基于CATIA的心墙堆石坝施工动态仿真

钟登华，张琴娅，杜荣祥，佟大威，石志超

（天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津　300072）

基于CATIA的心墙堆石坝施工动态仿真

钟登华，张琴娅，杜荣祥，佟大威，石志超

（天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津300072）

目前堆石坝施工动态仿真研究多是基于施工仿真结果构建三维可视化系统，然而系统中三维模型不易被修改，且提供的施工信息量有限，针对此问题，本文提出了以CATIA为基础的堆石坝施工动态仿真构架.首先，采用参数化技术建立堆石坝三维模型，实现了三维模型的快速修改更新；同时，利用CATIA的二次开发功能建立了具有扩展属性的堆石坝三维模型，这不仅提供了施工场景，还提供了大坝的形体参数、道路节点信息等施工信息；最后，以实际工程为例，结合离散事件仿真方法，建立了基于CATIA的心墙堆石坝施工仿真模型及系统平台，实现了堆石坝施工过程的三维动态表达及4D模型的远程交互，可为堆石坝施工管理提供重要理论与技术支持.

CATIA；施工动态仿真；参数化技术；扩展属性；堆石坝

大型水电工程的建筑物类型众多，施工作业种类繁多，对于堆石坝而言，道路布置及其他建筑物的布置也错综复杂，二维图纸不仅难以准确而直观地表达设计意图，而且也难以解决施工期时间和空间冲突等问题.国外很多学者应用施工动态仿真的方法来有效地解决施工过程中的各种冲突问题和评价施工进度方案的可行性.Al-Hussein等［1］在2006年以土木工程建设为例，在3DS MAX环境下结合三维可视化与塔机仿真，分析了塔机的运行仿真结果；Chen等［2］在2013年提出了以增强现实为基础的三维虚拟模型，并将其成功运用到一个典型的交通运输的离散事件仿真中；Wang等［3］在2014年将建筑信息模型BIM与施工仿真相结合，考虑施工工期的不确定性得到工程施工的进度计划，建立了以BIM为基础的4D模型.目前国外有关施工动态仿真的研究主要是集中于交通运输和土木建筑这些领域中，有关水电工程的堆石坝施工动态仿真方面的研究很少.

目前，国内的施工动态仿真主要集中在大坝施工仿真的三维建模方法和可视化等方面，钟登华等［4］和尹习双等［5］在2005年对水电工程的三维可视化进行了研究，开发了三维动态可视化仿真系统，展现了水利水电工程可实时交互的虚拟仿真场景；陈小桥等［6］在2010年针对水电工程施工阶段的施工管理问题，以丹江口大坝加高工程为例，在网络基础设施的基础上实现了分布式的水电施工过程的虚拟仿真系统；李红亮等［7］在2011年建立了以动态循环网络技术为基础的面板堆石坝施工实时动态仿真系统，并利用OGRE引擎实时渲染工程三维面貌，实现了施工过程的三维可视化；李小帅等［8］在2012年以CATIA与3DS MAX 软件为平台，与CG知识库相结合，搭建了水电工程的三维可视化仿真场景.

综上所述，目前国内的现有研究多是基于大坝施工仿真结果构建三维动态可视化系统，水电工程三维模型多是基于3DS MAX等商业软件建立的，因此模型较难以修改，不利于重复利用，而且三维模型也只提供了比较有限的施工信息，少数采用CATIA与3DS MAX 软件为平台进行了水电工程三维可视化仿真研究，研究未结合大坝施工仿真模型，因此未能实现大坝施工动态仿真.基于上述研究的局限性，本文首先提出了以CATIA为平台的堆石坝施工动态仿真构架，在CATIA V5的环境下完成心墙堆石坝三维模型的建模，该三维模型具有易被修改的优点；其次，利用接口程序与数据库相结合构建了具有扩展属性的心墙堆石坝三维模型，具有扩展属性的三维整体模型不仅能够提供施工场景，还能提供大坝形体参数和道路的节点信息；最后结合实际工程进行了以CATIA为平台的堆石坝施工动态研究，建立了堆石坝施工动态仿真4D模型，可为堆石坝的施工管理提供重要的理论与技术支持.

