計算機仿真技術在水利工程中的應用研究

胡康 孫傳標

摘 要：水利工程在施工過程中，由于其工序較多、工藝復雜且內容豐富，常常影響工程的施工進度，使用傳統的方法難以進行合理的編制與直觀描述。將計算機仿真技術應用到水里施工的進度計劃編制之中，可以達到優化資源配置、提高水工管理水平以及合理安排施工進度等等非常實用的作用。

關鍵詞：仿真技術;水利工程;應用研究

前言：

水利工程的建設與管理是一項非常龐大的工程，具有著使用大量人力物力、項目周期長以及投入資金較多等特點。

針對于水利工程的前期實驗，傳統方法是將工程比例縮小建立真實的物理模型，通過施加各種程度的水力來進行參數設計，雖然方法同樣有效直觀，但是存在著占地面的較大，資源浪費等缺點。使用二維的傳統模型設計又無法直觀的表達各種設計上的細節，無法流暢的進行討論與交流合作。測試所得的數據、報表等難以適應現代施工的要求。

虛擬現實技術的發展與應用正好適應這種客觀的求取，該項技術在水里工程建設方面具有著廣闊的發展前景，為解決上述問題提供了全新的路徑。其主要優勢表現在：能夠真實的表現出施工想要達到的真實地貌;實現在設計與建設之中多專業的協調與合作;為建成后的運行管理提供了可視化的平臺，對于工程經濟以及社會效益的宣傳、生態環境的影響展示提供了良好的平臺。

一、計算機仿真技術的特點

由于使用計算機仿真技術，可以快速的對于多種施工方案進行迅速且詳細的比較與分析，可以節省大量的勘測時間以及人力物力，所以計算機仿真技術在水利工程的施工方面占據這絕對重要的作用。利用計算機可以進行超快速計算的特點，計算機仿真技術可以在極短的事件內模擬出若干個可以實際進行實施的工程方案，并且還可以在此基礎之上，將施工之中可能遇到的問題、不理因素加以總結并給予相對應的解決方案進行參考，從而使得工程進展變得更加的快速有效，為高效率的開展水利工程建設奠定了堅實的基礎。再有，計算機模擬仿真技術僅僅需要使用一部電腦一個軟件就可以完成相應的工作設計及實驗，不需要再投入大量的金錢與時間建立物理模型，在軟件的購買方面，在購買了一個軟件編程之后，可以長期的對于多個方案進行重復計算與模擬實驗，軟件的可重復使用性質也是物理模型所無法與之進行比較的，使用計算機仿真技術可以在水利工程方案的制作之中省去較多的經濟投入，降低水利工程項目的投入成本。然后，使用計算機仿真模擬技術得到的施工方案，相比較于使用傳統方法所獲得的施工方案更加的具有可靠性，通過計算機進行數據分析與精密計算，能夠成功體現水利施工項目建設后的仿真模型，且能夠提前分析各種內外條件導致的施工影響因素，使工程建設階段可以提前進行預防及避免。最后，計算機仿真技術的應用范圍及其廣泛，不僅僅是在水利工程建施工方案中可以發揮極大的作用，在其他同類型的建設項目當中以及醫療、航空、教育、軍事、娛樂等方面都可以發揮出其強大的作用與實力。

二、計算機仿真模擬技術在施工中的應用

（一）施工場地布置系統的分析與設計

水利水電的工程施工是一個及其復雜的動態系統，各個環節之間相互關聯、互相滲透、互相影響，其涉及到工程實施的各個方面。通過對于水利水電的施工特性以及各個內部環節的特性，可將水利水電的施工分解為兩個子系統，也就是場地布置與工程施工。

隨著工程施工的推進這兩個子系統也同樣跟隨其進度進行向前推進，一直處于一個動態的變化過程。兩者處于互相影響的關系，合理的場地布置使得工程施工按照計劃進度進行可以輕易的如期完成工作計劃;而工程施工進度的合理安排也可以使得場地布置工作變得更加的合理有序，不至于手忙腳亂。反之同樣也會產生互相的負面影響，引發施工中不協調的現象發生，如果施工進度計劃安排的不合理，就會導致施工場地發生擁塞的情況，極度的影響施工的下一步進展，甚至會因為場地的顯示而影響到計劃的正常執行，導致延誤了工期甚至是停工現象的發生。

一旦破壞這兩個子系統在施工過程中建立起來的平衡狀態，就會發生在施工過程中的不協調情況。使用傳統的數字計算方法進行規劃，能夠計算出其是否達到平衡，是否具有科學性，但是不能較為形象的反映出其在施工過程中的平衡過程。使用虛擬現實的仿真技術則可以對于這一方面進行有效的彌補，其可以完整的將施工開始到結束的平衡過程直接呈現給工程的決策者，如果在實際的施工過程中發生計劃意外的事情導致不平衡的出現也可以及時的做出調整，虛擬現實仿真技術也可以在施工之前模擬操作，預測有可能發生的意外事件，提前給出解決方案，極大地提升了工程效率。

（二）虛擬現實仿真技術的演示與設計

根據水利水電的現場施工特點以及其地理信息技術的特性，可以將該系統分解為四個基礎模塊，也就是：數據采集、信息查詢與檢索、三維施工的動態演示以及應用模型。

該演示系統的主要功能也是給予上述四個基礎模塊來進行的。基于數據采集的模塊，可以建立有效的數字地形圖，以便于日后進行分析與討論;基于信息查詢與檢索的模塊，用戶可以在數字地圖模塊建立的施工場地全貌圖中點擊某一處進行詳細的查詢，查詢于該場地有關的各種信息，方便于日后的調查與討論使用;基于三維施工場地動態巖石模塊，可以有效的將施工場地以三維圖形的動態方式顯示在屏幕之中，同時將施工場地的各種動態信息，如文字、數字、溫度、濕度等信息全部顯示在大屏幕下方的信息框當中進行實時性的更新;基于應用模型模塊，可以建立友好的人機界面，提高用戶與虛擬現實仿真技術的交互體驗，使得用戶可以更加直觀方便的使用該系統。

結語：

虛擬現實仿真技術在水利工程建設行業中具有著相當廣闊的應用前景，可以為決策者提供更加快速、準確的信息與相應的技術上的支持，而且可以做到極快的反應與事先預測的能力。可以及時的對于整個工程項目的進程與突發事件的發生進行反應與計劃調整，減少因為計劃安排不當或因為各種內外突發事件發生而導致的誤工、停工事件的發生。對于加強工程項目的管理、加快工程項目的施工進程以及減少工程項目的資金投入這方面起著至關重要的作用。

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