計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用研究

胡康 孫傳標(biāo)

摘 要：水利工程在施工過(guò)程中，由于其工序較多、工藝復(fù)雜且內(nèi)容豐富，常常影響工程的施工進(jìn)度，使用傳統(tǒng)的方法難以進(jìn)行合理的編制與直觀描述。將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)用到水里施工的進(jìn)度計(jì)劃編制之中，可以達(dá)到優(yōu)化資源配置、提高水工管理水平以及合理安排施工進(jìn)度等等非常實(shí)用的作用。

關(guān)鍵詞：仿真技術(shù);水利工程;應(yīng)用研究

前言：

水利工程的建設(shè)與管理是一項(xiàng)非常龐大的工程，具有著使用大量人力物力、項(xiàng)目周期長(zhǎng)以及投入資金較多等特點(diǎn)。

針對(duì)于水利工程的前期實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)方法是將工程比例縮小建立真實(shí)的物理模型，通過(guò)施加各種程度的水力來(lái)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，雖然方法同樣有效直觀，但是存在著占地面的較大，資源浪費(fèi)等缺點(diǎn)。使用二維的傳統(tǒng)模型設(shè)計(jì)又無(wú)法直觀的表達(dá)各種設(shè)計(jì)上的細(xì)節(jié)，無(wú)法流暢的進(jìn)行討論與交流合作。測(cè)試所得的數(shù)據(jù)、報(bào)表等難以適應(yīng)現(xiàn)代施工的要求。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用正好適應(yīng)這種客觀的求取，該項(xiàng)技術(shù)在水里工程建設(shè)方面具有著廣闊的發(fā)展前景，為解決上述問(wèn)題提供了全新的路徑。其主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：能夠真實(shí)的表現(xiàn)出施工想要達(dá)到的真實(shí)地貌;實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)與建設(shè)之中多專業(yè)的協(xié)調(diào)與合作;為建成后的運(yùn)行管理提供了可視化的平臺(tái)，對(duì)于工程經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益的宣傳、生態(tài)環(huán)境的影響展示提供了良好的平臺(tái)。

一、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的特點(diǎn)

由于使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以快速的對(duì)于多種施工方案進(jìn)行迅速且詳細(xì)的比較與分析，可以節(jié)省大量的勘測(cè)時(shí)間以及人力物力，所以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在水利工程的施工方面占據(jù)這絕對(duì)重要的作用。利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行超快速計(jì)算的特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以在極短的事件內(nèi)模擬出若干個(gè)可以實(shí)際進(jìn)行實(shí)施的工程方案，并且還可以在此基礎(chǔ)之上，將施工之中可能遇到的問(wèn)題、不理因素加以總結(jié)并給予相對(duì)應(yīng)的解決方案進(jìn)行參考，從而使得工程進(jìn)展變得更加的快速有效，為高效率的開(kāi)展水利工程建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。再有，計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)僅僅需要使用一部電腦一個(gè)軟件就可以完成相應(yīng)的工作設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)，不需要再投入大量的金錢(qián)與時(shí)間建立物理模型，在軟件的購(gòu)買(mǎi)方面，在購(gòu)買(mǎi)了一個(gè)軟件編程之后，可以長(zhǎng)期的對(duì)于多個(gè)方案進(jìn)行重復(fù)計(jì)算與模擬實(shí)驗(yàn)，軟件的可重復(fù)使用性質(zhì)也是物理模型所無(wú)法與之進(jìn)行比較的，使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以在水利工程方案的制作之中省去較多的經(jīng)濟(jì)投入，降低水利工程項(xiàng)目的投入成本。然后，使用計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)得到的施工方案，相比較于使用傳統(tǒng)方法所獲得的施工方案更加的具有可靠性，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與精密計(jì)算，能夠成功體現(xiàn)水利施工項(xiàng)目建設(shè)后的仿真模型，且能夠提前分析各種內(nèi)外條件導(dǎo)致的施工影響因素，使工程建設(shè)階段可以提前進(jìn)行預(yù)防及避免。最后，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍及其廣泛，不僅僅是在水利工程建施工方案中可以發(fā)揮極大的作用，在其他同類(lèi)型的建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中以及醫(yī)療、航空、教育、軍事、娛樂(lè)等方面都可以發(fā)揮出其強(qiáng)大的作用與實(shí)力。

二、計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)在施工中的應(yīng)用

（一）施工場(chǎng)地布置系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)

水利水電的工程施工是一個(gè)及其復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，各個(gè)環(huán)節(jié)之間相互關(guān)聯(lián)、互相滲透、互相影響，其涉及到工程實(shí)施的各個(gè)方面。通過(guò)對(duì)于水利水電的施工特性以及各個(gè)內(nèi)部環(huán)節(jié)的特性，可將水利水電的施工分解為兩個(gè)子系統(tǒng)，也就是場(chǎng)地布置與工程施工。

