抽水蓄能电站工程三维可视化技术研究

　　摘要:文章采用多维信息集成技术、BIM技术、模型轻量化技术和三维可视化技术，通过场景管理、模型轻量化、模型编码、数据集成、数据展示等过程，对抽水蓄能电站厂站侧基建管控数据进行三维可视化，实现构件化、抽屉式的一体化平台，为工程建设管理提供全方位技术支撑;最终按公司数字化移交标准形成一套可移交的施工数字化资产。

　　关键词:抽水蓄能;三维可视化技术;BIM应用;模型轻量化;多维信息集成

　　基建智能管控系统的推广应用提供了现场大量的施工过程数据，智能型电站三维成果在丰满、敦化等电站完成应用。国网新源公司在已建成基建管理信息化大集中、一体化平台的基础上，进行智能化、数字化的研究工作，实现信息系统的横向管理贯通和纵向管控集成。

　　在丰满重建工程研究中建立了构件化、抽屉式的三维可视一体化平台，建立了各专业共享、全要素集成、全流程一体化的现场施工管理三维数字化平台，为工程建设管理提供全方位技术支撑，解决了传统工程建设信息不及时、不准确、不真实、不系统的问题，实现了建设管理过程中数据自动采集、三维可视、全寿命管控。在吉林敦化电站研究中建立了沥青心墙堆石坝碾压质量监控、现场资源动态管理(分包人员、施工机械)等基建智能化管控手段。

　　本次研究开发了厂站侧基建智慧管控系统，在智能型电站三维成果的基础上，研发了三维可视化管控平台，为智慧大坝、数字厂房和机组提供全方位技术支撑，并按公司数字化移交标准形成一套可移交的施工数字化资产;研究开发了基建智慧管控中心，利用监控大屏实现三维实时监测、预警，并与安全专项智慧管控模块集成。

　　1研究内容

　　研究深度应用BIM和数字地图技术，开发三维可视化管控系统，建立构件化、抽屉式的三维可视一体化平台，建立各专业共享、全要素集成、全流程一体化的现场施工管理三维数字化平台，为工程建设管理提供全方位技术支撑，进一步解决传统工程建设信息不及时、不完整的问题。现场施工三维可视化协同管控平台以单元工程三维模型为载体，在可视化平台上进行施工进度、质量、安全、档案等管理，实现建设管理过程中全景可视、实时采集、业务协同、智慧感知，为智慧大坝、数字厂房和机组提供全方位技术支撑，并按数字化移交标准建立施工数字化移交平台。

　　通过研究水电工程施工标准规范的数字化实现方式、方法，对水电施工标准规范通过互联网技术进行统一管理，利用数字化技术将施工标准规范纳入标准规范库，并将建立的标准规范库应用到移动终端设备，实现现场施工过程作业、工序等环节管理数据的采集，并实现最终结果自动传输、统一展现。

　　2整体技术路线

　　整体技术路线分为五部分内容，一是研究三维场景综合管理的开发和应用;二是建立水电工程建设施工过程单元模型编码体系(树);三是研究如何进行BIM模型的轻量化;四是建立厂站三维可视化数据集成标准和应用标准;五是研究厂站三维可视化数据展示。

　　3三维场景综合管理

　　通过多边形建模、卫星地图数据网格化、三维交互引擎等技术，构建电站竣工面貌，实现第一人称、鸟瞰、第三人称等多种漫游方式;通过场景导航实现位置快速跳转;通过工程部位树形菜单实现虚拟电站模型管理;通过模型控制实现模型选中状态、地下隐蔽工程的展现;通过路径巡航和语音结合，将主标工程的位置、高程、尺寸、开工时间、工期、建筑方量、投资金额等基本信息标到模型上，实现工程概况自动介绍;通过三维标签，实现工程主要设计参数的展示;最终为电站提供一个数字化的电站全景沙盘。

　　4单元模型编码树

　　建立水电工程建设施工过程单元模型编码体系，通过研究当前水电工程划分编码体系，建立单元模型编码规范，并与工程划分编码关联，协助导入施工过程安全、质量、进度、档案等数据，为平台实现模型管理、信息数据集成和模型数据挂接提供编码基础，平台实现单元模型、单元工程编码一一对应。

