The invention discloses an optimization design method based on VR BIM technology, and realizes the innovative application of VR and BIM technology in the field of water discharge and energy dissipation structure design. The core of this method is to simulate the physical characteristics of water flow and the collision characteristics of flow and structure in the VR platform, and form a VR flow subsystem. The system uses the smooth particle hydrodynamics (SPH) method to simulate the physical characteristics of the water flow, and uses the tree search method to search for the conditions for the interaction of the nearest neighboring particles to simulate the interaction of water droplets. Finally, in the VR platform, using the bounding box technology based flow solid collision design method, the BIM information model and the VR flow subsystem generated by the initial design phase are fused into the VR BIM system. According to the flow pattern and the distribution of hydraulic elements in the system, the design of discharge and energy dissipation is reasonable. If unreasonable, the corresponding optimization is carried out and the BIM information model is updated until the hydraulic hydraulics requirements are met.
【技术实现步骤摘要】
一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法
本专利技术涉及一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法,属于涉水工程设计领域。
技术介绍
水工结构泄水及消能优化设计在坝工设计中占据重要的分量,泄水坝面结构形状、闸门开启方式以及消能工设计对泄洪水流影响巨大。传统的方法是借助经验公式和水工模型试验,但这种方法耗时费力,成本高。同时,水工模型实验是在实验室内,根据相应的模型律,以缩小的比例制成模型进行模拟实验,模型液流和原型水流应当满足几何相似、运动相似和动力相似。由于技术上的限制,不可能同时把所有的相似率都考虑,因此水工模型实验得出的规律准确性偏低,需要结合原型监测资料修正。数值模拟技术可预测流场内各种水流现象、坝面压强等各种水力学指标。但数值模拟方法存在实时性、交互性差等缺点,与坝工设计之间存在“信息孤岛”效应,因此,数值模拟法很难与坝工设计协同。为克服上述缺点,研究基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法具有十分重要的实用价值。引入光滑粒子流体动力学(SPH)法将VR技术中的粒子系统进行改进研发具有可移植性的VR水流子系统。该算法是一种无网格粒子算法,适合处理大变形问题。仅通过对粒子进行追踪就可以得到整个系统运行轨迹,同时使水粒子完全遵循现实世界物理运动规律。此外,粒子系统会根据初始状态和后续所受外力自主演变,进而使得粒子与粒子之间、粒子与环境之间形成交互。BIM技术可将坝工设计以三维可视化的形式表达,并将结构设计尺寸,材料等属性信息附着在模型上进行无纸化管理,此外BIM模型与VR平台之间兼容性好,极大的方便了在VR平台上将VR水流子系统与BIM坝 ...
【技术保护点】
1.一种基于VR‑BIM技术的泄水结构优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,根据泄水结构的原始设计资料,生成泄水结构BIM信息模型;步骤2,在VR平台中对水流物理特性进行模拟,集成VR水流子系统;步骤3,调用泄水结构BIM信息模型中河槽及过流面BIM信息属性数据库,并利用基于包围盒技术的流‑固碰撞设计法,将泄水结构BIM信息模型和VR水流子系统进行融合得到VR‑BIM系统;步骤4,将VR‑BIM系统及其生成的最不利工况下典型测点水力学测量要素分析报表共享给设计工程师或专家;步骤5,设计工程师或专家根据VR‑BIM系统中的水流流态及水力学测量要素分析报表中的水力学要素分布规律,判断当前泄水结构BIM信息模型是否满足水工水力学要求,若是则输出当前泄水结构BIM信息模型,完成泄水结构设计;否则优化当前泄水结构BIM信息模型,返回步骤3。
【技术特征摘要】
1.一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,根据泄水结构的原始设计资料,生成泄水结构BIM信息模型;步骤2,在VR平台中对水流物理特性进行模拟,集成VR水流子系统;步骤3,调用泄水结构BIM信息模型中河槽及过流面BIM信息属性数据库,并利用基于包围盒技术的流-固碰撞设计法,将泄水结构BIM信息模型和VR水流子系统进行融合得到VR-BIM系统;步骤4,将VR-BIM系统及其生成的最不利工况下典型测点水力学测量要素分析报表共享给设计工程师或专家;步骤5,设计工程师或专家根据VR-BIM系统中的水流流态及水力学测量要素分析报表中的水力学要素分布规律,判断当前泄水结构BIM信息模型是否满足水工水力学要求,若是则输出当前泄水结构BIM信息模型,完成泄水结构设计;否则优化当前泄水结构BIM信息模型,返回步骤3。2.根据权利要求1所述的一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法,其特征在于,步骤1中所述泄水结构BIM信息模型包括非溢流坝段BIM信息模型、溢流坝段BIM信息模型、过流面BIM信息属性数据库、典型断面尺寸约束数据库、闸门槽BIM信息模型、闸门BIM信息模型数据库、消力池BIM信息模型数据库、海漫BIM信息模型数据库、防冲槽BIM信息模型数据库、地形BIM信息模型、河槽BIM信息属性数据库;其中,典型断面尺寸约束数据库分为上游堰面曲线坐标数据及拟合函数数据库、堰顶曲线坐标数据及拟合函数数据库、下游堰面曲线坐标数据及拟合函数数据库、直线段坐标数据及拟合函数数据库、反弧段曲线坐标数据及拟合函数数据库。3.根据权利要求1所述的一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法,其特征在于,步骤2具体为:在VR平台上利用光滑粒子流体动力学SPH法模拟水流物理特性,运用树形搜索法搜索最近相邻粒子,对水粒子之间的相互作用进行碰撞设计,集成VR水流子系统。4.根据权利要求1所述的一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法,其特征在于,步骤4...
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