水利水電工程土石方開挖可視化設(shè)計方法初探

1、<p>　　水利水電工程土石方開挖可視化設(shè)計方法初探</p><p>　　摘要：在水利水電工程的施工建設(shè)中，土石方開挖是施工建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，尤其在施工組織及設(shè)計中占據(jù)重要的關(guān)鍵性地位，因為土石方開挖會對土石方工程概預(yù)算的編制、施工進(jìn)度的安排以及土石方二期工程中填挖平衡等設(shè)計工作具有著較大的影響，而傳統(tǒng)的土石方開挖設(shè)計方法受到平面地形圖的可視性條件差、各個網(wǎng)格點的高程值的求取工作較為復(fù)雜等因素的限制，在

2、具體的土石方開挖設(shè)計中往往造成后續(xù)的工作量增加顯著等問題。文章提出基于可視化技術(shù)的水利水電工程土石方開挖可視化設(shè)計方法，希望可以解決傳統(tǒng)設(shè)計方法的弊端并在土石方設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　Abstract: in the construction of water conservancy and Hydropower Engineering, earthwork excavation is an

3、important link of construction, especially occupies a key position of importance in the construction organization and design, because the preparation of construction schedule, earthwork excavation of earthwork project bu

4、dget arrangement to earth and stone works in two cut and fill balance design has a great influence, but traditional earthwork excavation design method by elevation visibility</p><p>　　關(guān)鍵詞：水利水電工程；土石方開挖；可視化設(shè)計

5、</p><p>　　Keywords: Water Conservancy and Hydropower Engineering; earthwork excavation; visual design </p><p>　　中圖分類號：TV541 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p>　　在水利水電工程的規(guī)劃設(shè)計中，土石方的開挖設(shè)計及具體施工是個非常重要

6、的設(shè)計及施工處理環(huán)節(jié)，尤其是面對可利用的土地資源逐漸縮減的社會現(xiàn)實下，土石方開挖中的挖土棄土及借土填方等，均會給水利水電工程的施工建設(shè)占用地面積造成較大的影響；并且會因為網(wǎng)格規(guī)法缺乏合理性而造成土石方開挖設(shè)計誤差的增大，使得土石方的實際開挖量與工程設(shè)計量上的較大的誤差，從而影響到整個水利水電工程的造價及施工進(jìn)度等。因此，更為優(yōu)化合理的水利水電工程土石方開挖設(shè)計方法非常急需。 </p><p>　　水利水電工程土石

7、方開挖可視化設(shè)計方法產(chǎn)生背景 </p><p>　　在進(jìn)行水利水電工程的施工建設(shè)中，土石方的開挖設(shè)計是非常重要的設(shè)計及施工環(huán)節(jié)，在具體的土石方工程中需要進(jìn)行橫縱斷面上的測繪、土石方開挖總工程量的計算等工作，以往所采用的較為傳統(tǒng)的手工式計算及繪圖方法，普遍存在著工作量大、流程長、工作效率低下、計算結(jié)果的準(zhǔn)確性較低、計算結(jié)果與實際開挖工程量相差較大、設(shè)計圖紙及計算資料等的保存困難等弊端，要想對各種設(shè)計方式、施工組織方

8、案等進(jìn)行全面系統(tǒng)的比較分析，最終實現(xiàn)設(shè)計方案的優(yōu)化較為困難，土石方開挖傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化的水利水電工程施工建設(shè)的現(xiàn)實需求。作為水利水電工程的管理人員及決策者，需要對開挖之后的土石方與水利水電工程的協(xié)調(diào)適宜關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)的掌握，進(jìn)行水利水電工程中各個基礎(chǔ)性的建筑物之間的布局、面積等進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，土石方開挖中常規(guī)的設(shè)計方法并不具有該種功能，使得傳統(tǒng)的設(shè)計方法更顯的不足。 </p><p>　　水利水電工程

