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[摘 要]随着近年来水利工程规模的不断扩大，在工程项目中涉及的高难度技术、复杂设计逐渐增多，为使施工人员准确、全面的理解水利水电工程的设计意图和施工信息，人们尝试将能够形象演示施工动态过程的可视化仿真技术应用于水利水电工程施工过程中，本文以基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真系统的实现为对象展开研究，为提升水利水电工程施工整体水平作出努力。
[关键词]BIM技术；水利水电工程；施工可视化仿真
中图分类号：TV51；TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0152-01
前言
BIM即建筑信息模型，其可以通过数字信息对建筑物真实信息进行模拟仿真，所以其适用于建筑项目的全生命周期，有利于建筑设计三维可视化发展，避免项目设计过程中的冲突，减少真实施工中出现的问题，提升建筑设计的效率和准确性，由此可见基于BIM的施工可视化仿真的实际作用不可忽视。
1.基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真原理分析
水利水电工程施工可视化仿真既要能够真实的体现水利水电工程空间布局等静态数据和关系，又要能够对施工过程产生的动态变化進行准确的展示，所以其实现需要建立在多功能软件平台的基础上，英国Navisworks公司研发的具有3D/4D协助设计检视功能的NavisWorks软件，有利于提升建筑项目的全生命周期的整体质量，其是BIM技术工作流的核心，NavisWorks软件将AutoCAD、Revit系列等软件的设计数据和一些设计工具的图形、信息有机结合，为建筑项目整理设计提供有利的工具，其虽然自身不具备建模的性能，但能够支持现阶段常用的所有三维设计软件模型的文件格式，如IFC、Autodesk、JTOpen等，而且能够将不同格式的模型设计文件以其绝对坐标为基准实现合并、附加，使多个设计文件构成统一的模型文件。考虑到整合后的设计文件内存较大，可通过生成同名的NWC格式缓存文件实现设计文件的压缩；另外，此软件将整合模型文件的保存格式设定为NWF，有效地提升了整合模型的载入进程，实时漫游及审阅、照片级视觉效果、4D模拟和动画、碰撞校审、模型发布等多方面的功能共同决定，不同的用户可结合实际需要和建模水平在Navisworks软件中选取合适的三维模型构建软件，即使大型工程的三维场景仍可以利用此软件制作，可视化仿真模型的构建过程和效果更加有保证，所以以Navisworks软件为基础的软件平台，为基于BIM技术的施工可视化仿真实现奠定了基础。
基于BIM技术设计开发某水利水电工程动态施工过程的可视化系统，充分挖掘Navisworks软件功能，建立水利水电工程可视化仿真系统，要求此系统的人机接口、可操作性和后期维护都较理想，结合某水利水电工程的仿真数据信息，首先根据其枢纽布置情况及主要建筑物的特征，创建三维可视化模型，并通过Navisworks软件平台中形象仿真技术的贴图功能对其进行处理；然后对模型的动态仿真数据进行收集和整理，并将所收集的信息利用Navisworks软件组织成模型的参数和属性；最后，利用Navisworks软件的原有功能和二次开发功能，实现相关数据的仿真可视化，实现对工程施工全过程、分项工程施工的动态演示和分项工程施工仿真数据的可视化、查看工程详细信息等。
2.基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真的实现
基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真要以真实反映水利水电工程施工信息的可视化仿真三维数字模型为基础，构建可视化仿真三维数字模型要分别对数字地形模型、地形动态开挖展示、混凝土坝动态实体模型、土石坝实体建模、其他地物实体建模、施工机械设备实体建模六个方面进行，在建模结束后，通过可三维动态展示、可视化信息查询和可视化工程形体查询，实现施工可视化仿真。
2.1 三维动态仿真展示
Navisworks软件中的TimeLiner模块能够实现水利水电工程施工过程的三维动态展示，其通过仿真计算获取施工的动态信息，仿真计算将结合三维仿真模型中所提供的相关二维信息数据进行，如形体参数、施工时间、施工配备等，在此过程中需要将被分解的图形单元三维模型重新导入Navisworks软件，并将施工进度数据转化成Navisworks软件支持的CSV数据格式，使其在TimeLiner模块的作用下与模型中的图形结构相对应，结合数据对施工中动态的任务和模型动态图形变化形式进行设定，此时Navisworks软件中将直接生成水利水电工程施工的动态动画过程[4]。如果实际需要从不同的视点对水利水电施工动态过程进行观察，则在Navisworks软件中利用Animator模块生成施工场景巡航动画，此时将动画链接到之前生成的动画中，将会形成不同视角的动态施工过程，甚至满足从不同的时间点对施工过程进行反复的观察，这在一定程度上有利于纠正施工中存在的问题，提升水利水电工程的整体性能。
