劉凱

摘要

BIM技術(shù)，通過(guò)先進(jìn)的數(shù)字化科技，建立一套完全虛擬的建筑信息模型，為實(shí)際的建筑信息提供系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文以水利水電為研究對(duì)象，探究可視化仿真技術(shù)的軟件平臺(tái)、模型構(gòu)造以及實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在可視化仿真的應(yīng)用，促進(jìn)BIM技術(shù)在水利水電工程可視化仿真中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù) 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(shù)通過(guò)動(dòng)畫(huà)的形式，將復(fù)雜的施工過(guò)程形象的演示出來(lái)，并以圖形的形式將系統(tǒng)的信息、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)，為施工提供科學(xué)、有效的依據(jù)。將BIM技術(shù)應(yīng)用到水利水電工程的可視化仿真技術(shù)中，可以之間將施工過(guò)程演示出來(lái)，簡(jiǎn)化了可視化仿真技術(shù)的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)過(guò)程。

1 實(shí)現(xiàn)可視化仿真技術(shù)的平臺(tái)

水利水電工程中，可視化仿真技術(shù)會(huì)涉及到空間地理信息的靜態(tài)數(shù)據(jù)，如施工地形、水利樞紐布局等，同時(shí)還需要將建筑施工、地形深挖等邏輯關(guān)系反映出來(lái)，如此繁雜的工作需要軟件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)——Navisworks軟件。

Navisworks軟件在描述相關(guān)靜態(tài)、邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)時(shí)，具有很強(qiáng)的優(yōu)越性。

（1）軟件平臺(tái)能夠支持大部分的三維設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)整合三維模型，將于工程相關(guān)的虛擬模型，合為一個(gè)建筑模型，在通過(guò)計(jì)算機(jī)渲染，將水利水電現(xiàn)場(chǎng)施工的場(chǎng)景形象的展現(xiàn)出來(lái)。

（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(chǎng)景、規(guī)則與導(dǎo)入的時(shí)間進(jìn)度一一對(duì)應(yīng)，賦予原三維模型時(shí)間屬性，然后便可直接演示施工的所有過(guò)程。

（3）軟件能夠連接外部的數(shù)據(jù)庫(kù)，支持ODBC程序，通過(guò)編寫(xiě)SOL語(yǔ)言，與虛擬模型與數(shù)據(jù)庫(kù)建立唯一的連接，實(shí)現(xiàn)模型與屬性之間的對(duì)接。

通過(guò)Navisworks軟件實(shí)現(xiàn)可視化仿真的方案如]下

（1）根據(jù)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(guò)Navisworks軟件軟件進(jìn)行貼圖濱染。

（2）采集虛擬模型的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)化成Navisworks軟件支持的格式，在通過(guò)軟件獨(dú)有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織屬性信息以及時(shí)間參數(shù)。

（3）通過(guò)Navisworks軟件中的二次開(kāi)發(fā)功能以及四維模擬功能，能夠?qū)崿F(xiàn)水利水電工程仿真信息可視化。

2 可視化仿真模型的構(gòu)造

在建立水利水電工程的施工動(dòng)態(tài)模型以及可視化信息查詢、分析的基礎(chǔ)之上，需要建立一個(gè)三維數(shù)字模型，形象、逼真的描述工程的總體情況。

2.1 數(shù)字化地形模型

數(shù)字化地形模型，簡(jiǎn)稱DTM，是組成水利水電工程模型的重要部分，同時(shí)是布置、職工的建筑場(chǎng)所，通常會(huì)使用Civil3D軟件。描述地形表面時(shí)，一般采用不規(guī)則的三角網(wǎng)格，TIN模型將不規(guī)則的地形點(diǎn)，按照特定的規(guī)則一個(gè)不相交的三角網(wǎng)，將地面高低起伏的變化直觀的展現(xiàn)出來(lái)。

2.2 地形動(dòng)態(tài)填挖

實(shí)施地形動(dòng)態(tài)填挖的過(guò)程為：

（1）確定填筑的曲面，通常是由大壩的地面以及開(kāi)挖的邊坡組成。

（2）將已經(jīng)確定的設(shè)計(jì)曲面，通過(guò)放坡到原地形曲面，從而獲取原地形曲面與設(shè)計(jì)曲ffi木目

（3）從原地形曲面上，沿著交線將設(shè)計(jì)曲面所包含的填挖區(qū)域、多余的填筑邊坡切掉，然后將言地形曲面與設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)模型

