基于AutoCAD的碾压混凝土坝仿真研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)天津大学 作者:王仁超

  作为工程辅助设计软件,AutoCAD 具有用户覆盖面广、工程设计人员使用熟练、三维空间描述和二维空间转换方便等优点。基于目前碾压混凝土浇筑仿真系统存在问题分析,文章探讨了基于AutoCAD 技术的碾压混凝土浇筑仿真系统模型构建问题。运用Visual Basic 语言和ActiveX 技术开发了碾压混凝土坝的仿真平台。该平台将碾压混凝土浇筑仿真嵌入AutoCAD 系统,因此,只要熟悉AutoCAD 的设计人员就可以方便构建仿真模型,并进行仿真分析,提高了仿真模型构建效率和仿真过程的可视化程度。最后通过一个实例验证了该平台的有效性。

  前言

  目前的碾压混凝土坝浇筑仿真建模过程复杂,需对大坝工程的实际情况进行分析,将大坝形体信息、施工机械浇筑能力等实际信息进行抽象概括,构建以数据形式进行表达的仿真模型。因此,建模工作需要既了解仿真内部数据组织结构,又理解施工仿真过程的专业仿真人员进行,对于缺乏仿真经验的一般工程管理技术人员而言,仿真模型理解和运用难度较高。其次,仿真计算过程以二维可视化为主,不能实现完全基于三维的仿真建模和仿真计算的三维可视化。大多数的仿真软件都在仿真后期利用GIS、3DMax 等三维平台可视化技术,依据模拟计算结果实现仿真过程三维演示功能。仿真计算过程二维可视化不利于即时了解施工过程,辨析施工中存在的问题。

  可以看到: 混凝土坝浇筑仿真不仅要考虑专业仿真人员的能力,还要满足设计与施工部门技术人员的使用需求,简化仿真建模过程,降低仿真平台理解运用难度; 另外,大坝浇筑仿真需要实现建模过程三维可视化和计算过程三维可视化,直观显示大坝浇筑面貌等施工信息,加深三维模型与仿真信息的结合程度。

  AutoCAD 作为一款用户覆盖面广泛的建模制图软件,能够同时保证建模通用性,还具有三维二维转换显示优势,软件本身预留了二次开发接口,并且在建筑工程方面存在不少应用成果,就解决目前碾压混凝土坝浇注仿真中存在的问题而言具有极大潜力。

  因此,根据水利工程设计单位、工程管理部门对大坝浇筑现场辅助管理仿真分析需求,本文探索开发了以AutoCAD 三维可视化技术为基础的,将AutoCAD与离散事件系统相结合的碾压混凝土坝浇筑施工仿真平台,为进一步研究开发大坝浇筑实时可视化辅助仿真分析系统研究提供基础。

1、目前仿真软件问题分析

  1.1、建模参数输入过程复杂

  根据现有研究成果,目前碾压混凝土仿真软件中基本上将碾压混凝土施工系统划分为大坝形体子系统、机械子系统、施工控制子系统,或划分为混凝土生产子系统和混凝土运输子系统、混凝土浇筑子系统等相近形式。碾压混凝土仿真模型的的建模过程一般要完成: 数据初始化和模拟参数输入、确定模拟方案和仓面数据生成。数据初始化包括大坝三维数字模型数据初始化和浇筑机械技术参数初始化,其中,大坝形体模型一般采用参数化建模。例如,拱坝建模需要沿高程采集控制点,利用插值方程获取拱坝上下游表面形体数据; 重力坝建模采用标准化断面方式输入大坝横缝截面的形体控制点坐标。模拟参数输入则包括模拟机械数量和机械运行参数,有效工日、施工浇筑参数、时间参数等。参数输入一般均采用人工输入方式,工作量大,效率低,是仿真周期中耗时最长部分。

  1.2、三维可视化过程转换复杂

  混凝土仿真常用的三维可视化手段包括GIS 平台、虚拟现实技术,其实现途径见图1,针对坝体浇筑施工过程而言,三维可视化一般都要经过: ①AutoCAD 或其他常用建模软件建模,构造基本的大坝三维实体; ②数据转换,将大坝三维模型、地形模型、其他模型根据不同数据格式转换成能够被三维可视化系统识别的数据格式; ③构造三维输出途径,协调软硬件系统,构造数据之间的关联关系,并将仿真成果以三维可视化方式进行输出。

系统仿真常用三维可视化实现手段

图1 系统仿真常用三维可视化实现手段

  由于整个转换过程设计多类软件数据之间的传递交互与处理,难免发生数据转换中的误差、不兼容、信息遗漏等问题。而且系统实现手段相对而言比较复杂,需要专业人员进行处理,不利于普遍推广。

5、结语

  本文针对目前碾压混凝土坝浇筑仿真程序参数化建模数据输入过程耗时长且运用难度大,以及三维可视化实现过程复杂,数据转换可能出现误差等问题进行分析,提出了将AutoCAD/ActiveX 与系统仿真相结合,并利用AutoCAD 二次开发技术,采用面向对象的方法构造碾压混凝土施工仿真模型系统框架。在案例中,通过仿真软件与AutoCAD 平台之间进行交互,可以在仿真系统中实现三维辅助建模,以及基于AutoCAD 的碾压混凝土坝施工仿真过程三维演示,证明了系统的有效性。

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