基于 DELMIA 的施工運輸過程可視化動態(tài)仿真分析

2025-07-17 15:22:57

（某勘測設計研究院有限公司）

摘要：文中使用 DELMIA 軟件對某抽水蓄能電站進廠交通洞與引水下平洞施工支洞岔洞段設計尺寸進行了鋼岔管運輸?shù)目梢暬瘎討B(tài)仿真分析，經(jīng)過不同方案結果對比，驗證了設計尺寸的合理性，并提出了最優(yōu)的裝載及運輸路線。

關鍵詞：DELMIA；仿真分析；碰撞檢測；設備運輸

引言

早在1961年，由 G.W.Morgenthler 首次提出了“仿真”的概念。隨著計算機硬件與軟件的發(fā)展，到 20 世紀 90 年代后期，三維可視化仿真技術逐漸顯現(xiàn)，例如，Kamat 和 Martinez 研發(fā)的動態(tài)施工可視化系統(tǒng)等[1]。目前，國內(nèi)可視化仿真技術已普遍應用在水電站、市政、工民建等土木工程各行業(yè)的施工過程中。例如，三河口水利樞紐工程高碾壓混凝土拱壩施工仿真應用等[2]。

可視化仿真（Visual Similation）技術是計算機可視化技術和系統(tǒng)仿真技術相結合形成的一種新型仿真技術，其實質(zhì)是采用圖形或圖像的方式對仿真計算過程進行跟蹤、控制和結果處理，同時實現(xiàn)仿真軟件界面的可視化，具有迅速、高效、形象的特點[3]。

水電工程施工過程動態(tài)可視化仿真，是對所有施工工序的過程進行三維數(shù)字化建模與仿真分析計算，實現(xiàn)仿真結果的動態(tài)化、可視化，直觀展示整個施工過程，不僅施工方案的合理性提供理論依據(jù)，并對方案進行優(yōu)化，從而降低成本提高效率[4]。

目前，市面上應用于施工過程的可視化仿真分析軟件較多，常見的主要有美國奔特力（BENTLEY）公司的 Synchro、法索達索（Dassault）公司的 DELMIA、美國歐特克（AutoDesk）公司的 NavisWorks 等。其中， DELMIA 軟件在機構部件運動仿真分析方面較為突出，對文中的仿真分析需求較為契合。

工程概況

由于水工建筑物種類較多、地質(zhì)條件復雜、施工參與方眾多、作業(yè)面穿插等特點，對設計成果及施工方案要求有嚴格的要求，可視化動態(tài)仿真分析技術的應用較好的解決了項目施工過程中遇到的問題。

動態(tài)仿真內(nèi)容與目的

可視化動態(tài)仿真目的主要是驗證進廠交通洞與引水下平洞施工支洞岔洞段（進廠 2+197.788 處）設計尺寸是否滿足鋼岔管整體運輸要求，提出合理的運輸方案及建議，為實際施工運輸提供理論參考依據(jù)。

仿真模型建立

模擬主要包含岔洞段、平板運輸車、鋼岔管等部位的三維數(shù)字化模型。為了降低模型體量，提高軟件仿真分析速度，在不影響實際結果的情況下，對所有部位的模型進行一定程度的簡化。岔洞段為進場交通洞與施工支洞交匯處，洞截面為城門洞型，內(nèi)壁尺寸均為 8m×8m，忽略洞襯砌厚度，將洞襯砌實體簡化為曲面。進廠交通洞縱坡簡化為水平面，施工支洞則按照實際坡度 4.2%建模。岔洞段模型如圖 1 所示。

圖 1 岔洞段三維模型

平板運輸車模型參考相關規(guī)范和實際情況，類型為單平板拖車，型號為 PK150.6，單平板尺寸為 3m× 9m，平板距地面高 1.19m。車頭模型參考常規(guī)尺寸進行實體簡化處理。運輸車模型如圖 2 所示。

圖 2 岔洞段三維模型

鋼岔管為管壁直徑 4.8m 與兩個直徑 3.4m 銜接處部件。岔管整體尺寸最大高度約 6.5m，最大寬度約 8.5m。管壁厚度較整體很小，對本次仿真影響較小，簡化為曲面模型。鋼岔管模型如圖 3 所示。

