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水利水电工程三维数字化设计及实践

 论文栏目:水电工程论文     更新时间:2017/1/20 17:15:30   

摘要:现阶段,我国水利水电基建工程建设规模不断的扩大,传统勘测设计方式已经远远不能满足水利水电工程的实际需求。三维数字化设计平台具有众多性能优势,如适用范围广、技术标准、协同能力强以及数据兼容能力强等,被广泛的和应用在水利水电工程领域。因此,文章针对水利水电工程三维数字化设计平台的建设进行了分析,并探析了水利水电工程三维数字化设计平台的工程应用以及效果,以供参考。

关键词:水利水电工程;三维数字化设计平台;建设;实践

一、前言

水利水电工程设计内容众多,主要包括施工、给排水、机械、建筑、土木、地质以及测绘等专业,各个专业之间不仅设计相互影响,而且数据也存在频繁的交互,即各个专业之间存在密切的关联,这就要求设计成果具有较高的共享程度。水利水电工程的上述特点和要求,要求设计的平台必须具有以下性能:易于和普及、技术规范、专业覆盖范围广、协同设计能力以及较强的数据兼容能力等。文章研究一种基于BentleyMicroStation的三维数字化平台,该三维数字化平台能够实现跨专业、跨业务。

二、水利水电工程三维数字化设计平台的建设

1.平台架构HydroStation平台架构主要包括三个部分,即三维设计标准体系、三维设计应用软件以及基础框架,按照工程专业协同领域进行划分,主要包括三个方面:①工厂三维设计系统,如给排水工程、暖通工程、照明工程、电气工程、水机工程等。②枢纽三维设计系统,如观测、地质、施工、厂房以及大坝等。③地质三维勘察系统,如岩土、物探、水文、地质以及测绘等。工厂、枢纽以及地质三维数字化协同设计的整体解决方案是一体的,通过协同平台ProjectWise与CAD平台MicroStation共同完成交叉设计中模型校审以及资料互提等工作。该平台能够有效的满足水利水电工程未来水电站全生命周期管理、网络运行、设计标准管理、异地协同管理以及多专业交叉等需求。水利水电工程三维数字设计平台的基本框架主要包括:数据服务架构(基于ECFramework数据总线技术)、核心模型储存架构(采用DGN格式)、图形基础和系统平台(基于ProjectWise与MicroStation)。系统架构包括四层,即专业应用层、应用平台层、中间层以及服务层:①专业应用层,该层主要包括三个板块,即工程系统、工程枢纽以及地质勘测,根据专业应用环境完成相应的三维软件设计工作。②应用平台层,该部分由ECFramework的数据访问框架和MicroStation共同组成,进而为设计人员提供统一的数据服务架构以及基础环境,保证信息模型创建的统一性。③中间层,该层主要是为三大系统提供相关的数据支撑服务,实现各专业设计的无缝共享。④服务层主要包括专业数据库服务、托管工作空间服务以及ProjectWise组成,职责是为三大系统提供推送服务、设计标准管理、数据服务以及协同服务等。2.三维设计软件该平台采用SQLServer、ProjectWise以及MicroStation等基础软件构建,组成部分包括新技术标准体系、三维设计应用软件以及基础框架,其中基础框架主要包括成果自动发布、技术标准推送以及数据库访问中间件等。现阶段,平台的核心软件包括五个方面:①ReStation,由统一平台架构组成具有材料报表再符号化、钢筋图自动化输出、布筋随结构变化动态更新以及设计标准自检等功能的三维设计系统,能够和多种结构分析软件进行无缝连接。②DigitalElements,由统一平台架构组成带有设备属性、出图符号以及三位模型的元件库,对国内新的产品标准进行整合,包含给排水、暖通工程、电气工程等众多元器件。③PlantDesigner,由统一平台架构组成包括图纸自动标注、电气埋管设计、建筑装修以及设备布置等功能的工厂三维设计系统,能够实现水机工程、暖通工程、电气工程以及厂房的三维协同设计,并且还能够解决传统水利水电工程设计过程中绘图工作量大、漏洞问题突出以及流程复杂等问题。④CivilDesigner,由统一平台架构组成包括地块、洞群以及边批设计等功能的枢纽三维设计系统,可以完成贯穿枢纽布置设计、地质全信息三维模型以及地形协同设计,有效的解决传统布置方案一体化仿真计算、方案比选速度慢等问题。⑤GeoStation,由统一平台架构组成具有网络查询、模型计算分析、数据驱动建模、数据库管理等功能的地质三维系统,能够实现水利水电工程勘测、设计三维协同一体化设计。3.标准体系标准化是水利水电工程协同设计的前提和基础,同时也是专业之间和专业内部数据相互转换和利用的必要条件。该三维数字化设计平台通过后台标准向设计人员推送相关的数据信息。该三维数字化设计平台的一大特色是Workspace,能够将推送的标准化配置划分为五个不同的级别,即User、Project、Site、Aplication以及System。现阶段,根据专业设计的实际需求以及相关经验,总共制定了20多项设计标准,涉及的内容包括产品标准、管理标准、工作流程以及技术方法等方面,利用该三维数字化设计平台能够实现标准化设计和配置,能够提供五个不同级别(即专业、项目、项目群、系统以及平台)的标准推送,项目内容包括100余项,如建模出图模板、属性、模板色彩数据库、标准土层、符号库、设备数据库以及软件配置等。同时,用户可以根据自己的实际需求利用客户端进行自行配置。4.平台远程部署该水利水电工程三维数字化设计平台具有分布式部署功能,能够实现跨地域勘测和设计。根据长期实践应用经验,创建了符合水利水电工程实际状况和需求的分布式部署方案,有效的解决在带宽条件相对较低时,异地服务、客户端和主服务器之间的标准配置环境无法实现数据实时同步和自动推送等问题。因此,设计的三维数字化平台不受环境、时间以及地形的限制,能够实现水利水电工程的标准化三维设计。根据实践表明,水利水电工程现场网络的带宽为2MB时,该平台可以满足40人以内的设计团队的实际需求。平台部署方案如图1所示,该平台能够解决企业生产水平低、差旅成本较高、人力资源短缺以及生产资源有限等问题。

