达索系统水电工程大坝施工仿真

寂静回声

水利水电工程（下文统称“水电工程”）是一项复杂的系统工程，建设周期长、投资大、结构复杂、涉及问题多，因此在决策阶段或建设前期需要预测工程项目实施存在的问题并能及时加以纠正，降低工程投资风险。计算机仿真为水电工程施工过程的研究开创了新方法。
可视化仿真技术可以将三维或多维动态数据和信息转化为可以显示的三维动态图像，水电工程施工进度通过三维空间数据和不规则的地表地形，虚拟描述工程实体之间复杂逻辑关系。利用计算机来仿真大坝混凝土浇筑施工过程及进度，采用已获取的三维模型和地表地形数据，针对工程项目建立三维的、动态的、可视的虚拟仿真环境，通过计算机的准确计算、快速反应与工程技术人员的实际经验相结合，从而使仿真切合实际，使大坝的浇筑面貌和仿真结果趋近真实。
通过达索系统3DEXPERIENCE平台，我们可以建立施工场地三维整体模型，将其与水电工程施工进度相链接，并建立施工进度计划中各工序及时间与三维施工对象之间的对应关系, 反映其动态变化规律以及相互间的信息转换、动态模拟相应的变化过程。
施工进度计划是施工组织设计的中心内容,是在承包合同规定的条款下,在规定施工方案基础上对各部分工程项的开始和结束时间作出具体的日程安排。传统的施工进度表示方法是采用水平图表(横道图)、垂直图表和网络图的2D形式。随着工程规模的不断增大和施工水平的不断提高,这种施工进度的单纯的图表表示方法已不能满足施工技术人员对工程施工进度整体把握的要求。

施工进度模型是在建设工程结构物的三维模型上附加时间因素，并将该结构物的三维模型随时间变化的形成过程以动态形式表现出来。在现阶段水电工程施工中，三维结构模型主要用于大坝结构设计成果的静态展示或动态漫游演示，而且动态演示并没有结合施工进度。

利用计算机模拟大坝施工随时间变化的3D动态过程，必须对该过程建立合适的4D模型。以施工平面图和网格图为代表的传统施工组织设计成果难以描述这种模型及其复杂的内在关系。3DEXPERIENCE平台技术为实现大坝施工过程的动态模拟和动态管理提供了可能。

所谓数字建模是指把客观世界中的实体对象在计算机中用真实的空间位置来表示 , 并使空间关系及其属性按一定方式结合起来, 从而实现空间实体与属性信息的一一对应。我们以大坝坝体为例，来建立一个大坝坝体的数字模型。通常的建模思路分几何建模、形象建模和三维显示三个部分。

几何建模是给定一组几何元素和一系列描述几何元素间关系的约束条件，求解这组几何元素以满足这些几何约束。整个建模过程借助3DEXPERIENCE软件平台来实现,利用鼠标在计算机屏幕上直接绘制或利用模型库中已有的元件拼合成实体空间几何模型。

形象建模是用基本体素组合成三维实体模型，并通过集合运算和基本变形操作如平移、旋转、错切、反射等变换来构造的。这样有利于实现以体、面、线、点为基础的各种几何运算和操作，而且三维实体模型是按绝对真实的尺寸构造出来的数字化矢量模型，因此其中的任何要素都是可度量的。

根据结构形式及功能的不同, 将大坝划分为几个坝段，这样整个坝体被分为相对独立的单个部件。对各部件分别进行图形建模，这时再将模型中定量信息变量化使之成为可调整的参数(参数包括限制元素大小的尺寸约束和限制元素位置的几何约束)；既加快了建模的速度，又提高了建模的准确性。通过调整参数对其进行修改，最后按照结构层次关系连接组合起来,就形成了整个大坝数字模型。

施工进度三维动态可视化是对任意时刻工程进度面貌的再现，反映了工程施工的动态变化过程。将复杂工程系统用三维图形表现出来，根据工程进度计划，得到任意时刻的工程施工面貌，将各个面貌依时间顺序在屏幕上显示出来，由于图像的连续播放以及视觉的暂留，便可产生动画效果。其中工程施工仿真模拟的三维动态面貌由工程系统各施工单元的形体参数、时间T以及T时刻各施工单元的施工进度来确定。

大坝的几何模型按照坝段进行组织，将每个坝段包含的几何体以组为单位组织，便于以后的计算。几何模型的切分应综合考虑施工工期、工程量等多个因素，保证切分后的三维模型能够直接与施工进度进行挂接。由于大坝几何模型相对比较规则，我们通过3DEXPERIENCE平台提供的EKL语言对大坝每个坝段的几何模型进行裁剪计算出大坝在指定的浇筑状态下的几何模型。这样做一次建模，通过简单模板部件输入，即可得到不同浇筑状态下的模型。

3DEXPERIENCE平台根据用户要求和相关技术标准，建立了大坝施工进度的分部、分项施工工程项。我们可通过3DEXPERIENCE的EKL语言按施工进度要求自动生成大坝坝体的主要分部、分项工程的施工工程项，并自动进行工程项编排，而无需进行每个工程项的输入，提高了可视化施工进度仿真模型编辑的工作效率。

按照水电工程施工组织设计计划和施工进度仿真建模的整体思路，整个水电工程大坝施工进度对应着工程控制的基本单位是工序。工序作为一个基本控制单元，配备的人员和机械设备基本固定，采用的施工方法也基本不变。实施过程是工序的详细反应，且都是反复循环进行的，为了提高仿真计算的效率，降低数字模型的复杂性，3DEXPERIENCE平台提供了施工工序与分制工程项的挂接，通过的工序编排组织进行仿真计算。为了提高进度信息关联效率，我们通过EKL语言将施工进度与施工工序组织在一起，进行三维可视化的动态管理、指导并优化施工进度。

水电工程施工是一个动态过程, 它涉及施工信息众多，施工逻辑关系复杂。因此 , 建立一个能充分反映工程施工过程信息的施工进度三维数字模型是实现施工进度三维动态可视化的基础。水电工程施工源于达索3DEXPERIENCE在制造业的成功应用-数字化制造技术。平台提供模型显示和进度展示两个窗口，进行大坝施工仿真模拟结果的显示和查询，包括任意时刻大坝三维模型显示、资源需求查询和大坝施工全过程动画演示。

基于3DEXPERIENCE技术的施工进度动态管理，可结合大坝施工方案调整进度计划，找出施工过程中可能存在的问题，优化可视化施工进度虚拟建造过程；同时，当施工项目发生工程变更时，施工项目管理者依据变更情况对进度、资源等信息进行相应的调整，再将调整后的信息交互到3DEXPERIENCE平台中，进行施工进度动态管理和展示。

达索系统3DEXPERIENCE可视化动态施工管理通过将进度计划、三维模型、场地布置等施工管理要素有机结合，按照计划进度动态模拟施工过程，实现对施工过程的交互式可视化呈现，能实现施工进度控制，减少施工浪费，满足项目“设计、采购、施工”一体化管理要求。可视化动态施工管理需要我们面向国际化的设计标准、面向EPC总承包的特殊要求，借助三维平台实现标准化设计、工厂化预制、模块化施工、专业化管理、自主化建设，真正让企业走出国门，走向世界。