圖 3 鋼岔管三維模型

可視化動態(tài)仿真分析

運動模型建立

基于建立的簡化三維模型，結合實際運輸參數(shù)及經(jīng)驗，對整體運輸過程進行動態(tài)仿真模擬。通過對運輸方法及路線進行分析，確定過程中所需的運動部件為平板運輸車與鋼岔管，固定部件為岔洞段。針對所有仿真模型，在 DELMIA 中建立對相應的約束條件（包括運動約束和時間約束）。如圖 4 所示，平板車運動軌跡初步設定為由進廠交通洞 A 點沿隧洞道路中心線運行至施工支洞 B 點。

圖 4 平板車運輸路線

鋼岔管裝載方案

平板運輸車裝載鋼岔管的方案通過二者之間相對位置關系直觀展示。根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗，按照鋼岔管豎直、水平、斜側等不同擺放位置，擬定三種可能的常規(guī)裝載方案，如圖 5 所示。

圖 5 鋼岔管裝載方案

分析過程與結果

在 DELMIA 中動態(tài)模擬三種不同運載方案下，平板運輸車裝載鋼岔管沿隧洞道路中心線從 A 點行駛過彎至 B 點過程中的硬碰撞與軟碰撞。其中，軟碰撞即允許車輛、鋼岔管與洞內(nèi)壁之間的最小間距閾值。軟碰撞數(shù)值根據(jù)行車要求及運輸經(jīng)驗設為10CM。為了更準確的動態(tài)計算出軟硬碰撞位置，將運行速度降低至 5m/s。在平板運輸車行駛同時，對各部件之間距離進行動態(tài)分析計算，出現(xiàn)軟硬碰撞后立即停止行駛。

裝載方案1仿真分析結果，車輛行駛至進彎處，鋼岔管右側與隧洞側壁發(fā)生硬碰撞。裝載方案2仿真分析結果，車輛行駛至進彎處，鋼岔管左側與隧洞側壁發(fā)生硬碰撞。裝載方案3仿真分析結果，車輛行駛至進彎處，岔管左側與隧道側壁發(fā)生軟碰撞，最小間距為31mm。綜上，3種裝載方案下，平板運輸車沿隧洞道路中心線運輸行駛的仿真結果均不滿足施工運輸要求。

方案優(yōu)化

針對以上3種裝載方案不滿足的結果，為了減少設計方案變更，降低土建工程成本，在滿足轉彎半徑要求的情況下，結合原隧洞設計尺寸，對裝載方案3的運輸車輛行駛路線進行研究和調(diào)整（方案4）。行駛路線由全部沿隧洞道路中心線調(diào)整為直線段沿道路中心線，過彎時路線向右偏移1m。經(jīng)過動態(tài)仿真分析計算，車輛在行駛過程中未出現(xiàn)硬碰撞，并且部件最小間距為11.5cm。滿足現(xiàn)場施工運輸要求。結果匯總見表1。

結語

文中針對抽水蓄能電站進廠交通洞與引水下平洞施工支洞岔洞段設計尺寸是否滿足施工運輸過程的要求進行了可視化動態(tài)仿真分析驗證，總結如下：

（1）利用 CATIA 軟件對涉及到的仿真內(nèi)容進行了三維數(shù)字化建模，在滿足規(guī)范、設計方案及仿真分析的要求下，對模型進行一定的簡化，提高分析計算效率。

（2）利用 DELMIA 軟件對擬定的不同運輸裝載方案及行車路線方案進行了可視化動態(tài)仿真分析，不僅證明了岔洞段設計尺寸滿足要求，并且提出最優(yōu)方案供項目施工實施時參考。

（3）隨著抽水蓄能電站工程施工工藝要求的提高，對施工方案預驗證的需求也越來越大。因此，施工過程的可視化仿真分析已由一種輔助手段逐步轉變?yōu)椴豢扇鄙俚募夹g應用。

參考文獻：

［1］苗倩.基于 BIM 技術的水利水電工程施工可視化仿真研究［D］天津：天津大學，2011.

［2］宋永軍，李厚峰，毛擁政等.基于 DELMIA 的碾壓混凝土拱壩施工過程仿真［J］.人民黃河，2018,11（40）：126-129.

［3］鄭家祥，何友忠，陳萬濤.溪洛渡水電站大壩混凝土施工與計算機仿真分析研究.中國三峽建設，2008（3）：31-37.

［4］楊春燕.BIM 虛擬仿真技術在建筑工程施工技術教學中的應用［J］.電子技術與軟件工程，2017（16）：150.