在水利水電的施工過(guò)程中，混凝土壩的實(shí)際形態(tài)會(huì)施工的時(shí)間發(fā)生相應(yīng)的變化。因此在建立動(dòng)態(tài)模型時(shí)，需要將模型分為若干具有相關(guān)屬性的澆筑塊，如施工方量、施工時(shí)間、澆筑機(jī)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(gè)壩體的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。然后通過(guò)CAD軟件，繪制出三維實(shí)體模型，采用布爾運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)各個(gè)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(gòu)造。

2.3.2 壩體分塊

通過(guò)（1）中已經(jīng)建立的模型，將CAD軟件嵌入仿真系統(tǒng)之中，利用CAD二次開(kāi)發(fā)的功能，同步壩體澆筑的仿真計(jì)算和澆筑塊自動(dòng)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(guò)Access數(shù)據(jù)庫(kù)將仿真饒筑信息輸出，而分塊的大壩模型信息會(huì)儲(chǔ)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(guī)則的曲面，因此建立該模型需要使用Rhino軟件。首先，根據(jù)壩體的結(jié)構(gòu)、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(yùn)算、Loft、Extend、patch等技術(shù)，繪制現(xiàn)段的相關(guān)模型。為了能夠?qū)崿F(xiàn)在仿真系統(tǒng)的中動(dòng)態(tài)演示，需要按照施工的進(jìn)度、材料的供給等，將每個(gè)壩段分為不同的填筑層，才能在最終的可視化系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)演示。

3 實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)的動(dòng)態(tài)可視化仿真

3.1 三維動(dòng)態(tài)演示

動(dòng)態(tài)演示水利水電的施工過(guò)程，需要利用Navisworks軟件中的TimeLiner的功能，仿真計(jì)算的到的動(dòng)態(tài)信息，包括土石壩的建筑塊、混凝土壩額建筑塊、形體參數(shù)、施工時(shí)間等。

（1）將已經(jīng)區(qū)分后的圖形，導(dǎo)入Navisworks軟件中，通過(guò)這樣的操作并不會(huì)改變圖形的屬性。

（2）將水利水電工程的施工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)中，然后設(shè)定恰當(dāng)?shù)娜蝿?wù)以及外觀，生成施工動(dòng)畫(huà)。

（3）利用Navisworks軟件中的Animator的功能模塊，制作施工場(chǎng)景中的巡航畫(huà)面，并將其超鏈接至動(dòng)畫(huà)中，模擬在不同角度觀察施工動(dòng)態(tài)。

3.2 可視化信息查詢

實(shí)現(xiàn)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(xiàng)目”的模塊，提過(guò)該功能，能夠查詢圖形的屬性信息，并實(shí)現(xiàn)仿真信息的可視化。

（2）通過(guò)Navisworks軟件的API以及NET二次開(kāi)發(fā)的功能，查詢施工場(chǎng)景的相關(guān)信息。在查詢信息時(shí)，可以按照年、月、日方式查詢具體時(shí)刻的具體形態(tài)信息，并且會(huì)在軟件界面中通過(guò)相應(yīng)的顏色標(biāo)注出相關(guān)圖形，使信息更加直觀。

3.3 查詢工程形體

通過(guò)Navisworks軟件中的部分功能，可以查詢?nèi)我鈮味?、任意高度的形體，然后查看模型的信息。在查看過(guò)程中，可以使用審閱工具添加工人員對(duì)于工程進(jìn)度的意見(jiàn)與建議。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，BIM技術(shù)在可視化仿真信息的查詢中扮演著重要的角色，同時(shí)是其核心技術(shù)之一，在模型通用化、數(shù)據(jù)模型化、信息數(shù)據(jù)化中發(fā)揮了巨大的作用。將BIM技術(shù)應(yīng)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(zhì)量，并減少施工的成本支出，促進(jìn)工程的發(fā)展。

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