水利水电工程施工可视化研究

摘要：

本文首先分析了施工场地动态可视化管理，其次对系统开发的关键技术进行了一定的阐述，以期为水利水电工程施工可视化管理系统的有效应用提供参考依据。

关键词：

水利水电工程；施工管理；可视化

1前言

对于水利水电工程施工可视化管理系统，能够实现可视化技术与管理科学的有效结合，从而实现工程场地布置及其动态变化过程的可视化管理目标，并且还可形象的、直观的展示项目施工进度，进而为工程施工组织设计与管理提供全面的、迅速的信息支持与有力的分析工具，能够为工程施工管理提供有利的辅助，本文对该系统的设计思想、主要功能与部门关键技术进行了相应的分析。

2施工场地动态可视化管理

2.1施工场地可视化布置

在采用GIS技术的基础上，对施工场地三维数字建模及可视化。通过建筑实体模型化输入工具，能够实现施工场地各类建筑物与设施的空间可视化布置目的，通常涉及水工建筑物、生产设备与生活办公设施等，并且还可输入或是链接对象的信息，例如所属标段、单位工程等属性信息以及有关的影像资料、图纸等多媒体信息等。此外，其还能够查询场地面积与生产系统生产情况、存料量等。

2.2工程信息可视化查询

对于空间信息查询模式，主要涉及图形—属性双向查询、条件查询与热连接查询，通过信息查询，能够及时获得所需要的信息。此外，还可以任意比例浏览工地地图、建筑物图形信息等多媒体信息等。

2.3施工场地三维动态演示

工程施工可视化管理系统能够依据项目施工进度计划，对施工现场布置的时空演变过程进行模拟，并且还可推演某一时间段施工场地的场景，实时生成动画，显示出施工系统的三维可视化表现与实时施工信息，尽量早的发现其中存在的问题，对项目场地进行合理的规划，最大限度的减少由于交叉作业等导致的场地拥堵、窝工等现象，确保施工的协调有序进行。

2.4施工进度可视化管理

工程施工可视化管理系统不仅能够实现一般计划管理软件功能，并且还可构建建筑实体数字模型，并且还能够与施工进度计划进行良好的衔接，构建施工对象、施工工序的时间对应关联，以动态的方式形象的展现出工程进度计划，系统可实现功能主要涉及以下方面：①施工进度控制数据输入、查询与修改。②编制施工进度计划表，并且还可以多种形式显示，主要包括横道图、网络计划等不同形式。③依据新的条件数据对进度计划进行及时的修改与合理的调整。④依据工程项目施工实际情况编制相对应的进度表，通过比较实际进度与进化进度，探索出合理的修正或是补救的方式。⑤能够依据项目工期目标要求，及时优化工程进度。⑥可按照工程进度实况，预测工程施工变化趋势，为管理人员的管理决策提供帮助。⑦该系统可依据计划管理人员的需求，输出规范化的进度计划的横道图、网络图以及施工强度、工程投资曲线图等，并且还能够以图表或报表的形式输出。

2.5施工图文资料管理系统

依据项目施工档案管理规范化需求与实际要求，通过计算机技术、可视化技术等在水利水电施工中的应用研究成果，研究开发施工图文资料管理系统，主要功能为：①统一的分类编号建设项目文件、施工文件等资料，以更好的满足档案管理工作需求。②可实现各类档案的编辑、登记等目标。③能够实现档案借阅、移交、销毁等管理的程序化目的。④可满足图文资料信息及有关实物之间的动态链接，并且还能深化对有关实物的认知，同时还能够检查有关资料的完整性。

3系统开发的关键技术

3.1施工场地三维数字建模及可视化

3.1.1数字地形三维建模

数据建模是GIS的基本功能，能够构建真实的、质量较高的、能够反映工程施工系统静态与动态时空信息的三维数据模型，可促进工程施工可视化管理目标的实现。同时，三维地形模型不仅具有可视化功能，还可对其进行空间分析与操作。所以，通过采取适宜的模型，可构建三维地形模型。数据地形模型能够描述地面特征的空间分布的有序数值阵列。地形模型有多种构造方式，不规则三角形网络模型（TIN）与规则格网模型（GRID）是常采用的方式。其中，不规则三角形网络模型（TIN）是通过分散的地形依据一定的规则形成的一系列不相交的三角形网，其能够充分体现出地形高程变化细节，能够在地形较复杂的环境中使用。由于水利水电工程所处地区的地形较复杂，该项目采用TIN模型建立工程地形DTM，具体实现过程为：通过现场测量、既有地形图数字化或是摄影测量等方式，获得离散的高程数据点。转换、查错、简化离散高程数据。采用Delaunay三角形法构建TIN模型。

