浅析三维可视化技术在水利水电工程建设中的应用

2021-05-26丁凯王凯

中国新技术新产品 2021年5期

关键词：水利水电可视化工程项目

丁凯王凯

（中国安能集团第一工程局有限公司，广西南宁 530000）

0 引言

水利水电工程建设过程纷繁复杂，其中将会涉及多个范围领域的专业内容，信息数据量大，将三维可视化技术应用在水利水电工程建设过程中，能够提高水利水电工程设计的精准度和有效性，并帮助水利水电企业形成竞争优势，提升水利水电工程的具体建设效果。

1 水利水电工程建设中三维可视化技术的应用现状

随着社会的进步和科技发展，我国的三维可视化技术正处于不断建设发展过程中，并被广泛应用于方方面面。在水利水电工程项目中应用三维可视化技术能够在勘测阶段、设计阶段以及施工管理阶段予以技术支持，实现水利水电工程建设地质结构的立体勘测、实现精准获取水利工程勘测数据、实现水电工程关键数据的实时处理，并能够水利水电工程项目勘测效果，创造社会价值。

2 水利水电工程建设中三维可视化技术的具体应用

2.1 智能应用

三维可视化技术主要是以三维空间的形式进行数据分析和数据表达，再加上运用人机交互系统，因此被广泛应用于水利水电工程建设中。现阶段，许多水利工程已经在流域管理工作中积累很多工作经验，借助三维可视化技术实现数据整理和数据表达，能够在一定程度上简化工作流程，完成科学管理业务。

借助三维可视化技术获取而来的三维数据和水利水电工程设计方案，使相关工作人员能够借助现场拍摄照片和视频资料构建水利水电工程的三维模型，并实现整个水电工程现场的虚拟化展示。开启漫游模式帮助相关工作人员能够进一步获取水利水电工程数据资料以及设备的实际应用情况、完成模型精细化处理，并将生产实时数据等信息体现在三维平台上，提高数据交互效率[1]。三维可视化技术的实现一般包括2种方法，分别是基于等值面的体绘制和基于体素数据进行单元绘制。采用基于等值面的体绘制时间通过数据抽取，运用多边形拟合三维数据。采用基于体素数据进行单元绘制，是现阶段的1种主流绘制方式，从而将体素数据转换成离散的二维数据点阵。图1是体素数据进行单元绘制的工作原理。

三维可视化技术需要采集尽可能多的数据信息，并将数据点进行分布处理。数据网格化一般采用MATLAB语言中的meshgrid函数和voxler 软件中的Gridder模块进行模拟处理，将数据信息以切片图、立体图的方式进行展示。工作人员可以借此实现智能管理和三维演示，简易方便地反映水利水电工程的建设情况[2]。

图1 体素数据进行单元绘制

2.2 智能培训

在水利水电工程建设过程中一般会采取集控中心的形式，但是部分集控中心相关工作人员并不具备相关的工作经验和专业技能水平，因此在日常的水利水电工程建设工作中，如果遇到问题并不能够及时解决问题。应用三维可视化技术对相关工作人员展开虚拟智能培训，在整个培训过程中帮助相关工作人员熟悉设备操作，有效提高风险应对能力和设备调度水平[3]。

现阶段，我国三维可视化技术已被广泛应用在水利水电工程施工过程中，并在地质勘测以及土木建筑方面都取得了显著的成效。三维可视化技术的仿真性和渲染动画性都在不断提高，将三维可视化技术应用于水利水电工程建设领域也成为当前国际科技竞争领域的重要技术手段，三维可视化技术能够帮助工作人员提高工作效率、减少数据误差，通过在模型对象间或根据对象高进行计算，形成仿真性计算，在一定程度上提高水利水电工程建设的经济效益。因此，将三维可视化技术应用于水利水电工程建设中不仅提高工作人员的经济效益，还能够减少不必要的工作时间，降低劳动强度，提高管理效率。