三、水利水电工程三维数字化设计平台的工程应用以及效果

1.应用状况该三维数字化设计平台被广泛的和应用在众多领域,例如闲林办公基地、杭州地铁、绩溪抽蓄、白鹤滩等众多大型工程项目中,涉及的领域包括工民建工程、市政交通工程、水利水电工程等,尤其是该三维数字化设计平台在水利水电工程领域的应用,能够有效的提高生产效率,解决实际设计和施工过程中面临的众多问题。现阶段,该三维数字化设计平台还被10余家单位(如中南勘测设计研究院等)所应用,都取得了良好的应用效果。2.应用效益通过该三维数字化设计平台应用在水利水电工程设计中,能够有效的节约社会资源、培养大量的技术型人才、缩短设计和施工周期、降低风险发生概率、提高产品质量以及提高生产效率等,其社会效益非常显著。按照专项审计报告,2009-2011年,该三维数字化设计平台被和应用在20余项大型工程项目设计和施工中,勘察设计产值增加3.6亿元,产品设计差错率降低了79%,和传统方法相比,生产效率提高了40%左右,具有非常显著的经济效益。

四、结语

综上所述,通过建设三维数字化设计平台,并将该三维数字化设计平台应用在水利水电工程勘测设计中,能够有效的解决传统方法的各种弊端或者问题,如各专业的碰、漏以及错等问题,显著的提高水利水电工程设计水平、效率、质量,具有非常显著的社会效益,同时在众多领域的实践应用经验表明,该三维数字化设计平台具有非常显著的经济效益,显著降低设计成本,具有非常广泛的和应用价值。此外,为了推动三维数字化技术的发展和应用,三维数字化设计平台还应该好施工管理一体化相结合,根据水利水电工程施工现场的实际状况和管理需求,创建相应的三维模型,实现设计、施工以及管理的一体化,更好的满足工程实际需求,提高平台的实用性,创造更高的社会效益和经济价值。

参考文献

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作者:汪小军 单位:上饶市科信水利水电勘察设计咨询有限公司

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