基于BIM的水电站三维结构模型可视化设计研究

发布时间：2020-03-27 05:11

【摘要】：随着计算机技术的发展,三维设计引发了设计行业的巨大的变革。但是水电站设计与地形结构关联较紧密,地形地质条件多变,且电站异形设计较多,机械设备管线布置复杂,还停留在传统的二维软计制图阶段。设计成果信息表达不够生动具体,且各专业交错协调性差,信息数据易出现冗余、歧义和错误。BIM(Building Information Modeling)以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。本文将BIM理念引入到水电站工程设计中,进行水电站三维模型可视化设计的研究。分析IFC的结构和实体的分类,重点研究IFC的信息描述和关联机制,并在此基础上对水电站信息模型的组成结构进行研究分类,建立水电站相关模型的信息交换和关联实体。提出了IFC标准下的水电站相关模型和水利机械构件的动态实体类型和属性集的扩充。钢闸门为实例,介绍了IFC标准下的钢闸门属性集的建立以及动态实体信息的描述和关联。研究三维建模方法,本文主要分析和研究BIM中地形地质模型的建立方法,重点分析和介绍了不规则三角网模型TIN的三角剖分算法。分析了常用的三种Delaunay三角剖分算法。在分割合并算法和逐点插入算法两种三角剖分算法的基础上,进行了改进和融合。提出了新算法:以递归分割算法为主体,通过预先设定的分割阀值,进行所有点集的递归分割,然后合并子网生成最终的三角网。最后给出了三种算法的测试对比和测试结果的分析说明。分析BIM中的实体几何模型的类型及表示方法,研究相关的建模操作及算法。主要研究和分析布尔运算。介绍了布尔运算的基本类型;研究了几何元素间的求交运算;重点研究和优化了切割算法通过引入牛顿迭代公式,给出了解决曲面相关的布尔运算求解的新思路,解决了曲面切割的问题。分析了BIM中布尔运算贴合算法的不足,并给提出了具体改进方法,解决了贴合面大小不同的几何体的贴合问题。最后针对水电站实例,进行三维可视化研究与仿真,搭建水电站三维结构模型实例,简要介绍了模型设计的过程,展示了最终模型成果。将最终三维设计图纸与二维设计图纸进行分析和对比。
【图文】：

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的空间局限性，在矿产，地质，建筑等领域已经率先展开应用[7-9]。国内的三建模设计与分析开展的比国外晚，目前我国的三维设计在建筑领域的应用最为泛[10]。水利水电工程大多建设在地质构造复杂的地区，工程设计时出于安全、经济因素的考虑，需要全面、详细的考虑地质、地形因素，比如地质分层、断层等。此在进行设计之前，需要进行具体详细的地质勘探工作，得到大量的地质数据，后再进行分析。目前一般都是根据得到的地形、地质数据等来绘制二维的utoCAD 剖面图、地表地形图，然后进行分析和选择[11]。设计建设过程如图 1-1示。这种方法局限于二维的表示，对于地质体表面的高低起伏变化以及地质体表以下的复杂的构造情况不能直观准确的表达出来，不能进行实时的空间分析，将造成地质分析的困难。这样分析得到的结果，由于可能忽略了某些隐藏的断等构造因素，从而得到的结果可能并非是最优的、最合理的。在后续的施工过中，如发现了之前设计时没发现的断层等不利构造因素，必然会导致重新设计，补之前的设计方案，导致工程造价的提高，严重时会影响延误工期，其损失是大的。

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华北电力大学硕士学位论文提供直观有效的地质依据。可以降低地质分析的不确定性，提高准确目性，，以避免后期修改设计方案造成的损失，降低投资风险。在进行水程的设计时，还能够直接在已经生成的地质体的三维模型基础上进行上设计，而且可以多人协同设计，这就是地质与水利水电工程一体化设过程如下图 1-2 所示。在建立工程地质和水工建筑物的三维模型后，还模型直接应用于数值分析，再根据分析结果，对模型进行修改，然后再值分析，直至设计满足要求为止，实现设计与分析的一体化。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV74-39

【参考文献】