[發明專利]一種基于VR-BIM技術的泄水結構優化設計方法

在審

• 申請號: 201810257984.X
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108287979A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 包騰飛;李慧;錢秋培
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/05;G06T19/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

1.一種基于VR-BIM技術的泄水結構優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據泄水結構的原始設計資料，生成泄水結構BIM信息模型；

步驟2，在VR平臺中對水流物理特性進行模擬，集成VR水流子系統；

步驟3，調用泄水結構BIM信息模型中河槽及過流面BIM信息屬性數據庫，并利用基于包圍盒技術的流-固碰撞設計法，將泄水結構BIM信息模型和VR水流子系統進行融合得到VR-BIM系統；

步驟4，將VR-BIM系統及其生成的最不利工況下典型測點水力學測量要素分析報表共享給設計工程師或專家；

步驟5，設計工程師或專家根據VR-BIM系統中的水流流態及水力學測量要素分析報表中的水力學要素分布規律，判斷當前泄水結構BIM信息模型是否滿足水工水力學要求，若是則輸出當前泄水結構BIM信息模型，完成泄水結構設計；否則優化當前泄水結構BIM信息模型，返回步驟3。

2.根據權利要求1所述的一種基于VR-BIM技術的泄水結構優化設計方法，其特征在于，步驟1中所述泄水結構BIM信息模型包括非溢流壩段BIM信息模型、溢流壩段BIM信息模型、過流面BIM信息屬性數據庫、典型斷面尺寸約束數據庫、閘門槽BIM信息模型、閘門BIM信息模型數據庫、消力池BIM信息模型數據庫、海漫BIM信息模型數據庫、防沖槽BIM信息模型數據庫、地形BIM信息模型、河槽BIM信息屬性數據庫；其中，典型斷面尺寸約束數據庫分為上游堰面曲線坐標數據及擬合函數數據庫、堰頂曲線坐標數據及擬合函數數據庫、下游堰面曲線坐標數據及擬合函數數據庫、直線段坐標數據及擬合函數數據庫、反弧段曲線坐標數據及擬合函數數據庫。

3.根據權利要求1所述的一種基于VR-BIM技術的泄水結構優化設計方法，其特征在于，步驟2具體為：在VR平臺上利用光滑粒子流體動力學SPH法模擬水流物理特性，運用樹形搜索法搜索最近相鄰粒子，對水粒子之間的相互作用進行碰撞設計，集成VR水流子系統。

4.根據權利要求1所述的一種基于VR-BIM技術的泄水結構優化設計方法，其特征在于，步驟4中所述最不利工況下典型測點水力學測量要素包括：(1)溢流壩段門槽底檻和下游側、閘墩下游端附近、溢流面上不平整處和流速最高處、壩面與反弧段切點附近、反弧與護坦或挑流坎相接處部位特征點流速；(2)消力池有壓段底板壓強分布以及出流段壓力水頭；(3)泄流壩段溢流面壓強分布。

5.根據權利要求1所述的一種基于VR-BIM技術的泄水結構優化設計方法，其特征在于，步驟5中優化當前泄水結構BIM信息模型具體為：

(1)當溢流面上不平整處和流速最高處、壩面與反弧段切點附近、反弧與護坦或挑流坎相接處特征點流速大于15m/s²時，增大反弧段反弧半徑，根據增大后的反弧半徑更新反弧段擬合函數及坐標數據庫，此時溢流壩段典型斷面尺寸約束數據庫發生變更，溢流壩段BIM信息模型根據新的溢流壩段典型斷面尺寸約束數據庫自動更新；當溢流壩段門槽底檻和下游側、閘墩下游端附近特征點流速大于15m/s²時，調整閘門槽BIM信息模型尺寸約束，增大寬深比，設置不同的門槽深度，深度差為錯距，并將錯距控制在錯距比為0.05～0.08的范圍內，用斜坡將門槽下游角隅與下游邊壁銜接度控制在1/8～1/12，其中，門槽下游角隅用圓弧或橢圓轉彎，且圓角比控制在大于0.1的范圍；

(2)若消力池各出口前有壓段底板壓強沿程降低，出口后壓力水頭大于水深，則增大消力池BIM信息模型的下挖深度；否則減小消力池BIM信息模型的下挖深度，或者在不改變原消力池BIM信息模型的基礎上，在消力池前端與閘室底板銜接處加設平臺小檻，其中，檻高不超過下游水深的0.2倍，梯形或矩形斷面均可，2～3排交錯排列；

(3)若泄流壩段溢流面壓強分布中出現負壓，則調整典型斷面尺寸約束數據庫中的堰面曲線擬合函數，并根據擬合函數更新典型斷面尺寸約束，此時新的典型斷面尺寸約束驅動溢流壩段BIM信息模型的自動更新。

6.根據權利要求1所述的一種基于VR-BIM技術的泄水結構優化設計方法，其特征在于，步驟3中的VR-BIM系統具有自動漫游、手動漫游、閘門開度控制及水力學要素報表輸出功能。