[发明专利]一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法

权利要求书

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中所述最不利工况下典型测点水力学测量要素包括：(1)溢流坝段门槽底槛和下游侧、闸墩下游端附近、溢流面上不平整处和流速最高处、坝面与反弧段切点附近、反弧与护坦或挑流坎相接处部位特征点流速；(2)消力池有压段底板压强分布以及出流段压力水头；(3)泄流坝段溢流面压强分布。

5.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5中优化当前泄水结构BIM信息模型具体为：

(1)当溢流面上不平整处和流速最高处、坝面与反弧段切点附近、反弧与护坦或挑流坎相接处特征点流速大于15m/s²时，增大反弧段反弧半径，根据增大后的反弧半径更新反弧段拟合函数及坐标数据库，此时溢流坝段典型断面尺寸约束数据库发生变更，溢流坝段BIM信息模型根据新的溢流坝段典型断面尺寸约束数据库自动更新；当溢流坝段门槽底槛和下游侧、闸墩下游端附近特征点流速大于15m/s²时，调整闸门槽BIM信息模型尺寸约束，增大宽深比，设置不同的门槽深度，深度差为错距，并将错距控制在错距比为0.05～0.08的范围内，用斜坡将门槽下游角隅与下游边壁衔接度控制在1/8～1/12，其中，门槽下游角隅用圆弧或椭圆转弯，且圆角比控制在大于0.1的范围；

(2)若消力池各出口前有压段底板压强沿程降低，出口后压力水头大于水深，则增大消力池BIM信息模型的下挖深度；否则减小消力池BIM信息模型的下挖深度，或者在不改变原消力池BIM信息模型的基础上，在消力池前端与闸室底板衔接处加设平台小槛，其中，槛高不超过下游水深的0.2倍，梯形或矩形断面均可，2～3排交错排列；

(3)若泄流坝段溢流面压强分布中出现负压，则调整典型断面尺寸约束数据库中的堰面曲线拟合函数，并根据拟合函数更新典型断面尺寸约束，此时新的典型断面尺寸约束驱动溢流坝段BIM信息模型的自动更新。

6.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3中的VR-BIM系统具有自动漫游、手动漫游、闸门开度控制及水力学要素报表输出功能。