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水利水电工程枢纽全生命周期解决方案

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2010/6/9 11:16:57   

  所属频道:  水力发电    关键词:  水利水电 水电工程

     在三维地形和地质表述的基础上,建立水利水电工程的全三维模型,包括坝体、导流洞、泄洪洞、地下厂房等建筑以及与此相关联的设备、管线布置。这些设备与地形和地质数据完全相关,从而构成一个复杂的水利水电系统,真实反映工程建成以后的面貌。

    CATIA/SimuPower提供设计阶段进行空间距离的测量、土石方的计算、工程造价和工程量的计算等工作,而且建立的三维模型还能够输出到有限元分析软件中,进行结构强度的预测。在此阶段,还能够对整个工程进行漫游,模拟人在工程中的行走所观察到工程的实际状况。

    CATIA/SimuPower软件运用到水利水电工程中,可以覆盖工程的整个生命周期,从预可研开始到方案分析、详细设计、施工控制、工程质量检验,都可以利用CATIA/SimuPower软件系统作为工程科学管理的辅助工具。工程项目的业主、设计单位、承包商、监理单位同样可以利用CATIA/SIMUPOWER软件不同功能模块辅助自己工作,尤其是在设计、施工控制阶段,运用CATIA/SimuPower软件可以取得巨大的管理效益和经济效益。

    可以确定,利用CATIA/SimuPower使施工组织设计全部数字化和可视化后,施工现场的一切面貌均可在计算机屏幕上一一再现,也可以现场实际施工面貌为基础,预测一个月、一年以后工程区的三维施工面貌,从而决策优选施工组织方案。此时,人们向往的远程施工管理实现三维可视化。


水利水电工程枢纽全貌

工程量概预算与数据接口

      建立大坝真实全三维实体数值仿真模型,能够完全精确模拟大坝形体的各个细节,包括孔口部位、进水口、闸门槽等,真实反映大坝的三维形体结构。在完成水利水电工程的全三维详细设计的基础上,CATIA/SimuPower自动计算坝区不同地质开挖工程量、大坝混凝土浇筑用量,结合工程费用、单位时间内工作强度及各种资源的配置情况,获得工程概预算需要的详细数据。因此,利用CATIA/SimuPower能够合理的选择挖掘地点、减小施工难度,节约成本。

      在三维地形表述的基础上,建立各种料场、场内外公路的模型,CATIA/SimuPower能轻易在沙盘模型上计算出公路长度及各场地之间曲线距离,从而为在施工区域平面布置提供科学依据,找出最优布置方案,减少运费,提高场地利用效率,获得更大的经济效益。

      由于CATIA/SimuPower采用了三维模型,因而大坝、厂房、辅助设施等工程量计算结果准确、精度高。通过查询主菜单中的工程数据查询功能,可查询任意工作面、标段的施工强度及进度情况。

     为更好地管理工程,充分利用现有计算机模拟系统与项目管理软件各自的优点。CATIA/SimuPower建立与P3、PROJECT等网络计划和项目管理软件的接口,可将模拟系统的数据传输到网络计划软件中,生成各种需要的网络图、横道图、工程强度直方图等。另一方面,P3等软件的工程进度计划数据也可与CATIA/SimuPower同步,实现施工进度控制与仿真模拟分析的结合。


             工程施工与决策信息查询                                             工程二维全貌

基于原理图的机电设备、管路三维空间布置

    CATIA/SimuPower厂房设计采用基于原理图驱动的系统设备和管线布置方式,设计者可以从二维的系统原理图入手,首先建立正确的系统流程图,然后,在三维环境下,根据系统原理图进行设备、管线的布置。所有的设备和管线都与二维原理图进行对应并能够自动检查,以保证不会错布、漏布任何设备和管道。

    在CATIA/SimuPower系统厂房设计平台里,用户通过对系统提供的模板或自行设计的结构体,进行调整,使其满足该工程条件,再把各结构件进行组装,厂房的初步数字模型就建立完成。在完成厂房及管道初步设计后,用户可以对厂房细节进行放大缩小旋转查看,还可以顺着管道进行漫游查看,以检查设计是否合理,系统还能对厂房内部进行空间干涉分析。以帮助设计者进行实时修改,从而满足工程设计规范。

    设计者建立厂房及管道三维数字模型后,还可以和地形及坝体进行组装,设计者只需在CATIA/SimuPower系统中分别打开三个数字模型,在组装模块中进行工程组装。对组装好的数字模型进行交集运算,就可以得到厂房及管道的开挖体模型,并能自动提取出不同材质的开挖体以及自动计算其开挖方量。

施工场地布置和工艺仿真

    基于CATIA/SimuPower重构地形地貌自由曲面模型和地质实体模型,以及CATIA/SimuPower提供的完备的旋拉剖切等操作,可以快速方便的完成水电工程道路、浇筑平台、进水口、料场、缆机平台、搅拌站等的三维设计和分析。

