基于A(yíng)utoCAD的碾壓混凝土壩仿真研究

　　作為工程輔助設計軟件，AutoCAD 具有用戶(hù)覆蓋面廣、工程設計人員使用熟練、三維空間描述和二維空間轉換方便等優(yōu)點(diǎn)�；�于目前碾壓混凝土澆筑仿真系統存在問(wèn)題分析，文章探討了基于A(yíng)utoCAD 技術(shù)的碾壓混凝土澆筑仿真系統模型構建問(wèn)題。運用Visual Basic 語(yǔ)言和ActiveX 技術(shù)開(kāi)發(fā)了碾壓混凝土壩的仿真平臺。該平臺將碾壓混凝土澆筑仿真嵌入AutoCAD 系統，因此，只要熟悉AutoCAD 的設計人員就可以方便構建仿真模型，并進(jìn)行仿真分析，提高了仿真模型構建效率和仿真過(guò)程的可視化程度。最后通過(guò)一個(gè)實(shí)例驗證了該平臺的有效性。

　　前言

　　目前的碾壓混凝土壩澆筑仿真建模過(guò)程復雜，需對大壩工程的實(shí)際情況進(jìn)行分析，將大壩形體信息、施工機械澆筑能力等實(shí)際信息進(jìn)行抽象概括，構建以數據形式進(jìn)行表達的仿真模型。因此，建模工作需要既了解仿真內部數據組織結構，又理解施工仿真過(guò)程的專(zhuān)業(yè)仿真人員進(jìn)行，對于缺乏仿真經(jīng)驗的一般工程管理技術(shù)人員而言，仿真模型理解和運用難度較高。其次，仿真計算過(guò)程以二維可視化為主，不能實(shí)現完全基于三維的仿真建模和仿真計算的三維可視化。大多數的仿真軟件都在仿真后期利用GIS、3DMax 等三維平臺可視化技術(shù)，依據模擬計算結果實(shí)現仿真過(guò)程三維演示功能。仿真計算過(guò)程二維可視化不利于即時(shí)了解施工過(guò)程，辨析施工中存在的問(wèn)題。

　　可以看到: 混凝土壩澆筑仿真不僅要考慮專(zhuān)業(yè)仿真人員的能力，還要滿(mǎn)足設計與施工部門(mén)技術(shù)人員的使用需求，簡(jiǎn)化仿真建模過(guò)程，降低仿真平臺理解運用難度; 另外，大壩澆筑仿真需要實(shí)現建模過(guò)程三維可視化和計算過(guò)程三維可視化，直觀(guān)顯示大壩澆筑面貌等施工信息，加深三維模型與仿真信息的結合程度。

　　AutoCAD 作為一款用戶(hù)覆蓋面廣泛的建模制圖軟件，能夠同時(shí)保證建模通用性，還具有三維二維轉換顯示優(yōu)勢，軟件本身預留了二次開(kāi)發(fā)接口，并且在建筑工程方面存在不少應用成果，就解決目前碾壓混凝土壩澆注仿真中存在的問(wèn)題而言具有極大潛力。

　　因此，根據水利工程設計單位、工程管理部門(mén)對大壩澆筑現場(chǎng)輔助管理仿真分析需求，本文探索開(kāi)發(fā)了以AutoCAD 三維可視化技術(shù)為基礎的，將AutoCAD與離散事件系統相結合的碾壓混凝土壩澆筑施工仿真平臺，為進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)大壩澆筑實(shí)時(shí)可視化輔助仿真分析系統研究提供基礎。

1、目前仿真軟件問(wèn)題分析

　　1.1、建模參數輸入過(guò)程復雜

　　根據現有研究成果，目前碾壓混凝土仿真軟件中基本上將碾壓混凝土施工系統劃分為大壩形體子系統、機械子系統、施工控制子系統，或劃分為混凝土生產(chǎn)子系統和混凝土運輸子系統、混凝土澆筑子系統等相近形式。碾壓混凝土仿真模型的的建模過(guò)程一般要完成: 數據初始化和模擬參數輸入、確定模擬方案和倉面數據生成。數據初始化包括大壩三維數字模型數據初始化和澆筑機械技術(shù)參數初始化，其中，大壩形體模型一般采用參數化建模。例如，拱壩建模需要沿高程采集控制點(diǎn)，利用插值方程獲取拱壩上下游表面形體數據; 重力壩建模采用標準化斷面方式輸入大壩橫縫截面的形體控制點(diǎn)坐標。模擬參數輸入則包括模擬機械數量和機械運行參數，有效工日、施工澆筑參數、時(shí)間參數等。參數輸入一般均采用人工輸入方式，工作量大，效率低，是仿真周期中耗時(shí)最長(cháng)部分。

　　1.2、三維可視化過(guò)程轉換復雜

　　混凝土仿真常用的三維可視化手段包括GIS 平臺、虛擬現實(shí)技術(shù)，其實(shí)現途徑見(jiàn)圖1，針對壩體澆筑施工過(guò)程而言，三維可視化一般都要經(jīng)過(guò): ①AutoCAD 或其他常用建模軟件建模，構造基本的大壩三維實(shí)體; ②數據轉換，將大壩三維模型、地形模型、其他模型根據不同數據格式轉換成能夠被三維可視化系統識別的數據格式; ③構造三維輸出途徑，協(xié)調軟硬件系統，構造數據之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并將仿真成果以三維可視化方式進(jìn)行輸出。

圖1 系統仿真常用三維可視化實(shí)現手段

　　由于整個(gè)轉換過(guò)程設計多類(lèi)軟件數據之間的傳遞交互與處理，難免發(fā)生數據轉換中的誤差、不兼容、信息遺漏等問(wèn)題。而且系統實(shí)現手段相對而言比較復雜，需要專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行處理，不利于普遍推廣。

5、結語(yǔ)

　　本文針對目前碾壓混凝土壩澆筑仿真程序參數化建模數據輸入過(guò)程耗時(shí)長(cháng)且運用難度大，以及三維可視化實(shí)現過(guò)程復雜，數據轉換可能出現誤差等問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了將AutoCAD/ActiveX 與系統仿真相結合，并利用AutoCAD 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，采用面向對象的方法構造碾壓混凝土施工仿真模型系統框架。在案例中，通過(guò)仿真軟件與AutoCAD 平臺之間進(jìn)行交互，可以在仿真系統中實(shí)現三維輔助建模，以及基于A(yíng)utoCAD 的碾壓混凝土壩施工仿真過(guò)程三維演示，證明了系統的有效性。