9、土石方開挖可視化設(shè)計方法 </p><p>　　1.水利水電工程土石方開挖可視化設(shè)計理念 </p><p>　　水利水電工程領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計人員就是基于以上考量，進(jìn)行著土石方開挖設(shè)計方法的研究工作，提出土石方可視化開挖理念及具體的設(shè)計方法，而該種設(shè)計方法是以地理信息系統(tǒng)作為技術(shù)平臺，對地形進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)字化的處理，組建起數(shù)字地面的相關(guān)模型，然后以傳統(tǒng)的土石方的計算過程進(jìn)行與數(shù)字地面對應(yīng)模型的結(jié)合

10、，進(jìn)而實現(xiàn)開挖工程量準(zhǔn)確性及精準(zhǔn)度盡可能大的數(shù)值計算，也可以采用以圖元布爾的運算操作進(jìn)行土方開挖工程量的計算，之后計算結(jié)果將經(jīng)由計算機(jī)的圖形處理技術(shù)進(jìn)行三維處理，進(jìn)而形成與水利水電工程土石方工程完成之后的實際狀況幾乎相同布局的三維形態(tài)式的仿真圖，實現(xiàn)不同的工程項目、不同的開挖部位、不同的斷面特征等內(nèi)容的具體呈現(xiàn)，以期能夠為土石方開挖工程提供更為全面可靠的可視化的決策支持信息。 </p><p>　　水利水電工程土

11、石方開挖可視化設(shè)計方法 </p><p>　　在開展水利水電工程的土石方開挖設(shè)計中所采用的可視化的設(shè)計方法，是建立在現(xiàn)代化的計算機(jī)技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)及地理信息系統(tǒng)技術(shù)等的基礎(chǔ)上，設(shè)計方法涉及到的較為重點的技術(shù)有地形的數(shù)字化技術(shù)、土石方開挖的數(shù)字化技術(shù)及三維圖形的顯示技術(shù)。其中地形數(shù)值化技術(shù)是進(jìn)行土石方開發(fā)的數(shù)字化處理及三維圖形的顯示技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)；而土石方開挖的數(shù)字化的最終實現(xiàn)要以數(shù)字地形為基礎(chǔ)，

12、對細(xì)部開挖所采用的具體的設(shè)計及開挖方法；三維圖形的顯示技術(shù)是要將開挖形態(tài)所對應(yīng)的三維仿真圖顯示在計算機(jī)的顯示器上，下面就水利水電工程土石方開挖設(shè)計方法從地形的數(shù)字化技術(shù)、土石方開挖的數(shù)字化技術(shù)及三維圖形的顯示技術(shù)三個方面進(jìn)行闡述。 </p><p>　　地形的數(shù)字化技術(shù)方法。地形數(shù)字化處理是實現(xiàn)土石方開挖可視化設(shè)計的首道工序，該階段多采用數(shù)字地面模型，所謂的數(shù)字地面模型就是進(jìn)行地面特性空間描述的由有序數(shù)列組成的陣

13、列，是種帶有空間位置等特點的地形屬性的數(shù)字化描述，同時也是實現(xiàn)土石方開挖的數(shù)字化處理及工程開挖后的三維仿真的實現(xiàn)基礎(chǔ)。在具體的土石方設(shè)計工程實踐中，在開挖區(qū)域內(nèi)設(shè)置的數(shù)字地形圖的等高線的密度越大，開挖工程量的計算精度就會越高，而斷面的形態(tài)也會越真實，最終的三維仿真圖就會更加的逼真。因此在具體的設(shè)計環(huán)節(jié)中，對于等高線的密度較小的情況，適當(dāng)?shù)牟捎脙?nèi)插擬合臺的方式進(jìn)行適合的地形線的生成，此時要重視進(jìn)行穿插值計算以及穿插值在計算機(jī)的圖形處理系統(tǒng)