1　基于CATIA的堆石坝施工动态仿真构架

施工动态仿真主要是将施工仿真在辅助实时决策方面的优势与真实施工场景下的仿真相结合，直观而形象地表现心墙堆石坝的施工过程，是一种有效的辅助管理决策工具.堆石坝施工动态仿真是通过将大坝主体、施工场地、枢纽建筑物以及其他基础配套设施的三维模型与进度计划相连接，形成4D模型.在CATIA环境下建立的三维模型具有参数化的特点和按照规则变形的能力，再将施工仿真进度计划以及有关的资源信息与CATIA三维模型相结合，建立基于CATIA的堆石坝施工过程4D模型.所形成的4D模型不仅实现了堆石坝施工全过程的仿真，有助于提前发现施工期间的冲突问题；而且也有助于空间冲突问题的分析以及施工整体布置的优化.基于CATIA的堆石坝施工动态仿真可分为4个部分，三维模型建模子系统、施工进度仿真子系统、数据共享子系统和4D动画子系统，如图1所示.

图1　基于CATIA的心墙堆石坝施工动态仿真构架Fig.1Framework of dynamic construction simulation for core rock-fill dam based on CATIA platform

堆石坝施工动态仿真的关键在于各个子系统之间数据的收集、储存和转换.首先是在CATIA V5环境下完成复杂施工场景的三维地表、枢纽建筑物和施工配套设施的建模、装配和管理，来表现堆石坝施工的真实环境，并建立三维模型过程中可以直接调用CATIA三维模型的模板库，该模板库通过使用输入端和几何参照进行参数修改，能够很好地适应各种需求，可以快速地完成各种重复三维建模工作，解决三维建模的重复利用问题；其次，根据堆石坝施工仿真的要求，通过VB构建具有扩展属性的堆石坝施工三维整体模型，实现大坝形体参数、坝体填筑道路的单元回路信息等施工仿真基础数据的存储；此外，通过施工仿真计算得到施工进度计划，由共享数据库将施工进度计划与CATIA 三维模型进行整合，使其带有时间属性，动态调用数据库形成4D动画，表现堆石坝施工的动态过程，方便技术和管理人员了解三维模型信息和施工进度计划，为施工管理提供有力的理论与技术支持.

2　心墙堆石坝施工动态仿真

2.1心墙堆石坝施工仿真的数学模型

心墙堆石坝施工是一个土石料从料场开采，经道路运输到坝面，再坝面填筑的过程，因此可以将心墙堆石坝施工划分为填筑料开挖子系统、道路运输子系统以及坝面填筑子系统3部分［9］（如图2所示）：①填筑料开挖子系统，包括石料场料物储量、最终开采量，每个料场的开采工作面数量、月开采强度、开采机械配置；②道路运输子系统，该子系统指的是土石料的运输，对于堆石坝而言，上坝的主要运输工具为自卸汽车，道路运输子系统主要包括自卸汽车的数量、车辆的行使密度及岔口等待车辆数量等；③坝面填筑子系统，包括上下游堆石料、反滤料、过渡料和心墙料的填筑作业，坝面填筑是指铺料、平土、洒水、碾压和质检等作业.这3个子系统既相互独立又相互制约，共同协调构成了心墙堆石坝施工的有机整体.填筑料开挖子系统和道路运输子系统通过开采强度和上坝强度紧密联系；坝面填筑子系统和道路运输子系统通过上坝强度与填筑强度紧密联系，当上坝强度大于填筑强度时，会造成上坝车辆的滞工，而当上坝强度过小时，不能满足填筑作业的填料需求，会造成坝体的填筑效率低，从而影响工期.

心墙堆石坝施工仿真是坝体施工工序逻辑关系的基础，综合考虑降雨、施工作业方式、机械配套设施、施工工艺和日上升高差约束等因素，对心墙堆石坝施工过程进行了模拟和研究，可以用随机动态数学逻辑关系模型来描述这个过程，即状态转移方程为

式中：t=1，2，…，T，T表示有效的工作时间；H（i，t）为第i区t时刻的高程；ΔH（t）为t-1到t期间铺层的厚度；i表示堆石坝的分区号，i=1，2，3，…，N，N为堆石坝的分区个数.