　　5BIM模型轻量化

　　建立模型轻量化处理精度标准，根据平台信息集成维度，分析各阶段各应用场景的三维模型精度要求，划分模型进度等级，建立电站BIM模型轻量化精度清单。研究当前设计院主流BIM设计模型的来源和特点，分析BIM模型的格式，通过镶嵌细分、网格拓扑等方法在精度可控的条件下减小模型体积，将BIM模型转换成平台三维可视化系统能够接入的格式;研究BIM模型设计数据的导入，传统模型格式转换方式会丢失模型上集成的设计数据，在进行模型轻量化的同时，实现BIM模型数据的解析和导入。

　　设计BIM模型或设备厂家工业模型一般都是Revit、BentleyAECOsim、SolidWorks、ProE等曲面建模软件制作的参数化模型，模型精度高，模型本身携带结构及设计参数信息，体积较大，无法在Web等性能瓶颈较大的平台上实时渲染，无法流畅查看模型。通过BIM及工业模型轻量化处理流程，可以实现BIM及工业参数化模型向多边形模型的转换，同时可以在保证平台应用模型精度的基础上大幅度减少网格数量，减小模型体积，加快实时渲染效率，保证能够在Web或移动平台上流畅运行。

　　PixyzStudio软件采用先进的镶嵌细分算法，通过控制曲面的段数，能够在参数模型转换多边形模型的过程中大幅度减少网格数量，从源头控制网格的数量。结合小尺寸物体批量删除、补洞、遮挡物体删除和Decimate工具，可以进一步减少网格数量。Pixyz灵活的控制方式能够输出不同精度的模型，模型质量也很少出现破面、法线错误等多边形拓扑减面工具常见的错误，再加上Python脚本的批处理，大幅度减轻了轻量化的工作量。

　　6建立厂站三维可视化数据集成标准和应用标准

　　系统提供平台数据接入的标准格式，规定平台通信协议，开发平台、中间件和数据库等需满足国家电网相关要求;规定第三方平台接入数据的应用方式，提供平台数据接入标准API，建立数据接入应用指南。通过建立统一数据库、数据交换与共享平台来实现多系统的信息集成。由基础数据库、管理数据库、模型库形成统一数据库，实现数据整合和统一存储，由数据交换与共享平台实现多源数据采集。

　　为了便于交换与共享，应制定交换共享数据元和元数据标准，定义哪些数据需要共享，数据格式是什么。其中数据元通过定义、标识、表示以及允许值等属性进行描述，在特定的语义环境下，数据元被认为是不可再分的最小数据单元。元数据是描述数据的数据，主要是描述数据属性的信息，用来支持如指示存储位置、历史数据、资源查找、文件记录等功能。数据交换与共享平台主要用于实现系统之间数据库及文件级的数据交换，即数据集成，一体化平台通过数据交换与共享平台获取各专项系统数据及外部数据，同时向专项系统提供工程划分等数据，向外部系统提供质量验评结果等数据。

　　7厂站三维可视化数据展示

　　在数据概览展示功能，电站整体三维场景中，通过平台数据结合二维、三维数据展示方式，展示电站级别和主要标段的整体信息统计和趋势分析结果。

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　　8小结

　　本文通过对厂站侧三维可视化管控平台系统介绍，研究分析了BIM如何在基建期与基建管理系统结合应用，集成安全、质量、进度、资源投入等各项关键指标数据，实现基建过程三维可视化监控。结果表明:通过构件化、抽屉式的交互模式，结合各层管理人员核心管理业务需求，能够直观展现各项关键指标，提高基建过程监控效果;在系统应用过程中基于统一编码，自动形成数字化交付物，方便运行期的查阅。在厂站侧三维可视化管控平台应用过程中，有几个方面要点须引起足够重视:明确平台各层目标用户需求，做好数据分层;关键指标选择需结合三维空间位置优势，明确各项数据三维可视化的意义，切勿片面追求显示效果。

　　参考文献：

　　[1]路振刚，王永潭，孟继慧，等.丰满水电站重建工程智慧管控关键技术研究与应用[J].水利水电技术，2016，47(6):2-5，13.

　　[2]曾凝霜，刘琰，徐波.基于BIM的智慧工地管理体系框架研究[J].施工技术，2015，44(10):96-100.

　　[3]江小兵，陈献周，朱焱华.大型水电工程现场基础数据采集及决策支持系统[J].中国建设信息，2012(20):69-75.

　　[4]张志伟，文桥，张云翼，等.基于BIM的水电工程全生命期管理平台架构研究[C].第二届全国BIM学术会议论文集，2016:196-200.

　　[5]王伟，徐竹青.水利工程安全管理指数体系及评价指标研究[J].水利技术监督，2021(4):7-11，65.

　　作者：王凯1，潘福营1，刘生智2，赵城2，孙健2，李军2