    利用CATIA/SimuPower软件的离散事件仿真技术,可以对工程施工工艺进行仿真和优化。利用该项技术,可以分析在一定的工艺方案及约束条件下,分析施工过程中各种设备的利用率、分析施工场地布置是否合理,整个系统的瓶颈在什么地方和什么设备上,施工场地的物流密度等。

    水利工程的分析工作基本上能在数字模型基础上直接进行,施工组织设计在此基础上进行施工导流、场内交通和布置工作,运用CATIA/SimuPower进行导流方案、结构计算和自动切剖面计算工程量,能够提高工作效率,加快设计进程。施工技术方面,通过CATIA/SimuPower软件和施工进度计划编制软件的结合(如P3),可以完成大坝、地下厂房洞室群和单洞施工过程仿真,使大型、复杂的施工项目通过计算机分析变得直观、简捷和准确,可在较短的时间内完成多个方案的比较分析,对拟定的施工措施进行定量化分析,提出优化、可实施的施工方案。许多原来用手工设计不可能完成的设计通过计算机仿真施工都能如愿以偿。运用CATIA/SimuPower的可视化技术能够完成大坝、地下厂房洞室群、坝肩、取水口和溢洪道开挖等施工项目的动态仿真。当各单项工程施工仿真工作全部完成后,尚不能解决工程项目之间难以避免的干扰问题,因此,需要在协调工程项目上进一步深化模拟,使整个工程挡水系统、泄水系统和引水发电系统从施工进度上进行协调,从而实现全工程施工过程在计算机上预演,拟定不同的施工方案(施工通道、程序和方法),发现各项目之间施工过程中存在的问题,提出定量化解决问题的措施和优化方案,为施工组织方案决策提供科学的依据。

    通过数字化和可视化施工组织设计,施工设计将可直接在三维数字地形上进行建筑物和通道布置,即可随意进行三维可视化布置和多方案设计,再使用计算机仿真模拟系统进行建筑物施工,从而实现整个工程的可视化施工。通过CATIA/SimuPower在工程仿真系统的应用,施工总进度就不仅仅是一张带逻辑关系的横道图(二维、静态),而是从工程开工的三维原始地形到导流工程、大坝工程和引水发电工程真实预演,以及到大坝蓄水发电的施工全过程动态进度(三维、动态)。


                          浇筑平台、缆机平台、坝肩等布置与开挖

水工结构设计与仿真

    CATIA/SimuPower坝体设计模块提供了多种坝型坝体的解决方案,并提供工程常用设计手段的智能化设计,实现参数化模型的建立,最大程度上减少设计者的工作压力,以达到方便快捷的目的。利用前述的地质分析,可以初步确定几个选址位置,并利用大坝设计模版快速设计大坝形体,从而实现利用数值分析技术,不断的对大坝形体进行优化和选址验证。

    CATIA/SimuPower还能够进行各种水工建筑的详细设计,通过三维设计手段,可以进行三维空间分析,进行各种水工建筑的干涉检查,如检查测量交通洞、厂房、引水洞的最小距离、是否存在空间干涉等。


                          水工建筑及其空间分析

    CATIA/SimuPower提供多种分析工具,如拱圈线曲率分析、曲面连续分析、高光分析、环境映射、对映分析、距离分析等、有限元结构强度计算等。

地质

    CATIA/SimuPower不仅可以绘制出地质体的空间分布几何形态,而且可以对其进行光照、着色、纹理、渲染、材质、图层等,使三维图像更具真实感,同时可以从不同角度、不同方位和不同距离观察三维地质模型,方便处理褶曲、分叉、尖灭、相变、地层缺失等复杂地质情况;可以灵活方便地制作钻孔柱状图、三维模型图、2D剖面图,把握整体宏观的趋势。允许多层次、多细节地揭示地质界面、构造界面以及断块等地质现象。通过对三维地质模型的剥离、选择、提取等操作,表现三维模型的局部特征,便于观察和掌握不同层面、不同构造、不同细节的地质数据的空间分布及其变化规律。地质学者可以很容易地观察地质模型内部的地质构造形态及其内部结构,并进行各种测量、计算、统计和分析等。

    用户可以自定义地质样本,并加载给地质实体模型。同时可对地质密度、硬度等特性进行编辑,以利于做进一步分析。


                三维地质实体模型


                    三维地质断层模型

地形地貌

   数字化水电站的核心是三维水电站可视化勘察、设计、施工和维护维修为核心作用的全生命周期管理。实现工程设计的数字化和可视化,第一步就是对工程所在的区域地形地貌数字化。

    CATIA/SimuPower地形地貌模块利用从航测、遥测等原始数据,建立真实地形地貌数字模型,并可根据工程实际需要进行局部区域的细化以达到工程精度要求。CATIA/SimuPower能够处理数十平方公里,高达几百兆的数据点云的地形地貌重构,并能被当前流行的CAD软件导入为自由曲面。

    CATIA/SimuPower地形地貌模块能够自动的根据用户要求进行等高线提取,同时,也能自动完成等高线的标注。


             地形地貌局部细化技术


            等高线自动生成与标注


                  三维地形


     基于三维地形地貌的选址及环评

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