目标函数为

式中：fd（X）为工期的目标函数；fu（X）为机械利用率的目标函数；fr（X）为施工场内交通运行情况；向量X表示施工方案.面对设计阶段的心墙堆石坝施工仿真的目标，是找到满足施工进度计划的较短工期、较优的机械利用率和施工场内交通压力较小的施工方案.

综合约束条件为

式中：W为外部约束；N为内部约束.W和N的表达式为

图2　心墙堆石坝施工过程分解示意Fig.2 Schematic diagram of core rock-fill dam construction

式中：Ri为降雨概率；V为坝体汛前高程；d为施工导流；c为道路能力限制；A为施工场内整体布置情况；Td为施工方案的工期；Ts为计划工期；ha、hb为相邻填筑区的填筑高度；H为相邻高差的规定值；Δh为日上升高度；hd为日上升高度的限制值.

2.2基于CATIA的心墙堆石坝三维模型

依据工程的地形等高线图、平面布置图和枢纽建筑物设计等资料，运用CATIA的零部件设计、创成式设计、自由曲面设计以及知识工程模块，分别建立地表模型、枢纽建筑物模型、引水发电建筑物模型以及施工配套设施的三维模型.其中，零部件设计主要是建立三维实体模型，创成式设计以及自由曲面设计主要是建立三维曲面模型.然后运用纹理映射技术给三维模型附上与真实环境相似的材质，将所有模型进行合理的拼接和装配，并在三维场景中模拟出各种光影效果，构成了心墙堆石坝施工场景［10］.建立三维模型关键技术如下.

1） 数字地形模型建模技术

施工场地的地表模型不仅仅是整个施工三维模型的重要组成部分，也是施工各种建筑物布置和施工过程中开挖的基础［4］.水电工程地形地貌多以数字地形模型（DTM）的形式表现.对于所研究的水电工程地形起伏较大，地表的构建采用TIN模型（不规则三角网模型），TIN模型由离散的地形散点利用三角剖分算法，按照一定的规则生成一系列不相交的Delaunay三角网，如图3所示.

图3　Delaunay三角网Fig.3 Delaunay triangle network

根据施工场地的特点和复杂程度确定点云的密度，由地形的点云的疏密程度来决定地形的真实性，TIN模型可以有效地避免数据的冗余，又便于地形的分析和计算，较好地反映水电工程的实际地形信息.对于初始生成的TIN，进行适当的内插细化以消除点云过密或信息采集缺乏而形成的细小狭长的三角形，形成高精度的DTM.具体步骤包括首先将地形图进行分析整理，通过二次开发工具将地形资料数据转化成点云数据，然后在digitized shape editor模块下导入点云数据，根据点云的疏密程度和重点区域，过滤一定数量的点云，根据点云构建mesh地表面，然后分析检查mesh面，最后进行优化处理形成地表模型.

2） 参数化技术

参数化设计（parametric design）是指将影响设计者建立模型的各种要素进行分类，将这些要素变成一系列函数的变量，并关联函数体中的变量，因此可以通过改变函数中一系列变量取值，来得到不同的函数值，获得相同函数所涵盖的不同设计方案.参数化设计的概念可用如下公式来描述

式中：F（f1，f2，…，fn）是一系列参数方程，n表示方程的个数；D（d1，d2，…，dn）是F函数的变量，表示几何尺寸之间的约束关系；X（x1，x2，…，xn）是F函数的变量，表示几何尺寸大小、几何位置和特征点的坐标等.