隨著工程施工的推進(jìn)這兩個(gè)子系統(tǒng)也同樣跟隨其進(jìn)度進(jìn)行向前推進(jìn)，一直處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程。兩者處于互相影響的關(guān)系，合理的場(chǎng)地布置使得工程施工按照計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行可以輕易的如期完成工作計(jì)劃;而工程施工進(jìn)度的合理安排也可以使得場(chǎng)地布置工作變得更加的合理有序，不至于手忙腳亂。反之同樣也會(huì)產(chǎn)生互相的負(fù)面影響，引發(fā)施工中不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象發(fā)生，如果施工進(jìn)度計(jì)劃安排的不合理，就會(huì)導(dǎo)致施工場(chǎng)地發(fā)生擁塞的情況，極度的影響施工的下一步進(jìn)展，甚至?xí)驗(yàn)閳?chǎng)地的顯示而影響到計(jì)劃的正常執(zhí)行，導(dǎo)致延誤了工期甚至是停工現(xiàn)象的發(fā)生。

一旦破壞這兩個(gè)子系統(tǒng)在施工過(guò)程中建立起來(lái)的平衡狀態(tài)，就會(huì)發(fā)生在施工過(guò)程中的不協(xié)調(diào)情況。使用傳統(tǒng)的數(shù)字計(jì)算方法進(jìn)行規(guī)劃，能夠計(jì)算出其是否達(dá)到平衡，是否具有科學(xué)性，但是不能較為形象的反映出其在施工過(guò)程中的平衡過(guò)程。使用虛擬現(xiàn)實(shí)的仿真技術(shù)則可以對(duì)于這一方面進(jìn)行有效的彌補(bǔ)，其可以完整的將施工開(kāi)始到結(jié)束的平衡過(guò)程直接呈現(xiàn)給工程的決策者，如果在實(shí)際的施工過(guò)程中發(fā)生計(jì)劃意外的事情導(dǎo)致不平衡的出現(xiàn)也可以及時(shí)的做出調(diào)整，虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)也可以在施工之前模擬操作，預(yù)測(cè)有可能發(fā)生的意外事件，提前給出解決方案，極大地提升了工程效率。

（二）虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的演示與設(shè)計(jì)

根據(jù)水利水電的現(xiàn)場(chǎng)施工特點(diǎn)以及其地理信息技術(shù)的特性，可以將該系統(tǒng)分解為四個(gè)基礎(chǔ)模塊，也就是：數(shù)據(jù)采集、信息查詢與檢索、三維施工的動(dòng)態(tài)演示以及應(yīng)用模型。

該演示系統(tǒng)的主要功能也是給予上述四個(gè)基礎(chǔ)模塊來(lái)進(jìn)行的?；跀?shù)據(jù)采集的模塊，可以建立有效的數(shù)字地形圖，以便于日后進(jìn)行分析與討論;基于信息查詢與檢索的模塊，用戶可以在數(shù)字地圖模塊建立的施工場(chǎng)地全貌圖中點(diǎn)擊某一處進(jìn)行詳細(xì)的查詢，查詢于該場(chǎng)地有關(guān)的各種信息，方便于日后的調(diào)查與討論使用;基于三維施工場(chǎng)地動(dòng)態(tài)巖石模塊，可以有效的將施工場(chǎng)地以三維圖形的動(dòng)態(tài)方式顯示在屏幕之中，同時(shí)將施工場(chǎng)地的各種動(dòng)態(tài)信息，如文字、數(shù)字、溫度、濕度等信息全部顯示在大屏幕下方的信息框當(dāng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)性的更新;基于應(yīng)用模型模塊，可以建立友好的人機(jī)界面，提高用戶與虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)的交互體驗(yàn)，使得用戶可以更加直觀方便的使用該系統(tǒng)。

結(jié)語(yǔ)：

虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)在水利工程建設(shè)行業(yè)中具有著相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景，可以為決策者提供更加快速、準(zhǔn)確的信息與相應(yīng)的技術(shù)上的支持，而且可以做到極快的反應(yīng)與事先預(yù)測(cè)的能力?？梢约皶r(shí)的對(duì)于整個(gè)工程項(xiàng)目的進(jìn)程與突發(fā)事件的發(fā)生進(jìn)行反應(yīng)與計(jì)劃調(diào)整，減少因?yàn)橛?jì)劃安排不當(dāng)或因?yàn)楦鞣N內(nèi)外突發(fā)事件發(fā)生而導(dǎo)致的誤工、停工事件的發(fā)生。對(duì)于加強(qiáng)工程項(xiàng)目的管理、加快工程項(xiàng)目的施工進(jìn)程以及減少工程項(xiàng)目的資金投入這方面起著至關(guān)重要的作用。

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