[发明专利]一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于VR‑BIM技术的泄水结构优化设计方法，实现了VR与BIM技术在泄水及消能结构设计领域的创新应用，该方法的核心是在VR平台中对水流物理特性及水流与结构碰撞特性进行模拟，形成VR水流子系统。该系统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为模拟水滴粒子之间的相互作用提供条件。最后，在VR平台中，利用基于包围盒技术的流‑固碰撞设计法，将初步设计阶段生成的泄水结构BIM信息模型和VR水流子系统融合为VR‑BIM系统，根据系统中水流流态及水力学要素分布规律，判断泄流及消能设计是否合理。若不合理，则进行相应的优化，同时更新BIM信息模型，直到满足水工水力学要求为止。

技术领域

本发明涉及一种基于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。

背景技术

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坝工信息模型融合。该方法可使坝工设计中的沟通、讨论、优化、决策都在可视化的状态下进行，从而大大提高了设计人员的设计效率，减小资金投入。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明将VR-BIM技术引入泄流结构优化设计领域，提供了一种不受时间、空间限制的计算机辅助科研、生产的基于VR-BIM技术的泄流结构优化设计方法，未来必将得到广泛应用。本发明的目的在于将VR技术融于BIM设计，从而实现VR-BIM技术在泄流结构优化设计领域中的应用，是一种基于VR-BIM技术的泄流结构优化设计方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于VR-BIM技术的泄水结构优化设计方法，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水流子系统融合为具有自动漫游、手动漫游、闸门开度控制及水力学要素报表输出功能的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；