2.3 工程建设

将三维可视化技术应用在水利水电工程建设中，能够为工程建设工作予以数据支持，为水利水电工程建筑的布置、选址等多个流程提供技术保障。三维可视化技术能够构建水利水电工程三维地貌，进一步剖析和研究水利水电工程三维模型，通过设计图表就可以对工程建设的数据信息进行精准计算，极大地简化了水利水电工程工作流程，降低劳动强度，提高工作效率[4]。此外，运行三维可视化技术构建而成的参数化模型相比于传统的建筑模型，设计简单方便，数据效果直观简洁，工作人员也可以根据水利水电工程建设需求与建设情况调整建设模型，使其更加准确清晰。

需要注意的是，应用三维可视化技术能够有效增强水利水电工程既有成果的重复利用率，从而使水利水电工程返工情况和犯错概率有所降低，有效缩短水利水电工程设计时间，提高整个水利水电工程建设效果。三维可视化技术在水利水电工程建设过程中坝体工程以及不同点位的体积计算更加简单，完成对地质建模材料用量的计算。

借助三维可视化技术手段进行水利水电工程建设也能够实现动态布置施工平台，并添加相应的水利水电工程制约条件，提高水利水电工程现场布置地形平面图的精准度。三维可视化水利水电工程信息管理系统主要应用了物联网、三维可视化与虚拟仿真等技术，并依托于三维可视化技术管理平台，集合并应用各类数据信息，很大程度地丰富和拓展了水利水电工程信息管理的内涵，提高了水利水电工程的建设水平和效果，为水利水电工程建设的全方位管理提供数据支撑。

从施工导流和围堰的角度进行分析，水利水电工程和水保持着紧密关联，在水利水电工程建设中，水的存在将会促使施工难度增加，采用导流技术能将“活水”引开，降低施工时的不良影响。水利水电工程建设在河流上游，上游水势湍急，危险性高，将三维可视化技术应用其中可以预先进行判断，考虑到各种不良影响，尽可能地减少水利水电施工对于周边居民的干扰，影响施工工期。

2.4 地理信息模型

通过在水利水电工程测绘工作中获取得到的各类数据信息资料，能够帮助水利水电工程建设相关工作人员构建流域地理信息模型，在一定程度上对水利水电工程的河道信息、流域地形等内容集中进行展示，并可以根据水流演进算法计算洪水演进情况和水利工程中的水位涨落情况。借助三维可视化技术获取得到的汛限水位进行信息处理，从而为整个指挥决策工作提供基本的信息支撑和信息保障。与此同时，水利水电工程建设工作人员可以通过构建流域三维模型，全方位、系统地展示水电大坝、雨水遥测站以及公共安全机构的信息数据，发挥流域数据图的应用功能。

在三维可视化技术应用过程中，地标数字地形模型是水利水电工程三维空间模型建设过程中的重要组成部分，也是整个运算操作的受体。以地形表面模拟的角度进行分析，通常包括规则格网模型和不规则三角网模型方面，并在整个地表数字地形模型的整体构建中，将获得信息数据作为原始数据，通过对应算法生成水利水电工程建设的TIN模型。水利水电工程建设而成的TIN模型，精确度相对较高。在水利水电工程开展浅基础施工时，应当按照作业面展开后续施工，确保地基土结构的完整性，结合地质情况和土地规划，确保水利水电工程安全有效。

水利水电工程结构本身存在建模方式的区别。1）从参数化实体建模方法的角度进行分析，在整个三维空间模型的构建过程中，水利水电工程相关工作人员需要一定的数据分析能力，可以通过几何参数与关系构建约束方程，并在此后根据约束方式获取各种图素信息资料。从参数设计过程的角度进行分析，需要水利水电工程相关工作人员能够对表现对象的设计要素和约束条件建立数据关联，当数据关联构建完成后，模型能够实现实时调整和更新位置信息。围堰、溢洪道工程结构通常会采用参数化实体建模方法，工程围堰截流如图2所示。2）从实体建模的角度进行分析，在实体建模过程中主要通过运用AutoCAD实现整个模型搭建过程、实现对于水利水电工程结构不同部件范围内三维模型的搭建过程，并将模型进行处理，从而呈现许多不易显现的特殊部位结构[5]。