2.2 可视化仿真信息查询的实现
可视化实现框架可分为数字结构形式和组织形式两部分，在数字结构形式方面，Navisworks软件的性能决定其可以直接打开、浏览模型文件，并生成与原文件同名的NWC缓存文件，所以仿真信息可视化查询可通过利用Navisworks软件查找模块和其提供的API接口两种方式完成，前者可实现图形单元和对应的属性的可逆性查询，后者以.NET二次开发为基础，实现对工程场景模型或属性查询，仿真信息通过插件的形式向查询主体进行展示，通过此方法能够对施工全过程以及分项工程的施工强度、具体进程等信息进行查询，甚至可以精确到具体的时间段，并通过图形对相关信息进行展示。在此过程中需要注意仿真信息插件的建立通过建立动态链接库、类和编写程序代码三个步骤实现。
2.3 工程形体信息查询的实现
由于Navisworks软件自身具有剖分功能，所以在三维可视化仿真模型中能够对任意高程和坝段的形体进行查询，并结合实际需要随时查看模型各结构所对应的二维信息，与此同时利用Navisworks软件平台所提供的审阅工具，可对可视化仿真模型的视点进行注释，使工程的信息或记录更加完整，动态性更加明显。
3.结论
通过上述分析可以发现，现阶段水利水电工程施工中，人们已经认识到工程规模不断扩大、设计逐渐复杂与施工人员技术水平有限之间存在矛盾，为保证水利水电工程的施工质量，人们尝试将基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真系统应用于施工过程中，实践证明，此系统有利于施工过程与施工设计的高度一致，对提升水利水电工程施工质量效果明显。
参考文献
[1] 苗倩.BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用[J].水电能源科学，2012，10：139-142.
[2] 秦丽芳.BIM技术在水电工程施工安全管理中的研究[D].武汉：华中科技大学，2013.
[3] 李宁.基于BIM与IFC的混凝土坝施工仿真信息模型构建方法研究[D].天津：天津大学，2012.
[4] 龙腾.基于BIM的变截面桥体可视化施工技术应用研究[D].武汉：武汉科技大学，2015.
[关键词]BIM技术；水利水电工程；施工可视化仿真
中图分类号：TV51；TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0152-01
前言
BIM即建筑信息模型，其可以通过数字信息对建筑物真实信息进行模拟仿真，所以其适用于建筑项目的全生命周期，有利于建筑设计三维可视化发展，避免项目设计过程中的冲突，减少真实施工中出现的问题，提升建筑设计的效率和准确性，由此可见基于BIM的施工可视化仿真的实际作用不可忽视。
1.基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真原理分析
水利水电工程施工可视化仿真既要能够真实的体现水利水电工程空间布局等静态数据和关系，又要能够对施工过程产生的动态变化進行准确的展示，所以其实现需要建立在多功能软件平台的基础上，英国Navisworks公司研发的具有3D/4D协助设计检视功能的NavisWorks软件，有利于提升建筑项目的全生命周期的整体质量，其是BIM技术工作流的核心，NavisWorks软件将AutoCAD、Revit系列等软件的设计数据和一些设计工具的图形、信息有机结合，为建筑项目整理设计提供有利的工具，其虽然自身不具备建模的性能，但能够支持现阶段常用的所有三维设计软件模型的文件格式，如IFC、Autodesk、JTOpen等，而且能够将不同格式的模型设计文件以其绝对坐标为基准实现合并、附加，使多个设计文件构成统一的模型文件。考虑到整合后的设计文件内存较大，可通过生成同名的NWC格式缓存文件实现设计文件的压缩；另外，此软件将整合模型文件的保存格式设定为NWF，有效地提升了整合模型的载入进程，实时漫游及审阅、照片级视觉效果、4D模拟和动画、碰撞校审、模型发布等多方面的功能共同决定，不同的用户可结合实际需要和建模水平在Navisworks软件中选取合适的三维模型构建软件，即使大型工程的三维场景仍可以利用此软件制作，可视化仿真模型的构建过程和效果更加有保证，所以以Navisworks软件为基础的软件平台，为基于BIM技术的施工可视化仿真实现奠定了基础。