14、中的運行順序，可以選用的等高線的加密方法有等高線的先行加密法及實時的內(nèi)插加密法，其中的先行加密法是進(jìn)行重點關(guān)注地形區(qū)域的等高線的加密處理，利用傳統(tǒng)地形所普遍適用的等高線的加密方法進(jìn)行先行插值，也就是在將等高線輸入到系統(tǒng)前就進(jìn)行加密；而實施內(nèi)插法是在等高線的相關(guān)信息被輸入到計算機(jī)系統(tǒng)之后，利用設(shè)計好的插值及圖形顯示方法等，在綜合地形數(shù)據(jù)的顯示精度要求后，進(jìn)行實際所需的等高線密度的實時計算，并最終以</p><p>

15、　　3.土石方開挖數(shù)字化 </p><p>　　在地形數(shù)字化的基礎(chǔ)上，可以利用兩種方法來實現(xiàn)土石方開挖的數(shù)字化傳統(tǒng)的土石方量計算根據(jù)地形不同，有橫斷面近似計算法、分塊局部計算法和水平剖面法 各種方法的基本思路都是將開挖區(qū)域分成小網(wǎng)格，在網(wǎng)格內(nèi)將斷面近似作為梯形（實質(zhì)是在小范圍內(nèi)，將起伏不平的地形線處理成直線），并利用下式計算 </p><p>　　在實現(xiàn)上述方法時，工作人員都是針對平面等高

16、線圖來劃分小網(wǎng)格并求出各個網(wǎng)格交點的高程值 由于平面地形圖可視性差以及求各網(wǎng)格點高程值的煩瑣性，使得這項工作量很大，并且有時會因為網(wǎng)格劃分的不合理，而產(chǎn)生較大的誤差，增加（或減少）了開挖工程的預(yù)算，對工程施工的進(jìn)度亦會產(chǎn)生影響.結(jié)合前面生成的數(shù)字地面模型，將劃分網(wǎng)格和計算網(wǎng)格點高程值的工作放到 系統(tǒng)平臺上處理，可以提高工作的可視性和網(wǎng)格劃分的靈活性，從而達(dá)到有效地減少體積計算誤差的目的 具體的方法是，在三維顯示的數(shù)字地面模型上，直觀地根

17、!據(jù)地形的實際起伏程度劃分網(wǎng)格大小間距，使同一網(wǎng)格內(nèi)的地 </p><p>　　面基本處于同一高程值附近；利用 系統(tǒng)中的工具，沿網(wǎng)格邊線作切割運算，并計算和繪制出切割面的形態(tài)圖，利用形態(tài)圖，可以方便地獲取各網(wǎng)格點的高程值；然后，結(jié)合傳統(tǒng)計算公式計算出工程的開挖方量 </p><p><b>　　總結(jié)： </b></p><p>　　土石方開挖可

18、視化設(shè)計方法相較于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，直觀性及高效性特點非常明顯，有效的解決掉傳統(tǒng)設(shè)計方法的弊端，能夠為水利水電工程土石方設(shè)計方案的制定提供更為全面、更具可視化的支持信息。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]宋鳳蓮,劉全,鄔志.水利水電工程施工土石方調(diào)配方法及其應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技,2012(01) </p>

19、;<p>　　[2]鐘登華,毛寨漢,朱惠蓉,周銳.水利水電工程土石方開挖可視化設(shè)計方法初探[J].水利水電技術(shù),2007(12) </p><p>　　[3]李若銘.水利土石方工程施工質(zhì)量控制規(guī)范整合與匯編[J].工程管理,2011(02) </p><p>　　[4]楊進(jìn)博,陳新,蒲元威,廖元元,庹金松,寨科,梁博.基于動態(tài)規(guī)劃的土石方調(diào)配系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].西北水電,2

20、012(03) </p><p>　　[5]楊彪,李浩.基于普通數(shù)碼攝像的DTM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].工程勘察,2007(06) </p><p><b>　　作者簡介 </b></p><p>　　嚴(yán)后山&#160;(1965.5-)&#160;湖北江陵&#160;&#160;水利工程規(guī)劃&#1