態信息，包括土石壩的建筑塊、混凝土壩額建筑塊、形體參數、施工時間等。

（1）將已經區分后的圖形，導入Navisworks軟件中，通過這樣的操作并不會改變圖形的屬性。

（2）將水利水電工程的施工數據轉換為Navisworks軟件支持的格式，利用TimeLiner功能將其添加至CSV格式的數據中，然后設定恰當的任務以及外觀，生成施工動畫。

（3）利用Navisworks軟件中的Animator的功能模塊，制作施工場景中的巡航畫面，并將其超鏈接至動畫中，模擬在不同角度觀察施工動態。

3.2 可視化信息查詢

實現可視化仿真信息的查詢，有兩種辦法，具體如下：

（1）在Navisworks軟件中具有“查找項目”的模塊，提過該功能，能夠查詢圖形的屬性信息，并實現仿真信息的可視化。

（2）通過Navisworks軟件的API以及NET二次開發的功能，查詢施工場景的相關信息。在查詢信息時，可以按照年、月、日方式查詢具體時刻的具體形態信息，并且會在軟件界面中通過相應的顏色標注出相關圖形，使信息更加直觀。

3.3 查詢工程形體

通過Navisworks軟件中的部分功能，可以查詢任意壩段、任意高度的形體，然后查看模型的信息。在查看過程中，可以使用審閱工具添加工人員對于工程進度的意見與建議。

4 結語

綜上所述，BIM技術在可視化仿真信息的查詢中扮演著重要的角色，同時是其核心技術之一，在模型通用化、數據模型化、信息數據化中發揮了巨大的作用。將BIM技術應用在水利水電工程中，能夠有效的提高工作效率以及工作質量，并減少施工的成本支出，促進工程的發展。

參考文獻

[1]張坤南.基于BIM技術的施工可視化仿真應用研究[D].青島理工大學，2015.

[2]姜振.分析全過程動態仿真技術及其在水利水電工程施工中的應用[J].江西建材，2015（23）：134+142.