高拱坝施工过程虚拟原型分析模型研究与应用

In the construction process of arch dams, clashes of schedule or resources between construction activities often occur due to the narrow gorge at dam site area and limited construction area on concrete surface. Therefore, it is critical to figure out a scientific construction scheme which can avoid unexpected clashes or pitfalls and can optimize the construction schedule with resources allocation for construction of high arch dams. In this research, based on Virtual Prototyping technology, a virtual simulation model for analyzing the construction process of arch dams is formed to visualization the vivid construction process with detailed simulation data, making possible for engineers to have an overall understanding of the execution effect of the design. Firstly, the N-D feature model of construction objects and system resources are built, as well as a knowledge base of arch dam construction. Then an engine of resolving conflicts and optimizing proposals based on paraconsistent and knowledge reasoning. Next, combining with the artificial intelligent simulation model, a dynamic simulating model is set up. It takes a constructing unit as the node to form the dynamic optimizing process. Finally, the virtual prototyping model for analyzing the construction process of high arch dams is created by incorporating the N-D rendering module for visualization of growing dam body and construction progress with the so formed dynamic simulating model. Moreover, the real-life project named Baihetan, which is under construction, is taken as an example to verify and perfect this model.

高拱坝工程一般两岸山体陡峻，施工场地狭窄，施工资源及各工种、工序等在时间空间上均存在矛盾。如何科学制订施工方案，避免冲突和返工，实现施工进度计划与资源配置方案优化是高拱坝工程建设的重要课题。 本项目以高拱坝施工系统为研究对象，基于"先试后建"的思想，构建高拱坝虚拟施工分析平台，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境及详细数据，使其深入了解方案的执行效果。构建施工系统建造对象及资源的Ｎ维特征模型，建立拱坝施工知识库；开发基于次协调与知识推理的冲突协调与综合寻优搜索引擎；结合智能仿真建模方法，将冲突协调与综合寻优引擎集成于拱坝施工过程模拟模型中，构建以施工单元状态变迁为节点的施工方案动态优化仿真分析模型。在此基础上，集成施工面貌与工艺过程的多维情境绘制与渲染模块，形成高拱坝施工过程虚拟原型分析模型，并结合在建的白鹤滩等工程进行模型验证与完善。

高拱坝工程施工场地狭窄，施工资源及各工种、工序等在时间空间上均存在矛盾。如何科学制订施工方案，避免冲突和返工，实现施工进度计划与资源配置方案优化是高拱坝工程建设的重要课题。.项目以高拱坝施工系统为研究对象，首先对施工系统内实体特征进行分析，在三维几何信息模型的基础上扩展建立了包含身份特征、材料特征、施工特征等的施工系统实体N维特征模型，实现了施工系统实体各类特征用统一的信息表达方法进行管理。通过对高拱坝施工过程特征进行知识元分解，构建了施工工艺表达知识库与施工方案推理机制，和高拱坝坝基与边坡开挖质量分析知识库，开发了高拱坝坝基与边坡开挖质量评价与控制系统。通过理论建模分析与海量数据统计分析，建立了高拱坝坝体施工系统内运动实体的时空演化模型。通过演化模型建立了基于浇筑过程模拟的仓面浇筑冲突检测与调整机制，提出了机械运行空间分析与调度规则。以坝体空间约束、进度约束、环境约束等约束条件，以坝体浇筑块为基本单元，实现了宏观的大坝施工过程仿真，获得了坝体浇筑信息，实现了浇筑仓的资源优化配置。通过建立耦合仿真新机制，实现了基于方案实施分析评价的浇筑方案智能决策。最后，构建了高拱坝浇筑虚拟原型分析系统，将坝体浇筑过程仿真、仓面浇筑过程模拟、浇筑过程冲突检测与调整、施工资源优化等以4D方式逼真的展示施工方案实施场景并输出详细施工数据信息。项目成果能为高拱坝工程施工计划和资源配置的分析和优化提供指导和依据，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境及详细数据，使其深入了解方案的执行效果，以减少坝体施工中可能产生的冲突及返工，保证工程高效顺利地实施。.项目结合溪洛渡、白鹤滩大坝工程中展开了实例验证。本项目的成果坝基开挖质量控制方法、坝体施工虚拟建模与资源优化配置等，在工程实施中得到了应用，对工程施工质量与进度实时控制提供了支撑，取得了良好的效果。