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[摘 要]计算机仿真技术在混凝土坝施工仿真方面应用广泛，但在现实应用中坝体浇筑受自然环境、坝体结构、混凝土供应系统、浇筑机械设备、坝体混凝土施工工艺等诸多因素的制约，坝体浇筑仿真模型往往需要专业人员（多是程序开发者）才能建立比较完善的模型。
[关键词]BIM；混凝土土坝；信息管理
中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0172-01
1 前言
目前，随着计算机科学技术的大力普及和系统仿真理论的迅速发展，将系统仿真技术应用于混凝土坝施工进度实时控制，已越来越受到重视。混凝土坝施工仿真系统的应用，不仅可以全面考虑各种边界条件安排施工进度，避免人工安排进度出现的误差与缺陷；而且可以根据工况设计不同的施工方案，进行各方案的对比，从而获得最优施工方案。
2 我国水利工程领域BIM应用现状
BIM是一项全新的理念和技术，必将成为全球建设行业未来的潮流。在欧美等发达国家，应用BIM的项目数量已经超过传统项目数量，而我国起步较晚，当前的BIM应用率尚不高。我国水利工程行业BIM技术的应用以设计阶段为主，施工阶段的应用鲜有报道，运营阶段更是无从谈起，所以BIM技术在水利工程中的研究和探索势在必行且任重道远。
MeGraw-希尔公司将BIM定义为“创建并利用数字模型对项目进行设计，建造及运营管理的过程”.BIM技术的应用可以有效解决建设项目各阶段内及阶段间信息传递损失，沟通不畅等问题。我国对于BIM的研究及应用起步较晚，尚处于起步阶段。水利工程具有体型大，周期长，参与方众多，多专业协作，结构复杂，多地下工程等特点，BIM技术在水利工程中的应用可发挥其最大价值和效益，解决了周期长及参与方众多造成的信息传递损失，协调工作量大等问题.BIM技术在水利工程设计阶段的应用已初见成效，在施工过程的动态演示及信息查询方面也有所进展，同时也存在着诸多问题。
3 混凝土坝施工仿真模型视图定义
混凝土坝施工仿真模型视图定义（CDCS-MVD）主要包含Concept、Diagram、Document三部分。其中，Concept为CDCS-MVD的核心部分；Diagram表达了各Concept之间的层次关系及构造；Docu-ment描述了单个Concept及整个CDCS-MVD结构的各项具体属性信息。模型视图定义包含五个部分，即工程信息（工程项目概况、施工总布置、混凝土坝施工仿真、浇筑块单元信息）、混凝土坝施工仿真模型、施工机械（拌合机械参数、浇筑机械参数、轨线参数）、施工控制参数（间歇期、浇筑排序规则等）。混凝土坝施工仿真模型表达了坝体属性信息与浇筑过程控制参数、仿真模拟结果的绑定关系以及其中所包含的所有浇筑机械、施工控制参数和浇筑单元属性信息。
施工机械表达了其与施工仿真模型、浇筑单元、施工控制参数的指定（Assignment）关系；浇筑单元表达了其与施工仿真模型、施工机械、施工控制参数的指定（Assignment）关系及自身属性信息、筑块高度和特殊施工工艺的联合（Association）关系；施工控制参数表达了其与施工仿真模型、浇筑单元、施工机械的指定（Assignment）关系。
本文提出的混凝土坝施工仿真模型视图，视图Diagram分为4个层次的Concept表达。每层Concept包含三个组成部分：①视图名称；②表示该Concept的属性的三位数字（第一位取值为0～3，其中0表示可变Con-cept，1～3表示接合/静态Concept，后两位数表示该层Concept中的编号）；③该Concept适用的IFC标准。以PouringBlock中的部分概念为例。
在混凝土坝施工仿真中，其MVD和Concept均有其对应的描述文档，主要包含该MVD或Concept的名称、索引号（作者姓名—视图编号）、版本（按顺序编写的版本号）、状态（分为样例、草稿、推荐、候选、官方和反对等）、历史（该视图在已有视图基础上修改定义）、文档归属、作者及具体描述。
4 混凝土坝浇筑计算机仿真模型结构分析
从系统的观点来看混凝土坝浇筑系统，混凝土坝浇筑施工仿真模型可分为形体、机械和施工控制等参数描述模型和仿真过程控制模型。
4.1 形体模型