图2 水利水电工程围堰截流图

2.5 实时监控

在水利水电工程建设过程中应用三维可视化技术能够在一定程度上帮助工作人员实现建设过程的全程监控，有效实现安全风险防控。当水利水电工程维护和检修时，其中存在许多点位的工作现场，整个维护检修流程复杂，涉及范围广泛全面，其中包括大量的交叉性作业，因此应当适当提高水利水电工程建设项目的安全风险防控水平，加强实时监控力度，提高安全风险防控水平，并可以在水利水电项目建设工作人员进行实时定位，当相关工作人员长期不在项目工程点时，系统将会自动进行报警，保证水利水电工程项目整体建设安全。将三维可视化技术应用于水利水电工程项目中能够在一定程度上完成对整体建设流程的实时监控、及时报警，有效提高风险防范水平。

我国的水利水电工程设计一般都是在二维平面上完成的，无法直观地获取和观察地貌信息，给工程设计造成阻碍，三维可视化技术的应用能够有效解决这个问题。运用三维可视化技术将整个水利水电工程项目中所有数据信息进行施工和维修等，技术能够有机将水利水电工程项目中涉及的数据信息和材料内容都整合到模型当中，并通过三维可视化技术获取得到的数据资料为水利水电工程设计图纸提供数据支持和保障。在水利水电工程建设发展过程中，对项目信息和工作人员的实时监督十分重要。水利水电工程项目建设从开始落实到维修检测，每个环节都将会经历1个漫长又烦琐的工作流程，会在很大程度上影响水利水电工程建设项目的顺利进行。通过三维可视化技术对水利水电工程项目的实时监控，能够将项目变更数据、工作人员工作情况进行记录和保存，并提供给相关工作人员，提高水利水电工程建设项目的效率。

2.6 质量检测

将三维可视化技术和水利水电工程相结合能够实现工程质量的检测工作，三维可视化技术能够与水利工程质量共同构建出1种仿真体，从而模拟出实际数据信息，通过图像现实的方式提高工作人员的工作效率和工作质量。可视化技术能够保证检测环节的高效运行。图3是水利质量检测可视化关键技术模拟图。

图3 水利质量检测可视化关键技术

以水闸水下冲坑检测为例进行分析，某水闸在运行多年的情况下会因为下游水流长期冲刷形成冲坑，严重影响了水闸安全。可以通过三维可视化技术，借助matlab软件设置相应的水下三维地形图，从而通过图片直观了解水闸情况和冲坑大小。

此外，三维可视化技术还普遍应用于水利水电工程项目的智能检查验证中，通过平台监测，帮助工作人员实时检查和验证工程项目数据信息。不同的水利水电工程巡视工作人员可以设定与其工作内容相符的工程巡查线路，显示仪表等数据信息。一旦水利水电工程监控装置出现问题，工作人员可以结合报警信息情况进行三维智能定位，查看报警设备信息，及时了解实际问题情况。需要注意的是，在整个施工过程中一定要严加关注水利水电工程中的隐蔽工程，严格把控质量符合规定，通过强有效的实时监控实现对于施工全过程多环节的监控，将风险性因素降到最低。

3 水利水电工程建设中三维可视化技术的发展前景

从当前的发展情况来看，三维可视化技术正在不断发展的过程中，在水利水电工程项目的建设应用中还有一定进步空间。通过应用三维可视化技术能够在一定程度上帮助相关工作人员降低劳动强度，减少工程建设周期，为水利水电工程项目设计提供数据支持和信息保障。实际上，应用三维可视化技术就是将计算机可视化技术进行有机结合，从而以现代信息技术手段方便数据获取，实现数据信息的精准展示，极大程度节约水利水电工程项目建设过程中耗费的人力物力财力，提高水利水电工程项目建设效率。