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【摘 要】 土石开挖可视化设计作为水利水电工程建设的一个重要环节，对于提高工程质量有着很大作用。因此，优化水利水电工程的土石方开挖可视化设计对水利水电工程建设的未来发展是十分重要的。文章通过对水利水电工程土石方开挖可视化设计的影响因素和设计方法进行研究，旨在为未来工程建设发展提出建议。
【关键词】 水利水电工程；土石方开挖可视化设计；研究
一、前言
随着科技的进步和时代的发展，传统的土石开挖设计方法已经无法满足现如今水利水电工程建设的要求。数字化技术的运用也使得土石开挖可视化设计有了新的发展方向。同时，也能提高工程质量，减少设计出现的误差。
二、研究的目的和意義
中国水利资源十分丰富，目前水利水电工程建设日益蓬勃发展，“兴水利，除水害”，开发、利用水能资源对中国的经济腾飞和社会发展具有十分重要的战略意义。在当前中国社会主义市场经济发展要求下，对工程建设项目进行投资决策分析，优化资源配置，采用节约式开发尽量发挥每一笔水利投资效用，更具有不可估量的作用。因此一定要选择最优方案，以降低建设造价，缩短建设工期。水利水电施工布置是施工组织设计的一个重要组成部分，它根据施工场区的地形、地质、水文及水文地质条件、工程枢纽的布置、施工对临时设施的布置要求等。研究解决施工期间的砂石混凝土系统、辅助企业工厂、仓库系统、生活房屋、风水电供应系统等平面和立面的布局做到布置方案安全可靠、经济合理、宜于生产组织与管理。
土石方开挖设计是施工组织设计中的重要组成部分，它对土石方工程的概预算、施工的进度安排以及土石方工程填挖平衡的设计都有很大的影响。传统的土石方设计方法由于数据采集量大，工作效率差以及求各网格点高程值的烦琐性，使得这项工作量很大，并因网格划分的不合理，而产生较大的误差。
当前，国外已出现一些针对土木工程领域的三维辅助设计软件，如Carla、12DModel等，这些商业软件大多不是专门针对土石方计算三维辅助设计而开发的，只提供依据基础数据建立三维模型的功能，并不提供由工程测绘图及设计图到可视化设计数据的计算和转换。国内在土石方三维辅助设计方面涉及较少，国内软件对于土石方计算展现方式基本还停留于二维显示阶段，如在测绘行业普遍使用的南方公司的CASS9.0软件，缺乏直观可视效果来指导开挖工程设计和施工。
三、水利水电工程施工布置方案影响因素分析
施工总体布置方案优劣，涉及到许多因素，可以从不同的角度来进行评价，其评价因素大体有两大类，一类是定性因素，一类是定量因素。属于定性因素的主要有：
1.有利生产，易于管理，方便生活的程度；
2.造地还田的面积；建筑程的回收率或回收费等；
3.对主体工程施工和运行的影响；
4.满足保安、防火、防洪、环保方面的要求；
5.临建工程与永久工程结合的情况等。属于定量因素的指标主要有：场地平整土石方工程量和费用；土石方开挖利用的程度；各种物料的运输工作量和费用；征地面积和费用；在施工流程中，互相协调的程度；临建工程建筑安装工程量和费用。
四、水利水电工程土石方开挖可视化设计理念
水利水电工程领域内的设计人员就是基于以上考量，进行着土石方开挖设计方法的研究工作，提出土石方可视化开挖理念及具体的设计方法，而该种设计方法是以地理信息系统作为技术平台，对地形进行适当的数字化的处理，组建起数字地面的相关模型，然后以传统的土石方的计算过程进行与数字地面对应模型的结合，进而实现开挖工程量准确性及精准度尽可能大的数值计算，也可以采用以图元布尔的运算操作进行土方开挖工程量的计算，之后计算结果将经由计算机的图形处理技术进行三维处理，进而形成与水利水电工程土石方工程完成之后的实际状况几乎相同布局的三维形态式的仿真图，实现不同的工程项目、不同的开挖部位、不同的断面特征等内容的具体呈现，以期能够为土石方开挖工程提供更为全面可靠的可视化的决策支持信息。
