摘要：結合某水利工程施工過程中計算機仿真技術的應用實際，對該技術的特點和實現(xiàn)過程，以及在實際水利工程施工中使用時邊界條件的確定進行了相應探討，對類似工程的施工具有一定的參考價值。
　　關鍵詞：水利工程，計算機仿真技術，施工模擬，混凝土
　　一、概述
　　水利工程施工通常是一項復雜而系統(tǒng)的工程，傳統(tǒng)的依靠設計藍圖和二維變形圖形的施工方式又不夠直觀，難以對工程施工的全過程進行宏觀把握。在上世紀70年代初，水利建設領域便開始引入并成功應用計算機仿真技術，在奧地利的施立格修建混凝土壩時，通過采用確定性數(shù)字模擬仿真技術對纜機澆筑混凝土的方案進行優(yōu)化選擇，結果通過模擬計算出的澆筑速度和進度與施工實際具有很高的吻合度[1]。隨著仿真技術的不斷發(fā)展和完善，其在水利工程施工中的應用也越發(fā)普遍，本文就計算機仿真技術在某水利工程施工中的應用進行相應的探討。
　　二、計算機仿真技術的特點
　　（1）可快速對多種施工方案進行比較：如對于某個混凝土壩工程的澆筑施工模擬，通過計算機仿真技術可在短時間內(nèi)就能仿真模擬出若干個可行性施工方案，施工技術人員在分析模擬結果的基礎上，再分析判斷出對工程澆筑施工有較大影響的因素，獲得澆筑施工過程中的關鍵時期階段信息，據(jù)此便可提前做好充分的預防準備措施。
　　（2）成本相對較低，與進行真實的模型試驗不同，計算機仿真模擬技術是對原型結構進行虛擬模擬，不需要制作真實的原型結構模型，只需要相應的軟件購買費用，而且購買一個軟件后可相對的長期進行多方案的模擬計算，軟件的重復使用率較高，使得應用成本低。
　　（3）模擬結果的可靠性較高，計算機的高準確性決定了在軟件系統(tǒng)模型設置正確，以及軟件程序編制正確的前提下，工程相應的施工模擬仿真分析就會滿足在進行模型的模擬仿真分析前預先考慮到的各種約束條件。
　　（4）實用性強，計算機仿真技術可應用的領域極為廣泛，只要能用數(shù)學方式進行表達和描述的問題模型，基本上都能夠用計算機進行相應的仿真模擬計算。
　　三、仿真模擬技術的實現(xiàn)過程
　　計算機仿真模擬技術是以數(shù)學理論為基礎逐漸發(fā)展起來的一門技術，對于客觀現(xiàn)實的事物和問題，計算機并不能直接對其進行分析和處理，而是需要建立一個能反映待研究事物或問題的本質(zhì)特征，同時還要求能被計算機所分析處理的”模型”。計算機仿真模擬技術的實現(xiàn)流程主要如下：研究對象特征分析，建立數(shù)學模型，計算機分析處理，獲得仿真結果。在實際應用過程中通常表現(xiàn)為以下步驟。
　　（1）建立模型：根據(jù)具體的研究目的和研究對象的特征，在進行計算機仿真模擬計算前，應先根據(jù)實際問題的特征確定一個適當?shù)姆治鱿到y(tǒng)，并結合實際工程參數(shù)確定系統(tǒng)的約束條件和邊界條件。再利用相關的數(shù)學、力學及其他相應學科的有關理論，把抽象出來的分析系統(tǒng)用一個數(shù)學模型表達式描述出來，即建立了相應研究問題的“數(shù)學建模”，模型建立的準確程度決定著仿真模擬計算結果與工程實際情況相符合的程度。
　　（2）輸入模型：模型的輸入過程即是對上一步驟建立的“數(shù)學建模”結合軟件的功能特點轉化為計算機能夠識別和處理的形式，這種形式所體現(xiàn)的模型內(nèi)容，即是相應的“計算機仿真模擬模型”。建立和輸入模型是進行計算機進行仿真模擬計算的關鍵環(huán)節(jié)。
