可视化仿真技术及其在水利水电工程中的应用分析

陈新和

摘要：近几年，我国水利水电工程中科技在逐渐完善的同时，产生了一种新型技术即可视化仿真技术。可视化仿真技术是将计算机可视化技术和系统仿真技术相互融合产生一种新型仿真技术。全过程动态仿真理论、基于GIS的三维动态数字模型构造、图像辅助仿真建模等方法是构成可视化仿真理论及方法的主要结构和内容，成功实现了仿真建模等工作可视化。本文将结合实际情况对可视化仿真技术进行分析，从而使可视化仿真技术更好的应用于水利水电工程。

关键词：可视化；水利水电工程；仿真技术

水利水电工程具有规模大、投资多、施工难度大等特点，因此在进行工程设计和管理过程中，应科学合理的选择施工方法，同时优化施工机械及配套组合方案，制定符合实际的施工计划，对施工信息进行高效简洁的管理，确保工程可以如期完成。可视化仿真技术的完善符合水利水电工程的客观需要，为解决水利水电工程施工难度大的问题开辟了新道路。

一、可视化仿真技术概述

（一）研究背景

上世纪70年代外国科学家开始提出循环网络仿真技术，并发展出了一系列工程仿真应用软件。这些应用软件仅在土木工程施工过程中才会使用。直到上个世纪80年代初，才有人提出在水利水电工程中应用仿真技术。天津大学率先展开对水利水电施工过程中的可视化技术进行研究，并在随后20年的研究中取得优秀成果并提高了社会效益。近些年，天津大学继续开展推动水电水利工程设计可视化、数字化的研究活动。依靠电子计算机科学、工程科技和系统科学的迅猛发展，对三维动态可视化仿真理论进行大量研究，并获得了一系列创新性成果。

（二）可视化仿真技术

1 可视化仿真技术的含义

可视化仿真技术的本质是利用图像形式对仿真技术进行跟踪，驾驭并对处理结果的一种技术[1]。可视化仿真技术的发展实现了可视软件界面的可视化，可以更直观、迅速、高效、形象的进行建模工作。在引进可视化仿真技术后系统的子模块可以通过图形表示，利用鼠标在屏幕上直接进行操作就可顺利完成仿真任务，使得工作人员的工作质量显著提高，同时降低了施工难度。

2 全过程动态仿真理论与方法

全过程动态仿真理论将面向对象的动态仿真图形辅助建模、分析优化网络、动态演示等技术进行有机融合，从而达到对施工过程进行全面跟踪模拟的目的。全过程动态仿真理论可以充分体现出整个系统工程的中心思想，这条理论针对整个水利水电工程进行全方位的优化调配，综合考虑到整个系统中各个工程之间、各个工作方面之间相互制约相互影响的施工关系，而不是针对部分细节进行个别优化，通过分析对整体施工进度和施工强度进行分析，准确获得施工状况信息，从而使施工组织进行工程设计时有理可依并有据可查[2]。

3 基于GIS的三维动态数字模型构造可视化方法

这种可视化方法由三部分构成。首先是建立数字地形模型，对施工地区的地质结构进行仿真建模，是整个工程可视化的重要部分；其次是动态实体参数化数字建模，按照具体对象的属性分类，分别用点线画体四类图形数据对参照物进行表述；最后是动态地形建模，这个部分的主要功能是对数字地形模型进行修改完善，实质上是对地形TIN进行操作，将两种模型在修改后进行融合，为人们提供清晰可视化的地区图[3]。

二、可视化仿真技术在水利水电工程中的应用

可视化仿真技术主要应用于以下几个施工过程：第一，用于复杂地下洞室群施工。地下厂房施工具有挖掘量大、施工条件复杂、施工难度高的特点，是一项极其复杂的施工过程，因此在施工过程中需要面对诸多问题。例如，由于施工时间具有一定的随意性，使得工程出现随机排队现象影响影响其他工程进度；复杂的地下洞室系统加之数量较少的施工通道，使得各个工序之间互相干扰等问题严重。为了降低工程难度，我国科研小组提出了可视化仿真理论并成功的应用到施工过程中[4]。通过对地下复杂洞室群进行分析从而得到准确数据，优化施工方案，保证工程顺利进行。第二，用于水利水电工程导截流施工设计。在进行这项施工时，通常需要对大量数据及图片进行分析，如坝区的水文、地质地形资料以及施工现场的布置图、枢纽设计等数据图纸。因此，应对这些数据及图纸进行高效管理，从而提高设计效率。在施工组织设计进行的过程中，施工导流方案尤为重要，是施工组织设计的关键环节，由于这项设计相对复杂，使人们无法直观了解不同的设计方案。针对这一情況，科研人员将可视化仿真技术引用到这项工程过程中。可视化仿真技术的出现有效解决了这一问题，同时实现了对施工导截流可视化信息图片管理并建立了三维动态演示系统，为水利水电工程导截流施工设计提供了便利。第三，应用于混凝土坝施工。对混凝土坝施工时，需要充分考虑应力温度、浇筑时间、浇筑机械设备等因素，在施工过程中需要按照一定原则进行分缝分块浇筑。由于混凝土浇筑工程量较大，各种施工条件较为复杂，使得施工进度进展缓慢同时无法具体规划浇筑顺序。在制定相应计划过程中，传统的方法多是依靠经验来完成工作，这种方法缺乏系统计算和精确定位，无法为混凝土坝施工提供可靠依据。随着我国科学技术的不断发展，可视化仿真技术也逐渐被应用到混凝土坝施工中，这种方法通过计算机技术实现了对混凝土坝施工进行全程动态仿真实验，从而使工作人员可以更直观的了解施工过程，为优化机械设备控制施工进度提供便利[5]。

结束语：

综上所述，可视化仿真技术在水利水电工程中的应用符合先进科技社会的需要，为水电工程设计向数字化、可视化、智能化方向转变创造了有利条件。水利水电工程技术的完善，可有效解决我国能源紧缺问题，并为人民生产生活提供不竭动力。

参考文献：

[1] 毕庆双.可视化仿真技术在水利工程中的应用[J].黑龙江水利科技，2014（4）：180-181.

[2] 吴美晶，蒋有生.水利水电工程土石方开挖可视化设计方法初探[J].低碳地产，2016，2（18）：328.

[3] 杜成波.水利水电工程信息模型研究及应用[D].天津大学，2014.

[4] 林科科.探究水利水电工程施工场地总布置可视化动态演示系统[J].江西建材，2015（23）：128-128，132.

[5] 韦金立.水利水电工程施工可视化管理系统研究[J].建材与装饰，2016（20）：275-276.endprint