可視化仿真的隧道工程施工進度分析與控制

以地理信息系統(tǒng)與工程動態(tài)仿真系統(tǒng)為平臺,模擬工程施工實際過程,面向工程施工管理和施工組織設(shè)計,對重大工程施工動態(tài)3維可視化仿真技術(shù)進行研究。該仿真技術(shù)能夠輸出施工工期、施工進度計劃、關(guān)鍵路線、資源使用情況以及橫道圖、資源柱狀圖等仿真計算與優(yōu)化所得的文本、圖形成果;在項目投標中,可以形象可視地表達施工方法、進度管理等,增加投標書說服力,為了解投標人的施工水平和能力提供了一個形象平臺。

通過探討ug三維可視化仿真軟件對建筑施工全程進行“預(yù)演仿真”和“反演仿真”的決策優(yōu)化實現(xiàn)路徑,可建立三維可視化仿真施工全程虛擬技術(shù)流程。該技術(shù)可加速提升vr技術(shù)在建筑施工項目中的應(yīng)用及其程度,實現(xiàn)建筑施工全程虛擬和決策優(yōu)化。

針對傳統(tǒng)大壩施工仿真中存在的問題,本文提出了一種基于gis的大壩施工可視化仿真的方法,并以某拱壩施工仿真為例,進行了實例研究.實踐證明,這種可視化仿真方法不但提高了仿真的精度和可信度,而且使復(fù)雜的仿真過程能夠以更直觀的方式表達.

目前心墻堆石壩施工過程可視化仿真研究多是基于施工仿真結(jié)果構(gòu)建的純虛擬三維可視化,其地形模型多根據(jù)前期勘測數(shù)據(jù)建立,其渲染消耗資源多且不易被修改,且與實際施工場景有很大差別.針對此問題,將增強現(xiàn)實技術(shù)(ar)引入水利水電工程施工仿真中,提出了基于增強現(xiàn)實的心墻堆石壩施工過程可視化仿真方法,該方法主要解決兩個方面的問題:如何利用虛擬相機的三維注冊技術(shù)解決虛擬場景與真實場景不處于同一空間的問題,以使可視化仿真具有動態(tài)時效性；如何通過視頻監(jiān)控獲取的三維場景信息與虛擬物體疊加,以解決傳統(tǒng)可視化仿真中地形模型占用過多資源的問題,并提高可視化仿真效率.結(jié)合西南某大型水利水電工程,利用ar技術(shù)對該工程的施工進度仿真進行可視化展示.首先在無需建立地形模型的情況下實現(xiàn)了施工仿真和施工現(xiàn)場的緊密結(jié)合；其次,基于webservice的數(shù)據(jù)查詢和傳輸實現(xiàn)仿真成果的交互式動態(tài)三維場景查詢,同時通過基于硬件的增強現(xiàn)實方法以更少的資源消耗實現(xiàn)了更真實直觀的可視化仿真,為水利水電工程施工可視化仿真提供了新思路.

鑒于復(fù)雜工程的不確定型網(wǎng)絡(luò)計劃和傳統(tǒng)的施工管理工具不能形象展示大型橋梁施工過程,將4d可視技術(shù)應(yīng)用于橋梁施工管理。首先,應(yīng)用蒙特卡洛法對復(fù)雜不確定型網(wǎng)絡(luò)計劃進行仿真模擬;其次,將橋梁三維模型與模擬得到的施工進度計劃、資源計劃相結(jié)合,建立橋梁4d仿真模型;最后,依據(jù)4d仿真模型開發(fā)大型橋梁4d仿真系統(tǒng)。研究結(jié)果表明:應(yīng)用該系統(tǒng)能可視查詢和預(yù)測施工進度及資源使用情況;該系統(tǒng)能夠輸出施工工期、施工進度計劃、關(guān)鍵路線、資源使用情況以及橫道圖、資源柱狀圖等仿真計算所得的文本和圖形成果。