　　（3）仿真計算分析：將上面輸入計算機的仿真模型載入相應的計算機計算模塊中，按照預先設置的各種施工方案，來進行相應的仿真模擬計算，這便是所謂的“計算機模型的仿真計算”過程。
　　（4）仿真模擬計算結果分析：仿真模擬計算的目的是為了反映一個問題的發(fā)展狀況，仿真模擬計算的結果包含著系統(tǒng)對輸入模型運行處理的信息，對這些信息的分析和評估是進行計算機仿真模擬研究的最終目標，因此我們應充分結合工程的實際情況，結合經(jīng)驗來分析和處理仿真計算的結果，使防止模擬能夠指導真實的實際工程施工。
　　四、計算機仿真技術在水利施工中的應用
　　4.1工程概況
　　某大型水電站混凝土拱壩，其壩高最高處高158m，混凝土澆筑量約450萬m3。該大壩的混凝土工程澆筑工藝復雜，施工難度相對較大。如何優(yōu)質(zhì)、高效地組織進行大壩混凝土的澆筑施工，科學合理地安排好各個澆筑工序，對整個混凝土工程乃至大壩工程的施工質(zhì)量和工程進度都有著決定性的影響。為直觀反映該大壩混凝土工程的施工進度，采用三維建模技術進行建模，并對該工程進行仿真模擬計算，以對大壩混凝土工程的施工全過程進行相應的仿真模擬分析。
　　4.2建模
　　根據(jù)大壩結構設計圖紙，獲得大壩混凝土拱壩的相關數(shù)據(jù)，采用CAD制圖軟件建立相應的三維網(wǎng)格模型，結合大壩結構的真實條件，選取適當?shù)膮��?shù)，盡可能真實地反應出大壩實際結構各變量間的關系。施工仿真模擬的目的是反應大壩混凝土工程澆筑施工過程中隨時間的動態(tài)發(fā)展變化情況，以便于及時掌握實體大壩結構施工時的基本情況，獲得結構施工設計需要的最佳設計參數(shù)，以對實體大壩結構設計方案進行優(yōu)化。實際模擬時，可通過在數(shù)據(jù)庫中大壩各混凝土澆筑塊的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和計算分析，在建立輸入的三維模型中描繪出各施工階段的筑壩進度曲線，直觀地反映出大壩混凝土的混凝土澆筑施工過程變化。
　　4.3施工過程模擬
　　本大壩混凝土施工模擬的主要思路，是對各臺纜機所負責的混凝土澆筑塊施工進度計劃進行優(yōu)化。在大壩結構尺寸，及混凝土澆筑塊分縫確定的前提下，在某種既定的施工機械配置方案下，可根據(jù)各種已經(jīng)確定的約束限制條件，計算出某種特定的分塊澆筑方案以獲得最短工期。因此，在計算機防止模擬過程中通過分析在不同的澆筑方案和機械配置的組合情況下，在符合施工過程各種約束條件的限制要求和條件的前提下，進行大壩混凝土分塊澆筑的施工方案分析，計算出各種方案下的壩塊澆筑施工進程，從而獲得大壩的最短施工工期[2]。
　　現(xiàn)以對3臺和4臺纜機不同的方案進行計算比較分析為例對施工仿真分析進行具體說明。仿真計算過程中需考慮如下約束限制條件：（1）每一分段混凝土澆筑的時間約束（2）相鄰混凝土分塊的最大允許高差（3）相鄰分塊模板拆卸限制（4）1臺纜機最大工作范圍的限制（5）相鄰纜機施工相互干擾的限制（6）其他存在的約束限制條件，如對于混凝土拱壩施工，部分壩段孔洞需要安裝鋼襯后才能進行施工，存在相鄰分塊澆筑需要互相等待到達同一高程才能進行施工的實際問題等。

 1/2    1 2 下一頁 尾頁