水利水电工程信息模型研究及应用

【摘要】：水利水电行业发展至今，在水利水电工程全生命周期过程中仍然存在以下几方面亟待解决的问题：（1）信息在工程全生命周期各阶段流失严重；（2）工程项目设计效率低；（3）信息共享管理水平低；（4）信息的使用与表达没有有效地反馈工程。本文在对水利水电工程项目特点深入研究的基础上，旨在建立适用于水利水电行业的水利水电工程信息模型及其实施框架，针对信息模型的建立、共享管理和使用等三个核心环节的实施过程进行研究，构建起以水利水电工程信息模型为核心的信息集成与存储、信息模型协同设计、信息模型共享管理和交互转换、以及信息模型使用与反馈的理论方法体系。为实现上述目标，本文从以下几个方面开展了研究工作并取得一些成果： （1）构建水利水电工程信息模型建立的理论方法体系，开发了基于水利水电工程信息模型的协同设计平台 提出以专业信息模型、专业信息模型子模型以及构件信息模型为核心的水利水电工程信息模型信息的分类、编码理论及存储方法，以实现信息在工程生命周期各阶段多维度的集成；提出基于参数化特征建模、构件库以及模型模版库的水利水电工程信息模型几何数据的快速建立方法；研究了云平台下以水利水电行业协同工作组织结构和协同设计工作流程为核心的水利水电工程信息模型协同设计理论。基于上述研究，构建起水利水电工程信息模型建立的理论方法体系，并在此基础上，研发了服务于设计单位、基于水利水电工程信息模型的协同设计平台。 （2）探讨水利水电工程信息模型共享管理的实施方法，开发了水利水电工程协作共享平台 探讨以模型信息共享管理和信息模型交互、转换为核心的水利水电工程信息模型共享管理的实施方法，并在此基础上，通过对现有商业协同办公软件的开发，研发了服务于水利水电工程各参与方、以水利水电工程信息模型为核心的协作共享平台。 （3）探讨以动态安全信息模型为核心的水利水电工程信息模型使用与反馈的实施方法 ①提出基于实测信息和贝叶斯修正技术的动态施工进度修正预测方法，和动态施工进度状态向设计信息模型的动态映射方法，实现水利水电工程动态施工进度信息模型的建立。 ②研究建立监测仪器参数化构件库和水利水电工程建筑物及岩体安全监测量的时序分析预测模型，实现水利水电工程动态安全监测信息模型的建立。 ③研究建立施工状态（包括施工进度状态和施工条件）与数值仿真分析模型之间的动态映射关系，进而提出结构安全动态仿真方法，实现水利水电工程动态结构安全数值仿真信息模型的建立。 ④基于动态结构安全数值仿真信息模型，运用三维动态可视化开发技术，提出了水利水电工程结构安全与施工进度状态耦合动态可视化方法，将工程动态施工进度面貌及其对应的结构安全状态以动态结构安全数值仿真信息模型为载体进行连续、动态三维可视化展示，反馈指导施工。 （4）建立碾压混凝土重力坝三维全尺度结构安全与进度耦合动态仿真及可视化方法，开发了碾压混凝土重力坝结构安全与进度耦合动态仿真及可视化系统 将动态安全信息模型理论应用于碾压混凝土重力坝施工过程，提出碾压混凝土重力坝三维全尺度结构安全与进度耦合动态仿真及可视化方法，并基于有限元分析软件平台和动态可视化技术，开发了碾压混凝土重力坝结构安全与进度耦合动态仿真及可视化系统。工程实例应用表明，该系统能够快速、方便地为决策者提供拟定施工方案下坝段群全过程结构安全与进度状态和信息的动态、连续变化以及安全控制指标信息的可视化跟踪分析，为全面把控坝段群施工过程的结构安全和进度提供数据支持。 【关键词】：水利水电工程信息模型 信息模型建立 信息模型共享管理 动态安全信息模型 施工进度修正预测 结构安全与进度耦合 动态仿真与可视化
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TV22-39;TV51-39
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 信息模型建立研究现状12-16
• 1.2.2 信息模型共享管理研究现状16-17
• 1.2.3 信息模型使用研究现状17-18
• 1.3 当前研究存在的问题18-19
• 1.4 本文主要研究内容及创新点19-24
• 1.4.1 本文主要研究内容20-21
• 1.4.2 创新点21-24
• 第二章 水利水电工程信息模型的建立24-68
• 2.1 引言24
• 2.2 水利水电工程信息模型及其实施框架24-29
• 2.2.1 水利水电工程信息模型24-26
• 2.2.2 水利水电工程信息模型各阶段实施子模型26-27