目前,我國在疏浚過程中的可視化技術(shù)還不完善,多數(shù)司機在挖掘操作時由于無法看到海底的情況而靠經(jīng)驗進行操作,抓機手對于渾濁海水下的施工是不可視的。文中對抓斗式挖泥船的施工工藝進行分析并基于3ds環(huán)境和maxscript腳本語言開發(fā)平臺完成定位樁抓斗式挖泥船的動畫仿真,能讓抓機手對水下抓斗的運動情況有一個更直觀的認識,使施工工藝和挖掘理論更好地指導(dǎo)實踐工作。

近年來隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,在建筑施工等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,本文詳細介紹了基于ug三位可視化仿真的建筑施工全程虛擬技術(shù),在施工過程中可以借助其進行\(zhòng)"預(yù)演仿真\"和\"反演仿真\"的決策優(yōu)化,通過對虛擬流程的研究,可以顯著提高工程的施工效率。

近年來隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,在建筑施工等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,本文詳細介紹了基于ug三位可視化仿真的建筑施工全程虛擬技術(shù),在施工過程中可以借助其進行\(zhòng)"預(yù)演仿真\"和\"反演仿真\"的決策優(yōu)化,通過對虛擬流程的研究,可以顯著提高工程的施工效率。

路基工程進度指標 路基施工主要包括路基填筑、開挖、過渡段、地基處理、路基防護、支擋結(jié)構(gòu) 及相關(guān)工程部分組成，涵蓋了影響路基工程施工進度的關(guān)鍵線路，路基工程可與小 橋、涵洞同時開工，但竣工應(yīng)落后于橋、涵工程。橋涵工程宜在同區(qū)段路基工程完 工前0.5～1.5個月完成，以便有充分時間做好錐體護坡填土、橋頭填土和涵洞頂部 填土等工作。 地基加固處理進度指標表 序號機械名稱單機日產(chǎn)量單機月產(chǎn)量(每月按25天計) 1cfg樁500m/天12500m 2水泥攪拌樁240m/天6000m 3旋噴樁200m/天5000m 土石方機械設(shè)備配置指標表 序號主導(dǎo)機械單機日產(chǎn)量單機月產(chǎn)量(每月按25天計算) 1挖掘機1000m3/天25000 序號主導(dǎo)機械單機日產(chǎn)量單機月產(chǎn)量(每月按25天計算) 2自卸車180m3/天4500 3壓路機

4.6施工進度指標 4.6.1路基工程進度指標 路基施工主要包括路基填筑、開挖、過渡段、地基處理、路基防 護、支擋結(jié)構(gòu)及相關(guān)工程部分組成，涵蓋了影響路基工程施工進度的 關(guān)鍵線路，路基工程可與小橋、涵洞同時開工，但竣工應(yīng)落后于橋、 涵工程。橋涵工程宜在同區(qū)段路基工程完工前0.5～1.5個月完成， 以便有充分時間做好錐體護坡填土、橋頭填土和涵洞頂部填土等工 作。 地基加固處理進度指標表 序號機械名稱單機日產(chǎn)量單機月產(chǎn)量(每月按25天計) 1cfg樁500m/天12500m 2水泥攪拌樁240m/天6000m 3旋噴樁200m/天5000m 土石方機械設(shè)備配置指標表 序號主導(dǎo)機械單機日產(chǎn)量單機月產(chǎn)量(每月按25天計算) 1挖掘機1000m3/天25000 2自卸車180m3/天4500 3壓路機800m3/天

將可視化技術(shù)引入地下洞室群施工仿真中發(fā)展起來的地下洞室群施工動態(tài)可視化仿真已成為近年來地下洞室群施工仿真發(fā)展的一個主要趨勢。對國內(nèi)外大型地下洞室群施工動態(tài)可視化仿真產(chǎn)生及發(fā)展進行了深入研究和歸納,把地下洞室群施工仿真在可視化分析方面的逐步完善分為三個階段,即傳統(tǒng)的施工過程二維動態(tài)演示階段,基于opengl的施工過程三維動態(tài)演示階段和最新的基于gis的施工過程三維動態(tài)演示階段。對各階段研究成果分析了其優(yōu)點和不足,提出了結(jié)合工程地質(zhì)的地下洞室群施工仿真