参数化建模能够利用数学公式和几何拓扑约束建立灵活的几何模型，参数化的模型不仅仅建立易被修改的几何模型，而且可以在模型被修改时进行自动更新，提高模型进行修改时的效率.参数化建模的优越性表现在：①模型的可变性：传统的建模大多数都是利用已知的数据，在传统的建模过程中，尺寸的变化可能会导致大部分设计的修改.参数化的设计方法应用设计过程中，提高了建模的效率.②模型的重复利用性：很多新建的建筑物是与原有的比较类似，差别不大，修改一些参数，模型就可以重复利用.③支持并行设计：有一些模型是有严格的先后关系的，很多后续的工作是依靠前面设计的数据，参数化设计可以有效支持并行设计.④从上到下的设计：在初级设计阶段，通常只知道粗略的轮廓，一般都假定一系列的尺寸来完成设计，通常，这些假定尺寸需要调整，这样的调整会带来大量的重复工作，从上到下的设计方法可以有效避开这些缺陷.

如图4所示，参数化设计首先是以二维草图为基础，草图是使用CATIA三维建模的基础，二维草图主要是由一些点、线、圆弧及曲线组成，这些草图的尺寸不是非常精确，只是模型大致的轮廓布置，然后通过约束条件及尺寸角度的定义来形成设计的几何实体模型.其中，约束包括水平、垂直、长度、角度、距离、相切、相合、对称约束以及接触约束、固联约束和自动约束.尺寸以及角度的约束不仅可以通过固定的值来进行约束，也可以通过建立参数以及数学公式来关联，当其中一个定义的参数发生变化时，其他相关联的参数也随机发生改变，最后整个模型会自动更新.

图4　参数化建模流程Fig.4 Process of parametric modeling

3） 知识工程技术

知识工程技术可以嵌入在设计和施工仿真的很多环节，应用知识工程技术可以很好地解决建模过程中很多相似模型的重复利用问题，提高建模的速度.知识工程技术主要包括参数化的关联设计、方程法设计以及知识工程规则设计.其中参数化的关联设计是知识工程建模的基础，把建模过程中需要控制的尺寸以参数的方式建立并保持关联，可以方便模型尺寸和位置的调整；其次，方程法设计主要是曲线的设计，可以利用法则定义溢洪道的曲面等，使模型更精确；知识工程规则设计是利用参数关联设计加以一定规则定义，使模型能按照一定的规则进行变形或参数选择.

2.3具有扩展属性的堆石坝三维整体模型

针对目前的堆石坝施工仿真中未能将三维整体模型直接结合到仿真计算中的问题，本文构建了具有扩展属性的三维整体模型.该模型不仅提供了施工场景，还提供了大坝的体型参数、施工道路节点信息等施工信息.首先三维模型能够提供模型的几何数据，包括堆石坝各个阶段的填筑高程和填筑量；其次通过CATIA的二次开发读取、储存大坝及道路的几何和非几何属性信息.施工道路信息包含各路段的编号、名称、等级、长度、起点节点和终点节点，以及连接各路段的节点，节点可分为岔口节点、运输节点、装料节点以及卸料节点.具有扩展属性的堆石坝三维模型结构如图5所示.

图5　具有扩展属性的堆石坝三维模型结构Fig.5 Structural diagram of 3D model for rock-fill dam with extended attributes

构建具有扩展属性的三维整体模型，关键在数据的读取与转换.CATIA具有强大的二次开发功能，对CATIA进行二次开发在进程内通过visual basic scripting edition（VBScript）脚本或者visual basic for application（VBA）来访问，在进程外通过OLE自动化对象来访问.首先利用VB.NET通过进程外的OLE自动化对象来访问CATIA，读取三维模型的几何和非几何信息，然后通过ADO（activeX data object）技术，将VB.net与外部数据库Access进行连接，在VB环境中直接对Access数据库进行操作，将大坝的体型参数、道路节点信息存储到仿真数据库中，作为施工仿真的基础数据.坝体的体型参数包括大坝分期分区的填筑量，每个单元层的高程和填筑量.其中部分代码如下：

