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高拱坝仓面浇筑虚拟原型分析模型研究

胡超  
【摘要】:高拱坝通常位于地形陡峭、河谷深切的狭窄河段,仓面施工资源十分有限,施工工序多(备仓、浇筑、灌浆等),各作业相互交叉,施工工艺要求严格,施工方法复杂,施工设备种类繁杂。施工作业面狭窄导致机械布置困难,施工中易出现相互干扰,降低工作效率。另一方面,出于防洪度汛及发电效益等方面的考虑,希望大坝尽快完成,需要高强度快速施工,这就需要从施工组织方案与资源配置优化、施工过程中突发事件预判与应对、方案实施调整与调度方面入手,对工程实现精细化管理。本文以高拱坝仓面浇筑过程为研究对象,构建高拱坝仓面浇筑虚拟原型分析模型,在方案实施前为技术人员提供方案执行过程的动态虚拟情景及详细数据,使其深入了解方案的执行过程、资源使用等,分析方案的可行性、合理性和安全性。本文主要针对以下问题展开研究:(1)深入分析了施工系统中的各类对象实体(坝体、山体、施工设备等)的几何结构特征,基于面向对象的思想对实体进行划分,针对对象的具体功能(生产、运输、仓面作业)与系统状态需求(静态、动态)采用不同的数据结构与建模方法建立其三维模型。研究了基于海量点云数据的地形与建筑物的三维重构方法,实现了地形与建筑物的快速建模。以溪洛渡双曲拱坝为实例,对拱坝的参数化建模方法展开研究,并依据其参数化表达方程实现了拱坝的快速建模,依据设计分缝分块方案运用基于AutoCAD二次开发技术实现了浇筑块几何属性信息的快速提取。引入机械设计中装配层次的思想,建立了仓面浇筑过程中的施工设备的三维模型。(2)以高拱坝浇筑块为基本单元,采用面向对象的思想对浇筑块仓面施工过程中的各工序、资源、状态等属性进行分类,以其几何特征为基础,按身份特征、材料特征、施工特征、费用特征、约束特征等进行扩展,基于开放性、规范性和可扩展性原则,构建了浇筑块的N维特征模型。(3)结合现场实测数据与机械运动学方程分别建立了缆机、塔机、侧卸车、平仓机、振捣车的空间运动模型。针对仓面施工过程中机械设备的碰撞问题,引入包围体技术构建施工设备的包围体,建了立基于包围体的碰撞检测方法。以施工工序为主线模拟各施工设备的仓面浇筑过程,建了立浇筑过程中的设备冲突与调整模型。(4)针对上述理论和方法采用数据库管理系统和虚拟现实平台,初步构建了高拱坝仓面浇筑虚拟原型分析系统,将坝体进度仿真、浇筑过程模拟、冲突检测与调整、三维可视化进行统一集成,以溪洛渡工程为案例进行分析,实现了施工方案的动态、可视化分析,结果证明较为符合实际情况,可有效的为工程管理和决策提供支撑。


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