基于BIM技术设计开发某水利水电工程动态施工过程的可视化系统，充分挖掘Navisworks软件功能，建立水利水电工程可视化仿真系统，要求此系统的人机接口、可操作性和后期维护都较理想，结合某水利水电工程的仿真数据信息，首先根据其枢纽布置情况及主要建筑物的特征，创建三维可视化模型，并通过Navisworks软件平台中形象仿真技术的贴图功能对其进行处理；然后对模型的动态仿真数据进行收集和整理，并将所收集的信息利用Navisworks软件组织成模型的参数和属性；最后，利用Navisworks软件的原有功能和二次开发功能，实现相关数据的仿真可视化，实现对工程施工全过程、分项工程施工的动态演示和分项工程施工仿真数据的可视化、查看工程详细信息等。
2.基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真的实现
基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真要以真实反映水利水电工程施工信息的可视化仿真三维数字模型为基础，构建可视化仿真三维数字模型要分别对数字地形模型、地形动态开挖展示、混凝土坝动态实体模型、土石坝实体建模、其他地物实体建模、施工机械设备实体建模六个方面进行，在建模结束后，通过可三维动态展示、可视化信息查询和可视化工程形体查询，实现施工可视化仿真。
2.1 三维动态仿真展示
Navisworks软件中的TimeLiner模块能够实现水利水电工程施工过程的三维动态展示，其通过仿真计算获取施工的动态信息，仿真计算将结合三维仿真模型中所提供的相关二维信息数据进行，如形体参数、施工时间、施工配备等，在此过程中需要将被分解的图形单元三维模型重新导入Navisworks软件，并将施工进度数据转化成Navisworks软件支持的CSV数据格式，使其在TimeLiner模块的作用下与模型中的图形结构相对应，结合数据对施工中动态的任务和模型动态图形变化形式进行设定，此时Navisworks软件中将直接生成水利水电工程施工的动态动画过程[4]。如果实际需要从不同的视点对水利水电施工动态过程进行观察，则在Navisworks软件中利用Animator模块生成施工场景巡航动画，此时将动画链接到之前生成的动画中，将会形成不同视角的动态施工过程，甚至满足从不同的时间点对施工过程进行反复的观察，这在一定程度上有利于纠正施工中存在的问题，提升水利水电工程的整体性能。
2.2 可视化仿真信息查询的实现
可视化实现框架可分为数字结构形式和组织形式两部分，在数字结构形式方面，Navisworks软件的性能决定其可以直接打开、浏览模型文件，并生成与原文件同名的NWC缓存文件，所以仿真信息可视化查询可通过利用Navisworks软件查找模块和其提供的API接口两种方式完成，前者可实现图形单元和对应的属性的可逆性查询，后者以.NET二次开发为基础，实现对工程场景模型或属性查询，仿真信息通过插件的形式向查询主体进行展示，通过此方法能够对施工全过程以及分项工程的施工强度、具体进程等信息进行查询，甚至可以精确到具体的时间段，并通过图形对相关信息进行展示。在此过程中需要注意仿真信息插件的建立通过建立动态链接库、类和编写程序代码三个步骤实现。
2.3 工程形体信息查询的实现
由于Navisworks软件自身具有剖分功能，所以在三维可视化仿真模型中能够对任意高程和坝段的形体进行查询，并结合实际需要随时查看模型各结构所对应的二维信息，与此同时利用Navisworks软件平台所提供的审阅工具，可对可视化仿真模型的视点进行注释，使工程的信息或记录更加完整，动态性更加明显。
3.结论
通过上述分析可以发现，现阶段水利水电工程施工中，人们已经认识到工程规模不断扩大、设计逐渐复杂与施工人员技术水平有限之间存在矛盾，为保证水利水电工程的施工质量，人们尝试将基于BIM技术的水利水电工程施工可视化仿真系统应用于施工过程中，实践证明，此系统有利于施工过程与施工设计的高度一致，对提升水利水电工程施工质量效果明显。
参考文献
[1] 苗倩.BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用[J].水电能源科学，2012，10：139-142.
[2] 秦丽芳.BIM技术在水电工程施工安全管理中的研究[D].武汉：华中科技大学，2013.
[3] 李宁.基于BIM与IFC的混凝土坝施工仿真信息模型构建方法研究[D].天津：天津大学，2012.
[4] 龙腾.基于BIM的变截面桥体可视化施工技术应用研究[D].武汉：武汉科技大学，2015.