对于心墙堆石坝上坝子系统而言，心墙堆石坝施工场内交通道路布置复杂，将各路段的编号、名称、等级、起点节点和终点节点，连接各路段的节点信息、堆石坝的填筑量以及其他的料物数量储存到ACCESS数据库中，从装料点和卸料点之间寻找出最优路线来建立单元回路模型，放入到仿真数据库中可以有效地支持堆石坝施工仿真.单元回路模型作为施工仿真的基础数据，施工仿真单元回路模型是指一辆运输机械在完成一次运料卸料过程中所依次经历的各个交通设施或服务节点.依据已知的装料点、卸料点等建模基础数据，对目标运输路径进行寻优，最优路线通常是装料点和卸料点之间的最短路径.本文通过开发CATIA的接口程序，寻找出装料点和卸料点之间的最短路径.在CATIA平台上中交互式地通过选择路径的起始点和终点，程序输出节点之间最短的路径编号，再根据最优运输路径建立单元回路模型，并放入到仿真数据库.

2.4堆石坝施工过程4D模型构建

心墙堆石坝施工4D模型是以基于CATIA的堆石坝施工场景三维模型为基础的，结合心墙堆石坝施工仿真实现的.堆石坝施工仿真是利用离散事件仿真的方法进行仿真，所以得到的施工仿真信息也是离散的，可以按天、周、月、季为单位显示.根据施工仿真进度计划，对应堆石坝的施工面貌及属性，生成堆石坝施工单元i对应的任意时刻t的施工面貌vi（t），则t时刻的堆石坝整体面貌可以表示为

式中：j为总单元数；vi（t）=fi（Xi，Yi，Zi，t）表示施工过程中施工单元的面貌随时间的变化.

在系统中设置一个动画步长，按时间顺序读取施工仿真数据库中的进度信息，不断地更新变量值，从而不断更新施工面貌，形成以CATIA为平台的堆石坝施工4D模型.

传统的施工动态仿真一般需要建立一个专门的显示平台，为了方便用户异地查询和分析，实现施工场景的远程交互显得尤为重要.由于堆石坝三维模型的数据量巨大，信息读取慢，采用3D XML作为模型数据间的交换工具.3D XML是用元素和属性来描述数据，通过引用及嵌套的方式指定元素间的结构层次关系，以结构树来储存每个节点对应到文件中，通过结构树的节点实现模型分类.利用3D XML作为数据转换工具，不仅有利于数据的读取，而且易于CATIA所建立的堆石坝三维模型发布到互联网中.网络环境下堆石坝施工4D模型实现框架如图6所示.

图6　网络环境下堆石坝施工4D模型实现框架Fig.6 Framework of 4D model for rock-fill dam under network environment

网络环境下堆石坝施工4D模型是从模型的信息共享数据库读取堆石坝施工场景等信息，通过改变施工场景中节点的域值来达到动态的效果.Web分为相对分离的4层，即服务层、引擎层、逻辑层和应用层［11］.服务层主要将堆石坝施工场景所需的三维模型、施工信息和动态数据等信息存储在数据库中.引擎层主要是对施工场景的管理，对纹理贴图、灯光效果、渐变等显示的支持.逻辑层主要处理施工场景中的逻辑关系和各种规则，以及碰撞后触发事件的处理、动作的判断等.应用层主要处理系统的显示部分.运用3DVIA Player ActiveX插件将文件嵌入到HTML页面中，页面集成了对三维模型的旋转缩放、枢纽建筑物和典型施工形象面貌的查看、4D动画的播放.心墙堆石坝施4D模型形象地展示堆石坝施工填筑过程，发布到网页进行4D漫游和典型施工面貌的交互查看，为堆石坝施工管理提供有力的支持.

3　工程实例

以西南地区某心墙堆石坝为例，大坝共分为7区，包括心墙区、上下游反滤区、上下游过渡区和上下游堆石区.大坝堆石料、过渡料、反滤料主要来自于4号石料场、溢洪道开挖、防冲消能开挖和有用料堆场.大坝填筑的开工日期为第4年4月，大坝共分为6期进行填筑.考虑参数改变对大坝形体参数的影响，加快修改三维模型速度，在CATIA平台上建立了大坝的参数化模型如图7所示，当参数改变时，模型可以进行更新，减少了方案变化带来的重复工作.提取了施工仿真计算所需的大坝形体参数、道路节点信息，录入到仿真数据库中.