3.1.2三维地形模型的可视化

地形可视化目标主要通过DTM实现，所构建的地形模型主要采用OpenGL生成、显示三维图形。所谓地形模型的映射，主要是将DTM转化成OpenGL的计算模型，即为OpenGL的几何建模。OpenGL可提供点、线与多边形等基本建模原语，可将地形模型数据表述为点形的、线形的、多边形的原语序列。所以，TIN数据结构的DTM可直接采用OpenGL三角形面片原语描述。三维地形应当合理的显示出来，并且还要做好投影变换与视口变换操作。其中，对于投影变换，通常包含透视投影与正射投影，由于透视投影与人员观察客观世界的方式相类似，所以透视投影更加适用于地形模拟。视口变换主要目的在于将三维空间坐标映为计算机屏幕上的二维平面坐标。

3.2地物实体三维建模

在完成了三维地形数字建模之后，需要对水工建筑物、辅助设施等地物实体建模，以一般的几个建模不同，地物实体数字模型需要反映其属性信息。对于几何图形及其属性的对应关系，可通过GIS的空间数据组织结构构建。依据地物对象属性，可分别采用点、线、面、体等4类图形数据结构描述。其中，地形测量点属于点属性，道路能够表现为一定粗度的线，水面等则可以面表示，坝体、涵洞、闸室等建筑物实体均为体属性。在实际运用过程中，仅重视建筑物几何形状的描述，所以应采用基于面表示的面片结构与边界描述的建筑物三维数据结构，并且还可真实反映出工程施工动态过程，在数据结构中，不仅需要表述几何特征与属性，还需要全面体现出时间特征。此外，对于建筑物与设施的实体建模，可通过面向对象的参数化建模方式进行，即为采用相关几何关系组合一系列以参数控制的特征部件构造整体建筑物。例如坝体可通过布置参数与断面参数的方式确定。其中，对于布置参数，通常涉及中轴线布置参数、弯曲段的拟合精度等；对于断面参数，主要表现为断面尺寸参数等。在确定了上述参数之后，应按照几何约束与拓扑关联，通过相对应的计算模块计算出各各段起止横断面轮廓的控制坐标点，然后再依据点以及一定的顺序，生成坝体的三维曲面体模型。

3.3地形动态挖填方法

在工程施工动态过程中，地形填挖具有关键性作用，在实际施工中，不仅需要对地形开挖进行综合的考虑，还需要做好局部地形的填筑施工，例如施工长度、骨料生产平台等，此类填挖作业具有时间性，并且还会随着工程施工动态发生。从本质上来看，地形填挖是对数据地形模型的修改，并且可采用TIN表示DTM，由此可知，地形填挖即为对TIN模型的修改。在实际应用过程中，地形填挖操作可采用以下方式实现：①定义能够保证与地形原始TIN相交的足够大的开挖（填筑）初始形体面。②将其转换为TIN模型。③对该项TIN与原始地形TIN进行填挖计算，以生成相交边界。④在原始地形TIN上，沿着相交线切除填挖初始形体面涉及的地形区域。⑤以相交线为接线，在初始填挖形体TIN中切除多余的开挖边坡。⑥合并两个修正之后的TIN，形成经填挖后新的地形DTM。上述填挖计算原理为面与面求交的图元布尔计算，通过对两个曲面的交集进行一定的计算，可获得填筑区域表面积以及填挖体的工程量。

4总结

综上所述，通过计算机可视化管理技术的合理应用，并且有效结合项目实际情况，在水利水电工程施工管理过程中运用GIS技术，能够为施工提供直观的、形象的管理工具，促进工程数据可视化形象表现目标的实现，为施工分析与决策提供有效的依据。

作者：韦金立 单位：广西河池水利电力建筑工程处

参考文献

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