五、水利水电工程土石方开挖可视化设计方法
在开展水利水电工程的土石方开挖设计中所采用的可视化的设计方法，是建立在现代化的计算机技术、图形图像处理技术、数字化技术及地理信息系统技术等的基础上，设计方法涉及到的较为重点的技术有地形的数字化技术、土石方开挖的数字化技术及三维图形的显示技术。其中地形数值化技术是进行土石方开发的数字化处理及三维图形的显示技术实现的基础；而土石方开挖的数字化的最终实现要以数字地形为基础，对细部开挖所采用的具体的设计及开挖方法；三维图形的显示技术是要将开挖形态所对应的三维仿真图显示在计算机的显示器上，下面就水利水电工程土石方开挖设计方法从地形的数字化技术、土石方开挖的数字化技术及三维图形的显示技术三个方面进行阐述。
地形的数字化技术方法。地形数字化处理是实现土石方开挖可视化设计的首道工序，该阶段多采用数字地面模型，所谓的数字地面模型就是进行地面特性空间描述的由有序数列组成的阵列，是种带有空间位置等特点的地形属性的数字化描述，同时也是实现土石方开挖的数字化处理及工程开挖后的三维仿真的实现基础。
六、土石方开挖可视化在工程中的应用
1.土石方开挖可视化在导截流施工中的应用。水利水电工程导截流施工的过程中，必然涉及庞大的数据流及地理信息和施工设计信息例如大坝施工场地的地形、地质、地貌、水文等以及施工场地布置和施工导流方案设计。在本施工过程中可利用土石方开挖可视化技术将水文实时数据和大坝施工实时数据信息递交给仿真计算模块进行分析进一步模拟仿真，最终话以图形、报表的形式呈现在工作人员面前，这样既可时时掌握大坝的导流信息，实现施工过程中的可视化管理。
2.土石方开挖可视化在土石坝施工中的应用。在土石坝施工过程中，解决土料、石料的运输和调度问题一直是施工进行的关键所在，因为在施工过程中原材料的供输存在着很大的时效性和随机性，现场管理非常麻烦，解决了原材料的输送和调度可以提高整个工程的施工效率，缩短工期，节省施工支出，取得更好的社会效益和经济效益。土石方开挖可视化技术在本施工方案的应用中将大坝建造划分为几个合理的时间段，预先估计各个时间段的原料供应量和原料需求地点，通过可视化管理准时适量地将原材料送达施工场地，另外，土石方开挖可视化技术通过不断地更新信息，改变建模而更新模拟场景，对施工场地的千变万化有着极强的适应性。
3.土石方开挖可视化在混凝土坝施工中的应用。在混凝土坝教主施工过程中，往往因为工程量过于庞大而只能采取分块浇筑，这就决定了浇筑的随机性和设备利用的不充分性。在本施工过程中可利用土石方开挖可视化技术预先将大坝分为若干个浇筑板块，充分利用施工现场的动态仿真，通过综合分析决定浇筑顺序和机械设备的分配，并能时刻监控大坝施工现场各个工期的面貌改变以及浇筑的详细参数，然后有针对性地作出相应的决策，表现出了极大的机动性。
七、水利水电工程土石方开挖可视化设计的优化相比传统设计方法有其无法比拟的技术优势，直观的成像以及高效的运作方式是其最为显著的特点。在土石方可视化设计中，相比国外来说，我们的发展还不完善，技术还不成熟，因此设计人员还应加强在设计方面的学习，从而促进技术的发展。
参考文献：
[1]宋凤莲，刘全，邬志.水利水电工程施工土石方调配方法及其应用[J].南水北调与水利科技，2012，10页
[2]钟登华，毛寨汉，朱惠蓉，周锐.水利水电工程土石方开挖可视化设计方法初探[J].水利水电技术，2010，12页