图7　参数化的坝体三维模型Fig.7 Parametric 3D model of rock-fill dam

面对设计阶段的施工仿真主要是预测不同施工方案下堆石坝的施工参数和控制参数，评价施工方案的可行性并为以后的施工管理提供支持.对于设计阶段的施工仿真，本文综合考虑了有效的施工天数、施工作业方式、机械配套以及日上升高限制等约束条件，建立了心墙堆石坝施工仿真模型.仿真得到了各碾压层的起止时间、施工月填筑强度、施工机械利用率以及行车密度等施工参数.图8为第Ⅲ期月填筑强度，图9为第Ⅲ期路段623的行车密度.结合施工仿真实现了堆石坝施工动态仿真4D仿真及远程交互，如图10和11所示.

通过仿真计算分析，大坝的填筑工期为109个月，即从第4年4月初至第13年4月中旬，工期安排能够满足要求，比初始工期缩短2个月，与初始设计方案的对比如表1所示；堆石坝平均月上升高度为2.89，m，坝体填筑平均月填筑强度为43.26×104，m3，砾石心墙最大月填筑强度为8.10×104，m3，与初始的设计方案对比发现，坝体的施工强度比初始的设计方案略大.仿真统计了各路段的行车密度，施工仿真中发生最大行车密度的道路是第Ⅲ期的坝前公路.该路段最大行车密度68辆/h，平均行车密度42辆/h，比初始设计值略小.总的来说，各期上坝道路的行车密度都低于85辆/h（规范要求），满足要求.通过合理组织施工，这样的施工方案是可以实现的.

图8　第Ⅲ期月填筑强度Fig.8 Monthly filling intensity in the third stage

图9　第Ⅲ期路段623的行车密度Fig.9 Traffic density of road section 623 in the third stage

图10　堆石坝施工过程4D仿真Fig.10 4D construction simulation of rock-fill dam

图11　网络环境下的堆石坝施工过程4D仿真Fig.114D construction simulation of rock-fill dam under network environment

表1　仿真结果与初始设计方案的对比Tab.1Comparison between the simulation results and the initial design parameters

4　结 语

针对目前大坝施工动态仿真研究多是基于大坝施工仿真结果构建三维动态仿真系统，其三维模型存在不易修改、提供的施工信息量有限等问题，提出了以CATIA为平台的堆石坝施工动态仿真构架；建立了参数化的三维模型，构建了具有扩展属性的堆石坝三维模型，不仅提供了施工场景，还提供了施工道路节点信息、各阶段填筑量等施工信息；最后结合西南某心墙堆石坝进行了以CATIA为基础的心墙堆石坝施工动态仿真研究，获得了施工进度计划，实现了堆石坝施工过程4D仿真，为分析堆石坝施工进度的合理性提供了强有力的工具.

［1］Al-Hussein M，Athar N M，Yu H，et al. Integrating 3D visualization and simulation for tower crane operations on construction sites［J］. Automation in Construction，2006，15（5）：554-562.

［2］Chen H M，Huang P H. 3D AR-based modeling for discrete-event simulation of transport operations in construction［J］. Automation in Construction，2013，33：123-136.

［3］Wang W C，Weng S W，Wang S H，et al. Integratingbuilding information models with construction process simulations for project scheduling support［J］. Automation in Construction，2014，37：68-80.

［4］钟登华，南春辉，宋 洋. 水电工程施工进度三维动态可视化方法［J］. 天津大学学报，2005，38（4）：322-327.

Zhong Denghua，Nan Chunhui，Song Yang. Threedimensional dynamic visualization for the schedule of hydroelectric project［J］. Journal of Tianjin University，2005，38（4）：322-327（in Chinese）.

［5］尹习双，周宜红，胡志根，等. 基于虚拟现实的水电工程施工动态可视化仿真研究［J］. 系统仿真学报，2005，17（7）：1690-1693.

Yin Xishuang，Zhou Yihong，Hu Zhigen，et al. Research on dynamic simulation and visualization for construction process of hydropower project based on virtual reality［J］. Journal of System Simulation，2005，17（7）：1690-1693（in Chinese）.

