1陕西省引汉济渭工程建设有限公司陕西西安710000
2成都希盟泰克科技发展有限公司四川成都610000
摘要：本文基于三河口碾压混凝土拱坝施工真实案例，采用法国达索Dassault公司的DELMIA-DPM，充分利用“数字样机”的三维数据，实现在三维基础上的3D方案规划，并对项目施工过程，资源分配，节点管控等进行三维可视化模拟并验证，促进施工应用水平的提高，及优秀的方案经验继承，实现真正的设计与实施并行工程，对碾压混凝土拱坝施工助益匪浅。
关键词：碾压混凝土；拱坝；DELMIA-DPM；仿真模拟
Abstract：BasedonrealcasethreemouthofRCCarchdamconstruction，theFrenchDassaultDassaultcompanyDELMIA-DPM，makefulluseof"digitalprototype"3ddata，realizethe3donthebasisof3dprogramplanning，andtotheprojectconstructionprocess，resourceallocation，nodecontrolssuchas3dvisualizationsimulationandverification，improvethelevelofconstructionapplication，experienceandexcellentsolutioninheritance，designandimplementationofconcurrentengineering，trueofRCCarchdamconstructionbenefitbanditshallow.
Keywords：RCC；Archdam；DELMIA-DPM；simulation
0引言
三河口水利枢纽是引汉济渭工程的调蓄中心。其大坝混凝土施工是控制整个三河口工期的关键项目，施工程序较复杂，混凝土施工方案的选择直接影响整个工程的施工工期、投资等。大坝混凝土方量约116万方，其中碾压混凝土为96万方。总工期为54个月，对施工方案进行优化设计，快速、准确、可靠地提供不同方案下大坝混凝土浇筑的阶段性形象面貌、整体工期、施工强度及机械效率等对于方案比选及施工组织设计具有很重要的指导意义。
以往在制定和论证混凝土坝施工方案和施工进度时，常用类比法，已经验数据作为大坝施工的主要参考。计算机仿真技术为大坝混凝土施工过程的研究开创了新的方法，使浇筑施工参数分析和选择从凭施工经验和模拟分析进入到施工过程仿真试验、施工参数数值分析、施工方案优化比较等科学领域。本次研究在对混凝土坝浇筑施工系统分析的基础上，结合计算机仿真技术，对三河口大坝施工进行可视化施工仿真验证，推荐施工方法模拟，机械设备及混凝土上坝强度分析等。
可视化仿真技术在施工中的运用以直观反映工程施工全过程为目的，能动态、多维地显示某施工方案的实施过程及各项活动的协调关系，为工程人员提供详细的施工信息，使其在短时间内从宏观（施工总布置、交通运输布置等）和微观（浇筑方案、资源利用等）层面掌握施工方案的大坝动态施工过程及详细数据，辅助决策人员直观地评估施工方案的合理性。引进法国达索Dassault公司的DELMIA-DPM，充分利用“数字样机”的三维数据，实现在三维基础上的3D方案规划，并对项目施工过程，资源分配，节点管控等进行3D模拟并验证，促进施工应用水平的提高，及优秀的方案经验继承，实现真正的设计与实施并行工程，对碾压混凝土大坝施工助益匪浅。
本文试以三河口碾压混凝土拱坝施工过程仿真与优化研究项目为例，浅析DELMIA-DPM的可视化仿真技术对于碾压混凝土大坝施工的价值与意义。
1模型处理
针对三河口碾压混凝土大坝项目，其一是对大坝实体各部位从设计模型向施工模型的转化。设计模型只需满足设计阶段的需要，而在进行施工模拟的时候，它可能并不具备施工工艺仿真的要求，还要对其作进一步的细化，做合理的拆分与重组。
通常进行模型拆分的原则有根据施工单元拆分和根据施工进度拆分。前者主要针对多团队并行运作完成的工程项目，便于后期数据打包分配、工程资源管控、工程进度管控等；后者主要针对单一团队串行运作完成的工程项目，便于是施工进度管控、项目资金分配等。对于大型综合性项目可以采用根据施工单元拆分和根据施工进度拆分交互应用原则，以满足客户应用需求及后期数据管理。在原来CATIA大坝模型的基础上，按施工进度，配合希盟开发的模型拆分插件对其进行了细化拆分，以使其满足施工模拟的需要。
2施工进度可视化模拟
建筑施工是一个高度动态的过程，随着建筑工程规模不断扩大，复杂程度不断提高，使得施工项目管理也变得越来越复杂。在没有BIM技术之前，建筑工程项目管理中经常用网格图，横道图，或者直方图表示进度计划。在编制这些进度计划图的时候，项目管理者主要是依靠从业经验来完成，那么这些计划内容的精确性就会比较低。另外由于这些计划图的可视化程度低，无法清晰描述施工进度以及各种复杂关系，难以准确表达工程施工的动态变化过程。这些缺点导致的直接结果，就是实际的施工进度跟不上计划进度，导致工期拖延，造成经济损失。
我们知道CATIA模型在几何信息层面上是3D的，那么如果我们把时间这一个维度加入到CATIA模型中去，我们就能够得到一个4D的模型，我们可以把它理解为一个建筑从开始建造到建成的一部电影。4D进度模拟能够直观的展现整个施工过程，从而为项目管理者提供一个可视化的平台。在这个过程中，三维的建筑模型与编制好的施工进度计划表格是强关联的。当模拟中的施工进度到达某一个步骤的时候，这一个步骤所有的人、材、机的资源配置信息和模型中的施工进度是完全吻合的。
