水利水电工程三维可视化交付技术的研究

发表时间：2018-05-28T17:01:08.117Z 来源：《建筑模拟》2018年第3期 作者： 史宏波

[导读] 在水利水电工程设计中采用三维设计技术，并实现设计成果三维数字交付可以有效提高工程的管理水平。

摘要：随着水利水电行业的发展，工程竣工后传统的二维图纸档案交付给业主的方式，已经不能满足业主对工程信息化、智能化、集约化、标准化等的需求。在水利水电工程设计中采用三维设计技术，并实现设计成果三维数字交付可以有效提高工程的管理水平。本文从水利水电工程三维可视化交付的基本流程入手，详细阐述了水利水电工程三维可视化交付的具体内容和工作机制，并根据实际需求提出了两种可视化交付的解决方案，为可视化交付工作的开展提出了一些参考性建议。 关键词：三维 可视化交付 水利水电

本文研究了水利水电工程三维数字交付技术的总体框架和技术路线。

近年来，三维设计技术已经被众多水利水电设计、施工单位所认可，并应用于项目的设计、施工过程中。但以CATIA，Autodesk，BENTLY为代表的众多三维设计软件，所产生的设计三维模型格式并不统一。对于不同的参与方，所需的三维设计模型格式可能是不一样的。比如对于施工方来说，符合施工进度划分的，简单易用的就行；对于设计方来说，图纸、材料、设备型号等统统都要交付，而最终业主需要的是统一的数据格式，这就需要一种简便直观的能够兼容各家数据的三维可视化交付平台，来进行工程信息化管理。一、 工程三维可视化交付 1.三维可视化交付的概念

三维可视化交付就是将工程各个阶段的二维图纸、三维模型、各种数据文件资料、设备文档等众多的静态数据，以及动态的监测数据GIS数据、施工数据等进行整合，形成一个三维数字虚拟工程，在这个三维可视化的虚拟工程中所有的数据都和三维模型相关联，并以可视化的方式进行查询。

基于三维设计平台开展的工程设计项目，设计过程中三维设计数据已实现基于骨架的结构性数据集成及多专业协同，最终通过轻量化处理和相应的开发工作将三维可视化平台整体交付给业主。 2.三维可视化交付的优势

三维可视化交付作为三维设计的一个技术延伸，拥有广阔的市场前景。如今三维可视化交付是勘察设计企业核心竞争力的主要体现之一，同时也是建立数字化工程，进而实现智慧水利等的重要数据来源及数据基础。

对于设计单位：通过数据的共享和集成，促进了设计人员工作效率的提高；同时，降低了人为错误的发生概率，从而提高了工作质量。可视化交付将推动工程设计和工程公司未来业态的改变和进步。

对于业主：实现从源头上掌握工程运行管理数据，并以设计数据为基础实现数字工程，在更高的基础上开展现代化的工程运维管理及设备资产管理，从而实现工程全生命周期的数字化管理。二、 水利水电工程三维交付技术平台的研究 1.三维可视化交付系统开发研究（1） 三维可视化交付的基本流程

三维可视化交付是基于项目的全生命周期管理的一套系统，这套系统将项目生命周期中各个节点的数据成果整合在一起，最终呈现给业主的是一张三维可视化的数字化工程管理运维平台，其流程如图1。

图1 三维可视化交付的流程图

图2 三维可视化数字交付平台架构

（2） 三维可视化交付的功能及平台架构

三维可视化交付平台，不仅仅是一个BIM系统或者一个GIS系统，它是水利水电工程智慧化的基础。平台将工程各个阶段的静态、动态数据加以整合，真正实现了“一张图”交付。图2展示了平台的整体架构。 2.三维信息模型格式的统一以及模型轻量化

随着三维设计技术的普及，最早应用于建筑和机械制造领域的BIM（建筑信息模型）设计思想，已经被水利水电行业所接受和采用，其中包括设计单位、施工单位、监理单位以及业主单位。三维信息模型可以通过三维设计软件建立，也可以通过三维可视化软件（3DSmax

，MAYA等）建立，但是最终呈现给业主的可视化模型就要统一为一个格式以便于可视化平台软件进行调用。目前最为常用的数据转换格式有STL或者IGS等，根据具体情况选择合适的格式。

由于大部分水利水电工程都建设在山区，所以三维等高线地形图或者DEM所建立的地形、地质模型，有时多达几百万甚至数千万个面，有些不规则造型的建筑物面数也相当多，如果不对这些面进行轻量化精简，势必会耗费大量的系统运算能力。在对地形模型进行轻量化时，在满足三维可视化交付的前提下，甚至可以压缩掉90%的面。 3.三维可视化交付系统开发平台的选择

根据项目类型不同，三维可视化交付的开发平台选择也有所不同。（1） 长距离跨流域输水工程选择基于GIS平台开发

长距离跨流域输水工程线路长达几十甚至上百公里，涉及大量的条带状地形信息，为了使系统运行更为流畅，效果更好，此类项目需要选择三维GIS系统（Arcgis、Supermap等）作为开发平台，GIS平台的先天优势就是处理海量的地形数据，它所采用的的瓦片技术能够高速、高质量的完成数据呈现。GIS平台还有个优势就是可以利用公开的30米网格精度的DEM数据作为补充，完整的呈现整个工程周边的地形地貌信息。

（2） 单体水利水电工程选择基于VRP（Virtual Reality Platform）技术开发

单体水利水电工程，建筑物比较集中，所以地形数据也相应较少，选择VRP技术进行开发便能高效的呈现三维数据，相比下开发成本、开发难度都相对较低。VRP技术另一个特点就是真实感较强，对光影的处理是VRP的核心技术之一，采用全局光渲染器生成的光照贴图，使得场景具有非常逼真的光影效果，增加用户的沉浸感。 三、总结和展望

本文阐述的水利水电工程三维可视化交付工作机制，重点讨论了三维可视化交付的平台架构。这种机制下的实体工程与数字化工程同步进行，相互印证，不仅能精确、完整地反映实体工程的现状，还能在时间维度上进行回溯，实现对实体工程设计、建设、运行全程记录。

由于三维可视化交付成果数据都是经过多级校审的精准数据，随着项目的进展，后期可在此基础上构建完备的工程信息库，不仅可方便查询整个项目的单位信息、采购信息、设计报告、计算书、任务进度、造价信息等，还能依靠数据挖掘技术，对项目进行分析评估和成本分析等，从而大大加强项目成本管控能力。 参考文献：

[1] 曹权林；三维可视化数字在变电站移交中的应用；《云南电力技术》；2015年S2期

[2] 吴志力；韩文军；电网工程数字化移交工作的必要性和迫切性；《电力建设》；2014年02期