利用虛擬現(xiàn)實和3dsmax技術(shù)進行了截流施工場景三維仿真建模,并在此基礎(chǔ)上,結(jié)合龍口水力指標的動態(tài)計算,提出了基于虛擬現(xiàn)實的截流施工三維動態(tài)可視化仿真技術(shù),實現(xiàn)了截流過程的逼真預(yù)演和多方案的比較分析,從而為截流組織設(shè)計與決策提供了強有力的可視化分析手段。

為提高水利水電工程截流施工過程的施工效率,提出了基于三維圖像的可視化仿真方法,利用高效的圖形渲染引擎,將仿真結(jié)果與可視化系統(tǒng)相結(jié)合,為施工系統(tǒng)分析和管理提供了一個有力的工具,為制定合理的施工組織計劃提供了科學(xué)依據(jù)。

隧道施工過程中對圍巖的開挖、支護以及圍巖與支護結(jié)構(gòu)的相互作用等圍巖力學(xué)問題，是“隧道工程”課程的核心內(nèi)容之一。分析了“隧道工程”課程中主要圍巖力學(xué)問題及其教學(xué)難點，利用數(shù)值分析軟件flac-3d模擬和分析了圍巖初始應(yīng)力場、開挖過程中圍巖應(yīng)力重分布情況、支護結(jié)構(gòu)受力情況以及特殊地質(zhì)背景下的圍巖力學(xué)問題，將模擬結(jié)果制作成視頻和圖片進行可視化教學(xué)，取到了良好的教學(xué)效果。

針對水電工程施工進度計劃難以用傳統(tǒng)方法簡便直觀描述的難題,基于gis平臺,采用三維可視化技術(shù),提出了水電工程施工進度三維動態(tài)可視化方法;構(gòu)造了施工進度三維可視化數(shù)字模型,實現(xiàn)了模型的動態(tài)顯示、交互操作、空間分析以及施工進度可視化仿真等功能.通過在水電工程中的實際應(yīng)用,表明采用施工進度三維動態(tài)可視化方法能夠形象表達施工進度,動態(tài)描述施工進度中各環(huán)節(jié)之間復(fù)雜的動態(tài)時空邏輯關(guān)系,對于提高水電工程設(shè)計與管理現(xiàn)代化水平具有現(xiàn)實意義.

可視化仿真在航天發(fā)射彈道設(shè)計和分析中起著重要作用。衛(wèi)星工具包軟件stk,是航天領(lǐng)域通用的仿真軟件,可以用來實現(xiàn)航天發(fā)射數(shù)據(jù)的可視化。航天任務(wù)的方案選擇階段,需要計算多條彈道,在stk界面內(nèi)進行一系列設(shè)置來實現(xiàn)每條彈道的可視化,是非常繁瑣的。因此,有必要將可視化的工作模塊化。針對航天發(fā)射任務(wù)的彈道仿真,利用vc++和stk/connect模塊,開發(fā)了可視化接口模塊,該模塊能夠與彈道數(shù)據(jù)模塊和資源庫模塊進行交互,獲取相關(guān)數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換和處理后,連接stk建立可視化場景。系統(tǒng)設(shè)計人員只需在接口模塊界面內(nèi)進行簡單操作,便可實現(xiàn)可視化。

第37卷第1期 2004年1月 天津大學(xué)學(xué)報 journaloftianjinuniversity vol.37no.1 jan.2004 混凝土壩澆筑過程三維動態(tài)可視化仿真x 鐘登華,練繼亮,朱慧蓉 (天津大學(xué)建筑工程學(xué)院,天津300072) 摘要:通過集成化方法來研究混凝土壩澆筑過程三維動態(tài)可視化仿真,討論了仿真計算系統(tǒng)與三維動態(tài)可視化 系統(tǒng)(gis系統(tǒng))的建模及系統(tǒng)可視化問題,設(shè)計了仿真系統(tǒng)與可視化系統(tǒng)的集成模式,實現(xiàn)了系統(tǒng)的界面可視化、 過程與結(jié)果的可視化和真三維地形環(huán)境的大壩三維動態(tài)可視化,并具體介紹了仿真系統(tǒng)及三維動態(tài)可視化的實現(xiàn) 過程.最后給出了一個混凝土壩仿真研究的成功實例. 關(guān)鍵詞:混凝土壩澆筑;仿真計算系統(tǒng);三維動態(tài)可視化系統(tǒng)(gis系統(tǒng));

