[發(fā)明專利]一種基于VR-BIM技術(shù)的泄水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法

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• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108287979A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 包騰飛;李慧;錢秋培
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/05;G06T19/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發(fā)明公開了一種基于VR?BIM技術(shù)的泄水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，實現(xiàn)了VR與BIM技術(shù)在泄水及消能結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，該方法的核心是在VR平臺中對水流物理特性及水流與結(jié)構(gòu)碰撞特性進(jìn)行模擬，形成VR水流子系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用光滑粒子流體動力學(xué)(SPH)法模擬水流物理特性，運(yùn)用樹形搜索法搜索最近相鄰粒子為模擬水滴粒子之間的相互作用提供條件。最后，在VR平臺中，利用基于包圍盒技術(shù)的流?固碰撞設(shè)計法，將初步設(shè)計階段生成的泄水結(jié)構(gòu)BIM信息模型和VR水流子系統(tǒng)融合為VR?BIM系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)中水流流態(tài)及水力學(xué)要素分布規(guī)律，判斷泄流及消能設(shè)計是否合理。若不合理，則進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，同時更新BIM信息模型，直到滿足水工水力學(xué)要求為止。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于VR-BIM技術(shù)的泄水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，屬于涉水工程設(shè)計領(lǐng)域。

背景技術(shù)

水工結(jié)構(gòu)泄水及消能優(yōu)化設(shè)計在壩工設(shè)計中占據(jù)重要的分量，泄水壩面結(jié)構(gòu)形狀、閘門開啟方式以及消能工設(shè)計對泄洪水流影響巨大。傳統(tǒng)的方法是借助經(jīng)驗公式和水工模型試驗，但這種方法耗時費力，成本高。同時，水工模型實驗是在實驗室內(nèi)，根據(jù)相應(yīng)的模型律，以縮小的比例制成模型進(jìn)行模擬實驗，模型液流和原型水流應(yīng)當(dāng)滿足幾何相似、運(yùn)動相似和動力相似。由于技術(shù)上的限制，不可能同時把所有的相似率都考慮，因此水工模型實驗得出的規(guī)律準(zhǔn)確性偏低，需要結(jié)合原型監(jiān)測資料修正。數(shù)值模擬技術(shù)可預(yù)測流場內(nèi)各種水流現(xiàn)象、壩面壓強(qiáng)等各種水力學(xué)指標(biāo)。但數(shù)值模擬方法存在實時性、交互性差等缺點，與壩工設(shè)計之間存在“信息孤島”效應(yīng)，因此，數(shù)值模擬法很難與壩工設(shè)計協(xié)同。為克服上述缺點，研究基于VR-BIM技術(shù)的泄水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法具有十分重要的實用價值。

引入光滑粒子流體動力學(xué)(SPH)法將VR技術(shù)中的粒子系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)研發(fā)具有可移植性的VR水流子系統(tǒng)。該算法是一種無網(wǎng)格粒子算法，適合處理大變形問題。僅通過對粒子進(jìn)行追蹤就可以得到整個系統(tǒng)運(yùn)行軌跡，同時使水粒子完全遵循現(xiàn)實世界物理運(yùn)動規(guī)律。此外，粒子系統(tǒng)會根據(jù)初始狀態(tài)和后續(xù)所受外力自主演變，進(jìn)而使得粒子與粒子之間、粒子與環(huán)境之間形成交互。

BIM技術(shù)可將壩工設(shè)計以三維可視化的形式表達(dá)，并將結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸，材料等屬性信息附著在模型上進(jìn)行無紙化管理，此外BIM模型與VR平臺之間兼容性好，極大的方便了在VR平臺上將VR水流子系統(tǒng)與BIM壩工信息模型融合。該方法可使壩工設(shè)計中的溝通、討論、優(yōu)化、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行，從而大大提高了設(shè)計人員的設(shè)計效率，減小資金投入。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明將VR-BIM技術(shù)引入泄流結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域，提供了一種不受時間、空間限制的計算機(jī)輔助科研、生產(chǎn)的基于VR-BIM技術(shù)的泄流結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，未來必將得到廣泛應(yīng)用。本發(fā)明的目的在于將VR技術(shù)融于BIM設(shè)計，從而實現(xiàn)VR-BIM技術(shù)在泄流結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用，是一種基于VR-BIM技術(shù)的泄流結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種基于VR-BIM技術(shù)的泄水結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)泄水結(jié)構(gòu)的原始設(shè)計資料，生成泄水結(jié)構(gòu)BIM信息模型；

步驟2，在VR平臺中對水流物理特性進(jìn)行模擬，集成VR水流子系統(tǒng)；

步驟3，調(diào)用泄水結(jié)構(gòu)BIM信息模型中河槽及過流面BIM信息屬性數(shù)據(jù)庫，并利用基于包圍盒技術(shù)的流-固碰撞設(shè)計法，將泄水結(jié)構(gòu)BIM信息模型和VR水流子系統(tǒng)融合為具有自動漫游、手動漫游、閘門開度控制及水力學(xué)要素報表輸出功能的VR-BIM系統(tǒng)；

步驟4，將VR-BIM系統(tǒng)及其生成的最不利工況下典型測點水力學(xué)測量要素分析報表共享給設(shè)計工程師或?qū)＜遥?/p>