［6］陈小桥，刘 超，毛瑞雪，等. 分布式水电工程施工过程虚拟现实仿真系统［J］. 武汉大学学报：工学版，2010，43（5）：593-598.

Chen Xiaoqiao，Liu Chao，Mao Ruixue，et al. Distributed virtual reality simulation for hydropower project construction process［J］. Engineering Journal of Wuhan University，2010，43（5）：593-598（in Chinese）.

［7］李红亮，翟 建，熊建清，等. 河口村水库面板堆石坝施工动态三维可视化仿真研究［J］. 水电能源科学，2011，29（11）：164-166.

Li Hongliang，Zhai Jian，Xiong Jianqing，et al. Study of dynamic three-dimensional visual simulation for concrete faced rock-fill dam construction［J］. Water Resources and Power，2011，29（11）：164-166（in Chi-nese）.

［8］李小帅，万 军，黄艳芳，等. CATIA V5 环境下水电工程三维可视化仿真场景中的应用研究［J］. 长江科学院院报，2012，29（12）：113-118.

Li Xiaoshuai，Wan Jun，Huang Yanfang，et al. Application of CG knowledge base to 3D visual simulation of hydropower project by software CATIA V5［J］. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2012，29（12）：113-118（in Chinese）.

［9］钟登华，陈永兴，常昊天，等. 沥青混凝土心墙堆石坝施工仿真建模与可视化分析［J］. 天津大学学报：自然科学与工程技术版，2013，46（4）：285-290.

Zhong Denghua，Chen Yongxing，Chang Haotian，et al. Construction simulation modeling and visual analysis of rockfill dam with asphalt concrete core［J］. Journal of Tianjin University：Science and Technology，2013，46（4）：285-290（in Chinese）.

［10］钟登华，谷金操，佟大威. 水电站厂房及设备可视化交互仿真建模方法与应用［J］. 天津大学学报：自然科学与工程技术版，2014，47（2）：95-100.

Zhong Denghua，Gu Jinchao，Tong Dawei. Method and application of visual interactive simulation modeling for hydropower house and its equipment［J］. Journal of Tianjin University：Science and Technology，2014，47（2）：95-100（in Chinese）.

［11］许应成，王 理，夏国平，等. 基于Web 的心墙堆石坝仿真系统建模与应用研究［J］. 计算机工程与应用，2010，46（30）：199-204.

Xu Yingcheng，Wang Li，Xia Guoping，et al. Study on modeling and application system of core rock-fill dams based on Web［J］. Computer Engineering and Application，2010，46（30）：199-204（in Chinese）.

（责任编辑：樊素英）

Dynamic Construction Simulation of Core Rock-Fill Dam Based on CATIA Platform

Zhong Denghua，Zhang Qinya，Du Rongxiang，Tong Dawei，Shi Zhichao
（State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

At present most studies of dynamic construction simulation establish a 3D visualization system based on the simulation results. On account of the fact that the existing 3D models couldn't be modified easily and only provide limited construction information，a dynamic simulation framework for rock-fill dam was put forward based on CATIA platform. Firstly，the 3D model of rock-fill dam was built by means of parametric technique to solve the difficult issues such as model updating. Then，the 3D model with extended attributes was established based on secondary development，which could provide construction scene as well as shape parameters，road node information and other construction information. Finally，based on an engineering project，a construction simulation model for rock-fill dam using discrete event simulation method was established on CATIA platform. The construction dynamic process of rock-fill dam and the remote interaction of 4D model are achieved，which can offer theoretical and technical support for construction management.

CATIA；dynamic construction simulation；parametric technique；extended attributes；rock-fill dam

TV512

A

0493-2137（2015）12-1118-08

10.11784/tdxbz201406087

2014-06-28；

2014-08-28.

国家创新研究群体基金资助项目（51321065）；国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2013CB035904）；国家自然科学基金资助项目（51339003）.

钟登华（1963—），男，博士，中国工程院院士.

钟登华，dzhong@tju.edu.cn.