• 2.2.3 水利水电工程信息模型实施框架27-29
• 2.3 水利水电工程信息模型信息分类存储29-36
• 2.3.1 水利水电工程信息模型信息分类、编码29-34
• 2.3.2 水利水电工程信息模型信息存储34-36
• 2.4 水利水电工程信息模型几何数据的建立36-52
• 2.4.1 水利水电工程信息模型快速建模方法36-42
• 2.4.2 水利水电工程信息模型协同设计42-52
• 2.5 水利水电工程三维协同设计平台开发52-66
• 2.5.1 水利水电工程三维协同设计平台总体设计52-55
• 2.5.2 水利水电工程三维协同设计平台各模块功能开发55-66
• 2.6 本章小结66-68
• 第三章 水利水电工程信息模型的共享管理68-107
• 3.1 引言68-69
• 3.2 水利水电工程信息模型共享管理关键技术69-73
• 3.2.1 分布式文件系统存储及云存储69-70
• 3.2.2 信息权限访问70-71
• 3.2.3 信息版本控制71
• 3.2.4 信息检索71-72
• 3.2.5 工作流与审批72-73
• 3.2.6 信息历史记录73
• 3.3 多种设计软件平台信息模型信息交互技术73-75
• 3.3.1 参数化模型信息交互技术73-74
• 3.3.2 非参数化模型信息交互技术74-75
• 3.4 水利水电工程信息模型 CAD/CAE 信息转换技术75-92
• 3.4.1 数据转换接口实现步骤77
• 3.4.2 整体三维模型剖切77-86
• 3.4.3 网格单元重构86-89
• 3.4.4 有限元数值仿真计算模型生成89-92
• 3.5 水利水电工程信息模型 CAD/GIS 信息转换技术92-94
• 3.6 水利水电工程协作共享平台开发94-106
• 3.6.1 水利水电工程协作共享平台总体设计94-96
• 3.6.2 水利水电工程协作共享平台各模块功能开发96-106
• 3.7 本章小结106-107
• 第四章 水利水电工程动态安全信息模型—信息模型使用107-155
• 4.1 引言107
• 4.2 水利水电工程动态安全信息模型构成107-108
• 4.3 水利水电工程动态施工进度信息模型建立108-141
• 4.3.1 施工进度动态预测方法108-109
• 4.3.2 基于实测信息的动态施工进度修正预测方法109-132
• 4.3.3 动态施工进度信息模型的建立132-141
• 4.4 水利水电工程动态安全监测信息模型建立141-144
• 4.4.1 监测仪器模型的可视化表达141-142
• 4.4.2 监测仪器显示进度的确定142
• 4.4.3 安全监测数据预测曲线的确定142-144
• 4.5 基于施工状态动态映射的动态结构安全数值仿真信息模型建立144-149
• 4.5.1 动态结构安全数值仿真信息模型的建立原理144
• 4.5.2 模拟计划施工状态的动态结构安全数值仿真信息模型的建立144-147
• 4.5.3 模拟实际施工状态的动态结构安全数值仿真信息模型的建立147-149
• 4.6 基于动态数值仿真信息模型的结构安全与进度耦合动态可视化149-154
• 4.6.1 数值仿真分析结果的提取与存储150-151
• 4.6.2 基于可视化开发工具的结构安全与进度耦合动态可视化151-154
• 4.7 本章小结154-155
• 第五章 RCC 重力坝全尺度结构安全与进度耦合动态仿真155-169
• 5.1 引言155-156
• 5.2 RCC 重力坝施工状态与数值仿真模型之间的动态映射156-158
• 5.2.1 动态映射中的元素156
• 5.2.2 RCC 重力坝施工进度状态动态映射156-157
• 5.2.3 RCC 重力坝施工条件的动态映射157-158
• 5.3 三维全尺度结构安全与进度耦合动态仿真及可视化系统开发158-163
• 5.3.1 系统主要功能158-159
• 5.3.2 系统功能实现159-163
• 5.4 工程实例应用163-168
• 5.5 本章小结168-169
• 第六章 总结与展望169-173
• 6.1 总结169-171
• 6.2 展望171-173
• 参考文献173-184
• 发表论文和参加科研情况说明184-186
• 致谢186

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