[3]李若铭.水利土石方工程施工质量控制规范整合与汇编[J].工程管理，2011，02页
[4]杨进博，陈新，蒲元威，廖元元，庹金松，寨科，梁博.基于动态规划的土石方调配系统研究与应用[J].西北水电，2012，03页
【关键词】 水利水电工程；土石方开挖可视化设计；研究
一、前言
随着科技的进步和时代的发展，传统的土石开挖设计方法已经无法满足现如今水利水电工程建设的要求。数字化技术的运用也使得土石开挖可视化设计有了新的发展方向。同时，也能提高工程质量，减少设计出现的误差。
二、研究的目的和意義
中国水利资源十分丰富，目前水利水电工程建设日益蓬勃发展，“兴水利，除水害”，开发、利用水能资源对中国的经济腾飞和社会发展具有十分重要的战略意义。在当前中国社会主义市场经济发展要求下，对工程建设项目进行投资决策分析，优化资源配置，采用节约式开发尽量发挥每一笔水利投资效用，更具有不可估量的作用。因此一定要选择最优方案，以降低建设造价，缩短建设工期。水利水电施工布置是施工组织设计的一个重要组成部分，它根据施工场区的地形、地质、水文及水文地质条件、工程枢纽的布置、施工对临时设施的布置要求等。研究解决施工期间的砂石混凝土系统、辅助企业工厂、仓库系统、生活房屋、风水电供应系统等平面和立面的布局做到布置方案安全可靠、经济合理、宜于生产组织与管理。
土石方开挖设计是施工组织设计中的重要组成部分，它对土石方工程的概预算、施工的进度安排以及土石方工程填挖平衡的设计都有很大的影响。传统的土石方设计方法由于数据采集量大，工作效率差以及求各网格点高程值的烦琐性，使得这项工作量很大，并因网格划分的不合理，而产生较大的误差。
当前，国外已出现一些针对土木工程领域的三维辅助设计软件，如Carla、12DModel等，这些商业软件大多不是专门针对土石方计算三维辅助设计而开发的，只提供依据基础数据建立三维模型的功能，并不提供由工程测绘图及设计图到可视化设计数据的计算和转换。国内在土石方三维辅助设计方面涉及较少，国内软件对于土石方计算展现方式基本还停留于二维显示阶段，如在测绘行业普遍使用的南方公司的CASS9.0软件，缺乏直观可视效果来指导开挖工程设计和施工。
三、水利水电工程施工布置方案影响因素分析
施工总体布置方案优劣，涉及到许多因素，可以从不同的角度来进行评价，其评价因素大体有两大类，一类是定性因素，一类是定量因素。属于定性因素的主要有：
1.有利生产，易于管理，方便生活的程度；
2.造地还田的面积；建筑程的回收率或回收费等；
3.对主体工程施工和运行的影响；
4.满足保安、防火、防洪、环保方面的要求；
5.临建工程与永久工程结合的情况等。属于定量因素的指标主要有：场地平整土石方工程量和费用；土石方开挖利用的程度；各种物料的运输工作量和费用；征地面积和费用；在施工流程中，互相协调的程度；临建工程建筑安装工程量和费用。
四、水利水电工程土石方开挖可视化设计理念
水利水电工程领域内的设计人员就是基于以上考量，进行着土石方开挖设计方法的研究工作，提出土石方可视化开挖理念及具体的设计方法，而该种设计方法是以地理信息系统作为技术平台，对地形进行适当的数字化的处理，组建起数字地面的相关模型，然后以传统的土石方的计算过程进行与数字地面对应模型的结合，进而实现开挖工程量准确性及精准度尽可能大的数值计算，也可以采用以图元布尔的运算操作进行土方开挖工程量的计算，之后计算结果将经由计算机的图形处理技术进行三维处理，进而形成与水利水电工程土石方工程完成之后的实际状况几乎相同布局的三维形态式的仿真图，实现不同的工程项目、不同的开挖部位、不同的断面特征等内容的具体呈现，以期能够为土石方开挖工程提供更为全面可靠的可视化的决策支持信息。