形体参数描述模型是混凝土坝仿真基本模型之一。通常坝体浇筑是以柱块（筑块）为单位，一个大坝由若干柱块构成。从面向对象角度，以柱块作为对象，其属性主要包括柱块所属坝段号，仓号，形体体型描述及相邻坝段号和仓号，相应的方法是提供本身某高程的面积，坐标，高程区间的体积等，这些方法被仿真过程控制模型或机械，施工控制模型（模块）所调用。用C#语言描述。在以往的仿真模型中，形体参数的描述根据坝型不同采用不同的描述方法，如拱坝多以拱圈曲线与分缝中心线相交形成筑块的边缘，重力坝多以断面上下游轮廓线形成边缘。在这类方法构成的形体参数模型中，倒入类的获取面积，体积等方法往往通过基本的几何运算实现。在基于AutoCAD的或犀牛等三维计算机辅助设计的仿中，柱块多是通过将坝段号，仓号等与CAD实体关联或通过三维辅助设计软件得到的形体数据（如高程对应的面积，坐标）存入数据库，通过查询数据库后以插值方法运算实现。
4.2 机械模型
混凝土坝浇筑过程涉及的机械包括混凝土入仓机械、仓面作业机械、混凝土拌和机械等。在混凝土坝仿真中，通常情况下主要关注混凝土入仓机械。对于混凝土入仓机械设备，从面向对象角度，混凝土入仓机械的基本属性包括机械编码、供料系统、布置参数、运行参数及浇筑范围（主要浇筑范围和辅助浇筑范围）等，其基本方法包括对某个筑块浇筑或辅助吊装，从仿真角度还有自身状态转换等。
4.3 施工控制模型
在混凝土壩仿真模型中，施工控制模型是关于坝体筑块相互制约关系的描述模型，包括很多种类。如缺口度汛过流时，需过流的坝段或筑块浇平-浇平控制模型；坝体进行固结灌浆时需筑块浇筑到一定高度后实施一定时长的固结灌浆-工艺停工控制模型；碾压混凝土中常态混凝土的闸墩滞后于坝体碾压混凝土浇筑一定高度及坝后背管滞后于相应坝段一高度等浇筑面貌控制模型。这一类控制模型是较为复杂的控制条件，也是设计人员建模过程中难度最大、花费时间最长的工作，且极易出错。采用面向对象方法，这类控制包括的属性为控制涉及的筑块范围、控制关联的筑块范围、控制类型与控制参数；这类控制提供的方法为判断当前筑块是否满足这些控制条件。这个类当关联筑块范围为空、关联类型为“自身”时，关联参数是关于筑块范围自身的控制参数，如浇筑方法、浇筑块高度、间歇期、工艺停歇时间等。
4.4 仿真过程控制模型
仿真过程控制模型是混凝土坝仿真的核心模型。它以一定的机制（如固定时间步长法、固定事件扫描法）调用其他模型，完成混凝土坝浇筑过程仿真。
结束语
基于BIM技术的土方量计算严密科学，方便修改，弥补了水利工程中传统土方算量方法的不足，提高了土方量计算的精度和效率，并在计算土方量的同时生成地形模型，为项目的方案决策奠定了基础。
参考文献
[1] 苗倩.BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用[J].水电能源科学，2016，30（10）：139-142.
[2] 练继亮.混凝土坝施工系统仿真理论方法与应用研究[D].天津：天津大学，2016.
[关键词]BIM；混凝土土坝；信息管理
中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0172-01
1 前言
目前，随着计算机科学技术的大力普及和系统仿真理论的迅速发展，将系统仿真技术应用于混凝土坝施工进度实时控制，已越来越受到重视。混凝土坝施工仿真系统的应用，不仅可以全面考虑各种边界条件安排施工进度，避免人工安排进度出现的误差与缺陷；而且可以根据工况设计不同的施工方案，进行各方案的对比，从而获得最优施工方案。
2 我国水利工程领域BIM应用现状
BIM是一项全新的理念和技术，必将成为全球建设行业未来的潮流。在欧美等发达国家，应用BIM的项目数量已经超过传统项目数量，而我国起步较晚，当前的BIM应用率尚不高。我国水利工程行业BIM技术的应用以设计阶段为主，施工阶段的应用鲜有报道，运营阶段更是无从谈起，所以BIM技术在水利工程中的研究和探索势在必行且任重道远。
MeGraw-希尔公司将BIM定义为“创建并利用数字模型对项目进行设计，建造及运营管理的过程”.BIM技术的应用可以有效解决建设项目各阶段内及阶段间信息传递损失，沟通不畅等问题。我国对于BIM的研究及应用起步较晚，尚处于起步阶段。水利工程具有体型大，周期长，参与方众多，多专业协作，结构复杂，多地下工程等特点，BIM技术在水利工程中的应用可发挥其最大价值和效益，解决了周期长及参与方众多造成的信息传递损失，协调工作量大等问题.BIM技术在水利工程设计阶段的应用已初见成效，在施工过程的动态演示及信息查询方面也有所进展，同时也存在着诸多问题。
3 混凝土坝施工仿真模型视图定义
混凝土坝施工仿真模型视图定义（CDCS-MVD）主要包含Concept、Diagram、Document三部分。其中，Concept为CDCS-MVD的核心部分；Diagram表达了各Concept之间的层次关系及构造；Docu-ment描述了单个Concept及整个CDCS-MVD结构的各项具体属性信息。模型视图定义包含五个部分，即工程信息（工程项目概况、施工总布置、混凝土坝施工仿真、浇筑块单元信息）、混凝土坝施工仿真模型、施工机械（拌合机械参数、浇筑机械参数、轨线参数）、施工控制参数（间歇期、浇筑排序规则等）。混凝土坝施工仿真模型表达了坝体属性信息与浇筑过程控制参数、仿真模拟结果的绑定关系以及其中所包含的所有浇筑机械、施工控制参数和浇筑单元属性信息。