比较常见的做法，是使用Project软件编制好工程任务，设定好各工作之间的关系，再将其与我们的CATIA模型进行对接。这个阶段我们对已建立的三河口大坝CATIA模型进行了模型处理与拆分，使之从设计模型转化为满足我们模拟需要的施工模型。在完成对接后，我们的施工任务、甘特图和三维模型就算是关联到一起了。关联后的4D进度模拟，以天为单位，对施工的进度进行模拟。可以在任意一个时间点显示出日期，当前完成的和未完成的工程量，还可以用不同的高亮颜色代表不同的工序。
到此，CATIA模型在时间这个维度上就动起来了，这样在施工过程中的每一个时间点，项目的管理者都可以直观的看到目前的施工进度，及时发现和调整施工过程中出现的问题，对进度计划进行优化。除此之外，施工企业在工程项目投标中可以借助DELMIA施工模拟，协助评标专家从4D模型中很快了解投标单位对投标项目主要施工的控制方法、施工安排是否均衡、总体计划是否合理等，从而对投标单位的施工经验和实力作出有效评估。
3重点难点关键工艺可视化交底
在工程项目中，有一些地方，靠图纸和文字的交底书无法描述清楚，以前就是设计人员或者设备制造厂商，派专员到现场进行指导。但是，在很多比较复杂的节点，设计人员不一定懂得施工工序和要点，即便懂得，也很难把这个过程描述清楚。
与以往的纸质版技术交底相比，DELMIADPM的施工方案可视化技术交底更加直观、易懂，能够让现场施工技术人员更好、更深入地理解施工方案，对施工质量的提高了很重要的作用。
本例的三河口拱坝施工仿真项目中碾压混凝土的入仓方式，分为514m以下、514m-550m、550m-570m、570m以上几个高程坝段，这几个坝段分别有不同的混凝土入仓方式，是整个坝面施工中的关键工艺。我们对其分别进行了三维可视化模拟。通过模拟，我们可以直观地清楚地看到这个工艺过程完整的实施情况，也能很直观地发现现实施工可能存在的问题，而这些问题只通过二维的图纸有时是很难发现的，比如：这个回车半径够不够？这两台塔吊在横向和竖向上操作过程中会不会打架？这个门机布置在这能覆盖到哪些范围？这个布料机倾角会不会过大影响混凝土传送？……在梭式布料机浇筑表孔的模拟中，我们发现按先前图纸布设两台梭式布料机会存在有边角部位浇不到的情况，那么通过布设塔吊的配合，就可以达到完全覆盖。这样就可以在施工前借助可视化模拟发现问题并找到解决办法，避免等到施工过程中才发现问题影响施工进度，从而大大提高工作效率。
如果一个施工节点特别重要，或者结构特别复杂，或者是不可逆的，一旦发生错误，将会造成很大的经济损失，那么这时可视化模拟就显得尤其重要。另外，如果这一道工序会在今后的项目中重复使用，制作了这样的可视化施工模拟交底，就不用担心人员变更带来的风险。在岗位培训的时候，就能够通过这些指导，快速地上手，实现信息与经验的传递。
4人机可视化仿真
Delmia提供了工业上第一个和虚拟环境完全集成的商用人体工程模型。Delmia/Human可以在虚拟环境中快速建立人体运动原型，并对设计的作业进行人体工程分析。人体工学仿真包含了操作可达性仿真、可维护性仿真、人体工学/安全性仿真。人体模型都带有根据人体生物力学特性设定的人体反向运动特性。用户可修改人体各部位的形体尺寸以适应各种人群和特殊仿真需求。
姿态分析可以对人体各种姿态进行分析，检验各种百分位人体的可达性，蹲坐舒适性。装配维修是否方便。视野分析可以生成人的视野窗口，并随人体的运动动态更新。设计人员可以据此改进产品的人体工学设计，检验产品的可维护性和可装配性。人体作业仿真可以在图形化的界面下显示给人体设计的工作。可以用鼠标操作人体各个关节的运动。
5结语
DELMIA人机可视化仿真在碾压混凝土大坝施工中的意义主要在于两点：一是检验现场工人施工的安全性；二是检验工人实际操作时的可达性与舒适度。基于人体工程学建立的人体模型，身处1：1于实物大小的施工模型（包括大坝模型、施工设备器具、辅助设施等所有模型）场景当中，其进行的各种操作，便可直观地表达施工现场工人进行操作时会遇到的安全问题以及可达性舒适性等问题。本案例三河口拱坝施工仿真项目中，我们选择对施工难度较大、危险系数较高的底孔牛腿模板安装过程进行了人机仿真。通过可视化的模拟，我们发现了一些问题，比如：在底孔牛腿悬挑处，原先设计的1.8m宽的操作平台当工人站立时便会碰头，存在安全隐患，而将操作平台宽度增加到2.3米时，即可满足1.75m左右身高的工人舒适地站立并可实现两个工人安全地错肩而过。再譬如，在此悬挑倾角下，操作工人需要平躺在操作平台上才能拧到最下排螺丝，舒适欠佳。这样就能在施工之前先行排除安全隐患，并对施工方案进行可能的优化，从而有助于提高项目的安全管理和经济效益。
参考文献：
[1]宋永军，李厚峰、毛拥政、王云涛、郑华波、王建宁基于DELMIA的碾压混凝土拱坝施工过程仿真.人民黄河.2018年第11期
[2]郑家祥；高碾压混凝土拱坝真三维施工模拟[J]；水电站设计；2003年02期
[3]孙文良；基于可视化仿真技术的碾压混凝土坝施工进度优化研究[D]；天津大学；2012年
[4]沈有辉；基于仿真的龙开口水电站碾压混凝土坝施工进度研究[D]；国防科学技术大学；2010年
[5]钟登华，练继亮，张宗亮，李仕琦，朱慧蓉；混凝土坝浇筑过程的仿真计算可视化研究[J]；系统工程理论与实践；2003年06期
基金项目：陕西省水利厅科技项目