面板堆石坝坝面作业动态仿真与资源优化研究

摘要

面板堆石坝工程由于其结构简单、施工速度快、造价低等优势在当代水利水电工程中得到了广泛应用。在施工过程中同时需要考虑多个物料点开挖、多个坝面的填筑,在这两部分之间需要合理的安排交通运输的线路,开挖点的物料开挖和存储,物料运输及填筑过程构成了整个大坝的施工系统。在这个过程中不仅需要考虑施工进度安排、道路强度等因素,同时还受拦洪度汛、物资供应等外部因素的影响。如何系统地对工程中的各种影响因素进行分析,科学合理地制定工程的施工计划是当前工程技术人员十分关注的问题。近年来,计算机仿真技术能快速、准确地对施工过程中的各种因素进行模拟计算,对不同的影响因素进行敏感分析,能对方案进行优化,近年来在水利工程领域得到广泛应用。
　　为了研究面板堆石坝施工过程中的影响因素,本文从土石方的开挖与调配、交通运输系统和坝面施工作业系统三个方面进行研究。首先对土石方调配系统进行研究,分析土石方调配中的各种影响因素及系统中物料的供应流程,物料开挖运输的机械设备配套等情况,运用动态规划的思想建立模型并进行求解,从而确定较优的调配方案。
　　通过对系统中道路及运输上坝的流程进行分析,确定每个流程的运行过程及影响因素,运用循环排队的理论建立运输仿真模型。对道路运输中的各种因素进行探讨,确定道路运输强度为主导约束,并根据施工进度及土石方调配结果确定各填筑区的上坝道路及机械配置方案,对各上坝线路进行模拟,计算其上坝强度及道路运输强度,对机械配置进行优化。
　　本文同时研究了面板堆石坝中各填筑区的填筑方式,将坝面作业方式按照坝面面积的大小及施工方式进行划分,对堆石体主要采用流水作业的方式进行计算,对其他填筑部位采用顺序作业的方式进行模拟,模拟过程中考虑降雨、高差、施工顺序等约束,采用离散事件系统仿真的理论建立了坝面作业仿真系统,对施工方案的进度、资源等进行模拟和优化。
　　利用图形渲染引擎OGRE开发了面板堆石坝动态三维可视化仿真系统,对三维可视化系统中的建模方法及数据同步方法进行研究,实现了快速建模及仿真数据的同步显示。
　　最后,以河口村工程为研究实例,开发了面板堆石坝施工仿真系统,运用系统对施工中的各项因素进行分析,实现了仿真计算、成果分析、三维可视化等功能。为施工方案的论证提供了参考依据。

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引 言

1. 绪论

1.1. 研究背景

1.2. 国内外研究现状

1.3. 本文的研究内容

2. 施工仿真与资源优化的基本原理

2.1 系统仿真的基本原理

2.2 动态规划原理

2.3 排队论

2.4 资源优化

3. 面板堆石坝施工过程

3.1. 面板堆石坝施工特点

3.2. 土石方调配过程

3.3. 交通运输过程

3.4. 坝面作业流程

4. 面板堆石坝仿真系统模型的实现

4.1 土石方调配仿真子系统

4.2 交通运输仿真子系统

4.3 坝面作业仿真子系统

4.4 三维动态可视化系统

5. 工程实例

5.1. 工程概况

5.2. 边界条件设置

5.3. 资源优化方案分析

5.4. 系统验证与可靠度分析

5.5. 工程进度分析

5.6. 可视化成果

6. 结论与展望

参考文献

后 记

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著