施工机械表达了其与施工仿真模型、浇筑单元、施工控制参数的指定（Assignment）关系；浇筑单元表达了其与施工仿真模型、施工机械、施工控制参数的指定（Assignment）关系及自身属性信息、筑块高度和特殊施工工艺的联合（Association）关系；施工控制参数表达了其与施工仿真模型、浇筑单元、施工机械的指定（Assignment）关系。
本文提出的混凝土坝施工仿真模型视图，视图Diagram分为4个层次的Concept表达。每层Concept包含三个组成部分：①视图名称；②表示该Concept的属性的三位数字（第一位取值为0～3，其中0表示可变Con-cept，1～3表示接合/静态Concept，后两位数表示该层Concept中的编号）；③该Concept适用的IFC标准。以PouringBlock中的部分概念为例。
在混凝土坝施工仿真中，其MVD和Concept均有其对应的描述文档，主要包含该MVD或Concept的名称、索引号（作者姓名—视图编号）、版本（按顺序编写的版本号）、状态（分为样例、草稿、推荐、候选、官方和反对等）、历史（该视图在已有视图基础上修改定义）、文档归属、作者及具体描述。
4 混凝土坝浇筑计算机仿真模型结构分析
从系统的观点来看混凝土坝浇筑系统，混凝土坝浇筑施工仿真模型可分为形体、机械和施工控制等参数描述模型和仿真过程控制模型。
4.1 形体模型
形体参数描述模型是混凝土坝仿真基本模型之一。通常坝体浇筑是以柱块（筑块）为单位，一个大坝由若干柱块构成。从面向对象角度，以柱块作为对象，其属性主要包括柱块所属坝段号，仓号，形体体型描述及相邻坝段号和仓号，相应的方法是提供本身某高程的面积，坐标，高程区间的体积等，这些方法被仿真过程控制模型或机械，施工控制模型（模块）所调用。用C#语言描述。在以往的仿真模型中，形体参数的描述根据坝型不同采用不同的描述方法，如拱坝多以拱圈曲线与分缝中心线相交形成筑块的边缘，重力坝多以断面上下游轮廓线形成边缘。在这类方法构成的形体参数模型中，倒入类的获取面积，体积等方法往往通过基本的几何运算实现。在基于AutoCAD的或犀牛等三维计算机辅助设计的仿中，柱块多是通过将坝段号，仓号等与CAD实体关联或通过三维辅助设计软件得到的形体数据（如高程对应的面积，坐标）存入数据库，通过查询数据库后以插值方法运算实现。
4.2 机械模型
混凝土坝浇筑过程涉及的机械包括混凝土入仓机械、仓面作业机械、混凝土拌和机械等。在混凝土坝仿真中，通常情况下主要关注混凝土入仓机械。对于混凝土入仓机械设备，从面向对象角度，混凝土入仓机械的基本属性包括机械编码、供料系统、布置参数、运行参数及浇筑范围（主要浇筑范围和辅助浇筑范围）等，其基本方法包括对某个筑块浇筑或辅助吊装，从仿真角度还有自身状态转换等。
4.3 施工控制模型
在混凝土壩仿真模型中，施工控制模型是关于坝体筑块相互制约关系的描述模型，包括很多种类。如缺口度汛过流时，需过流的坝段或筑块浇平-浇平控制模型；坝体进行固结灌浆时需筑块浇筑到一定高度后实施一定时长的固结灌浆-工艺停工控制模型；碾压混凝土中常态混凝土的闸墩滞后于坝体碾压混凝土浇筑一定高度及坝后背管滞后于相应坝段一高度等浇筑面貌控制模型。这一类控制模型是较为复杂的控制条件，也是设计人员建模过程中难度最大、花费时间最长的工作，且极易出错。采用面向对象方法，这类控制包括的属性为控制涉及的筑块范围、控制关联的筑块范围、控制类型与控制参数；这类控制提供的方法为判断当前筑块是否满足这些控制条件。这个类当关联筑块范围为空、关联类型为“自身”时，关联参数是关于筑块范围自身的控制参数，如浇筑方法、浇筑块高度、间歇期、工艺停歇时间等。
4.4 仿真过程控制模型
仿真过程控制模型是混凝土坝仿真的核心模型。它以一定的机制（如固定时间步长法、固定事件扫描法）调用其他模型，完成混凝土坝浇筑过程仿真。
结束语
基于BIM技术的土方量计算严密科学，方便修改，弥补了水利工程中传统土方算量方法的不足，提高了土方量计算的精度和效率，并在计算土方量的同时生成地形模型，为项目的方案决策奠定了基础。
参考文献
[1] 苗倩.BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用[J].水电能源科学，2016，30（10）：139-142.
[2] 练继亮.混凝土坝施工系统仿真理论方法与应用研究[D].天津：天津大学，2016.