五、水利水电工程土石方开挖可视化设计方法
在开展水利水电工程的土石方开挖设计中所采用的可视化的设计方法，是建立在现代化的计算机技术、图形图像处理技术、数字化技术及地理信息系统技术等的基础上，设计方法涉及到的较为重点的技术有地形的数字化技术、土石方开挖的数字化技术及三维图形的显示技术。其中地形数值化技术是进行土石方开发的数字化处理及三维图形的显示技术实现的基础；而土石方开挖的数字化的最终实现要以数字地形为基础，对细部开挖所采用的具体的设计及开挖方法；三维图形的显示技术是要将开挖形态所对应的三维仿真图显示在计算机的显示器上，下面就水利水电工程土石方开挖设计方法从地形的数字化技术、土石方开挖的数字化技术及三维图形的显示技术三个方面进行阐述。
地形的数字化技术方法。地形数字化处理是实现土石方开挖可视化设计的首道工序，该阶段多采用数字地面模型，所谓的数字地面模型就是进行地面特性空间描述的由有序数列组成的阵列，是种带有空间位置等特点的地形属性的数字化描述，同时也是实现土石方开挖的数字化处理及工程开挖后的三维仿真的实现基础。
六、土石方开挖可视化在工程中的应用
1.土石方开挖可视化在导截流施工中的应用。水利水电工程导截流施工的过程中，必然涉及庞大的数据流及地理信息和施工设计信息例如大坝施工场地的地形、地质、地貌、水文等以及施工场地布置和施工导流方案设计。在本施工过程中可利用土石方开挖可视化技术将水文实时数据和大坝施工实时数据信息递交给仿真计算模块进行分析进一步模拟仿真，最终话以图形、报表的形式呈现在工作人员面前，这样既可时时掌握大坝的导流信息，实现施工过程中的可视化管理。
2.土石方开挖可视化在土石坝施工中的应用。在土石坝施工过程中，解决土料、石料的运输和调度问题一直是施工进行的关键所在，因为在施工过程中原材料的供输存在着很大的时效性和随机性，现场管理非常麻烦，解决了原材料的输送和调度可以提高整个工程的施工效率，缩短工期，节省施工支出，取得更好的社会效益和经济效益。土石方开挖可视化技术在本施工方案的应用中将大坝建造划分为几个合理的时间段，预先估计各个时间段的原料供应量和原料需求地点，通过可视化管理准时适量地将原材料送达施工场地，另外，土石方开挖可视化技术通过不断地更新信息，改变建模而更新模拟场景，对施工场地的千变万化有着极强的适应性。
3.土石方开挖可视化在混凝土坝施工中的应用。在混凝土坝教主施工过程中，往往因为工程量过于庞大而只能采取分块浇筑，这就决定了浇筑的随机性和设备利用的不充分性。在本施工过程中可利用土石方开挖可视化技术预先将大坝分为若干个浇筑板块，充分利用施工现场的动态仿真，通过综合分析决定浇筑顺序和机械设备的分配，并能时刻监控大坝施工现场各个工期的面貌改变以及浇筑的详细参数，然后有针对性地作出相应的决策，表现出了极大的机动性。
七、水利水电工程土石方开挖可视化设计的优化相比传统设计方法有其无法比拟的技术优势，直观的成像以及高效的运作方式是其最为显著的特点。在土石方可视化设计中，相比国外来说，我们的发展还不完善，技术还不成熟，因此设计人员还应加强在设计方面的学习，从而促进技术的发展。
参考文献：
[1]宋凤莲，刘全，邬志.水利水电工程施工土石方调配方法及其应用[J].南水北调与水利科技，2012，10页
[2]钟登华，毛寨汉，朱惠蓉，周锐.水利水电工程土石方开挖可视化设计方法初探[J].水利水电技术，2010，12页
[3]李若铭.水利土石方工程施工质量控制规范整合与汇编[J].工程管理，2011，02页
[4]杨进博，陈新，蒲元威，廖元元，庹金松，寨科，梁博.基于动态规划的土石方调配系统研究与应用[J].西北水电，2012，03页