為了直觀、逼真地描述大型引水工程各環(huán)節(jié)之間復(fù)雜的動態(tài)時空邏輯關(guān)系,提出了大型引水工程三維可視化圖形仿真系統(tǒng).首先,對引水工程三維可視化圖形仿真系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析,確定系統(tǒng)的開發(fā)模式,然后采集數(shù)據(jù)并進行仿真計算,再將所得數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫的形式保存并對數(shù)據(jù)庫進行加工處理,將空間數(shù)據(jù)(矢量數(shù)據(jù)、形體數(shù)據(jù)等)和各種屬性信息集成在一起,在這些數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立引水工程三維可視化仿真模型及模型庫,以方便對模型進行高效的管理.開發(fā)了一個能科學(xué)、直觀、逼真地表現(xiàn)大型引水工程施工的三維可視化圖形仿真系統(tǒng),為工程施工管理決策提供依據(jù).

就土石壩施工中的土石方調(diào)配與壩體施工組織設(shè)計優(yōu)選進行了討論分析.對于前者通過建立調(diào)配問題的數(shù)學(xué)模型采用線性規(guī)劃的方法進行優(yōu)化求解;而對于后者,采用循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)對土石壩的整個施工過程進行仿真.基于此,提出了土石壩施工系統(tǒng)可視化仿真的概念,充分考慮以上兩者之間相互影響與制約的關(guān)系,將兩者有機地統(tǒng)一起來,并以gis可視化技術(shù)為基礎(chǔ),將其實現(xiàn)過程以可視化的形式輸出,為工程設(shè)計人員形象、直觀、快速地把握施工過程提供有力工具.某工程實例的詳細應(yīng)用證明了此方法的有效性,從而為工程施工組織可視化輔助設(shè)計提供一種新途徑與新方法.

提出了混凝土壩施工三維動態(tài)可視化仿真原理,并介紹了在gis系統(tǒng)和vc++的基礎(chǔ)上集成開發(fā)的仿真軟件,實現(xiàn)了可視化技術(shù)與仿真技術(shù)的有機結(jié)合.通過該軟件對大壩施工的不同方案的比選,確定了最為經(jīng)濟合理的機械配套方案,并得到了相應(yīng)的壩塊澆筑順序、機械利用率、施工澆筑月強度等指標,同時將復(fù)雜的施工過程用運動的三維畫面形象地描述出來,為全面地掌握復(fù)雜施工過程提供了快捷的途徑,極大提高了混凝土壩施工組織設(shè)計的現(xiàn)代化水平.

針對某全空氣調(diào)節(jié)機組一次回風空調(diào)系統(tǒng)仿真對象,闡述空調(diào)房間溫度和相對濕度的控制方案,采用可視化編程工具對其進行實時仿真,介紹在此基礎(chǔ)上開發(fā)的軟件的仿真流程及功能,并進行實驗測試對比分析。結(jié)果表明,該仿真軟件實現(xiàn)了中央空調(diào)控制系統(tǒng)的直觀描述和設(shè)計結(jié)果的可視化運行仿真,為工程技術(shù)人員提供了一種嶄新的設(shè)計、實驗方法,為中央空調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計提供了一項實用、操作簡單、性能可靠的計算機應(yīng)用技術(shù)。

從系統(tǒng)仿真和可視化的角度,對碾壓混凝土壩的施工過程進行仿真研究,開發(fā)出碾壓混凝土壩施工三維動態(tài)可視化仿真系統(tǒng).該系統(tǒng)以vc++為開發(fā)平臺,結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù),針對碾壓混凝土壩特有的混凝土分區(qū)、動態(tài)合倉等問題,提出相應(yīng)的模擬假設(shè)后,實現(xiàn)了碾壓混凝土壩施工過程的仿真計算,并通過三維建模,借助地理信息系統(tǒng)平臺來演示大壩澆筑的三維動態(tài)上升過程.系統(tǒng)在某工程實例中進行了具體應(yīng)用,為該工程的施工和管理提供了決策依據(jù).