BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用

2018-03-30刘凯

电子技术与软件工程 2017年16期

刘凯

摘要

BIM技术，通过先进的数字化科技，建立一套完全虚拟的建筑信息模型，为实际的建筑信息提供系统的数据基础。本文以水利水电为研究对象，探究可视化仿真技术的软件平台、模型构造以及实现BIM技术在可视化仿真的应用，促进BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用。

【关键词】BIM技术水利水电工程可视化仿真

在水利水电的工作中，可视化仿真技术通过动画的形式，将复杂的施工过程形象的演示出来，并以图形的形式将系统的信息、数据呈现出来，为施工提供科学、有效的依据。将BIM技术应用到水利水电工程的可视化仿真技术中，可以之间将施工过程演示出来，简化了可视化仿真技术的应用与开发过程。

1 实现可视化仿真技术的平台

水利水电工程中，可视化仿真技术会涉及到空间地理信息的静态数据，如施工地形、水利枢纽布局等，同时还需要将建筑施工、地形深挖等逻辑关系反映出来，如此繁杂的工作需要软件平台来实现——Navisworks软件。

Navisworks软件在描述相关静态、逻辑关系数据时，具有很强的优越性。

（1）软件平台能够支持大部分的三维设计软件，通过整合三维模型，将于工程相关的虚拟模型，合为一个建筑模型，在通过计算机渲染，将水利水电现场施工的场景形象的展现出来。

（2）出三维功能之外，软件还拥有模拟四维的功能，将工程的场景、规则与导入的时间进度一一对应，赋予原三维模型时间属性，然后便可直接演示施工的所有过程。

（3）软件能够连接外部的数据库，支持ODBC程序，通过编写SOL语言，与虚拟模型与数据库建立唯一的连接，实现模型与属性之间的对接。

通过Navisworks软件实现可视化仿真的方案如]下

（1）根据水利水电工程的建筑特征以及枢纽的分布，建立可视化的三维模型，然后通过Navisworks软件软件进行贴图濱染。

（2）采集虚拟模型的动态数据，然后转化成Navisworks软件支持的格式，在通过软件独有的数据结构组织属性信息以及时间参数。

（3）通过Navisworks软件中的二次开发功能以及四维模拟功能，能够实现水利水电工程仿真信息可视化。

2 可视化仿真模型的构造

在建立水利水电工程的施工动态模型以及可視化信息查询、分析的基础之上，需要建立一个三维数字模型，形象、逼真的描述工程的总体情况。

2.1 数字化地形模型

数字化地形模型，简称DTM，是组成水利水电工程模型的重要部分，同时是布置、职工的建筑场所，通常会使用Civil3D软件。描述地形表面时，一般采用不规则的三角网格，TIN模型将不规则的地形点，按照特定的规则一个不相交的三角网，将地面高低起伏的变化直观的展现出来。

2.2 地形动态填挖

实施地形动态填挖的过程为：

（1）确定填筑的曲面，通常是由大坝的地面以及开挖的边坡组成。

（2）将已经确定的设计曲面，通过放坡到原地形曲面，从而获取原地形曲面与设计曲ffi木目

（3）从原地形曲面上，沿着交线将设计曲面所包含的填挖区域、多余的填筑边坡切掉，然后将言地形曲面与设计曲面完美的融合在一起，形成最终的地形曲面。

2.3 混凝土坝动态模型

在水利水电的施工过程中，混凝土坝的实际形态会施工的时间发生相应的变化。因此在建立动态模型时，需要将模型分为若干具有相关属性的浇筑块，如施工方量、施工时间、浇筑机械等。

2.3.1 建模

首先将二维图纸中的坝体分成不同的坝段，并明确各个坝体的相关数据信息。然后通过CAD软件，绘制出三维实体模型，采用布尔运算，实现各个坝段的模型，最后将所有的坝段模型组合在一起，完成大坝整体的模型构造。

2.3.2 坝体分块

通过（1）中已经建立的模型，将CAD软件嵌入仿真系统之中，利用CAD二次开发的功能，同步坝体浇筑的仿真计算和浇筑块自动的部分。随着浇筑信息的生成，三维模型能够形成具有浇筑信息的浇筑块。最后，通过Access数据库将仿真饶筑信息输出，而分块的大坝模型信息会储存在CAD的文件中。

2.4 土石坝建模

通常情况下，土石坝的坝体地面是不规则的曲面，因此建立该模型需要使用Rhino软件。首先，根据坝体的结构、功能以及施工材料的信息，将坝体分为若干坝段，然后采用布尔运算、Loft、Extend、patch等技术，绘制现段的相关模型。为了能够实现在仿真系统的中动态演示，需要按照施工的进度、材料的供给等，将每个坝段分为不同的填筑层，才能在最终的可视化系统是实现动态演示。

3 实现BIM技术的动态可视化仿真

3.1 三维动态演示

动态演示水利水电的施工过程，需要利用Navisworks软件中的TimeLiner的功能，仿真计算的到的动态信息，包括土石坝的建筑块、混凝土坝额建筑块、形体参数、施工时间等。

（1）将已经区分后的图形，导入Navisworks软件中，通过这样的操作并不会改变图形的属性。

（2）将水利水电工程的施工数据转换为Navisworks软件支持的格式，利用TimeLiner功能将其添加至CSV格式的数据中，然后设定恰当的任务以及外观，生成施工动画。

（3）利用Navisworks软件中的Animator的功能模块，制作施工场景中的巡航画面，并将其超链接至动画中，模拟在不同角度观察施工动态。

3.2 可视化信息查询

实现可视化仿真信息的查询，有两种办法，具体如下：

（1）在Navisworks软件中具有“查找项目”的模块，提过该功能，能够查询图形的属性信息，并实现仿真信息的可视化。

（2）通过Navisworks软件的API以及NET二次开发的功能，查询施工场景的相关信息。在查询信息时，可以按照年、月、日方式查询具体时刻的具体形态信息，并且会在软件界面中通过相应的颜色标注出相关图形，使信息更加直观。

3.3 查询工程形体

通过Navisworks软件中的部分功能，可以查询任意坝段、任意高度的形体，然后查看模型的信息。在查看过程中，可以使用审阅工具添加工人员对于工程进度的意见与建议。