水利水电工程土石方开挖可视化设计方法初探

水利水电工程土石方开挖可视化设计方法初探

吴美晶蒋有生

中国水利水电第十六工程局有限公司福建福州350003

【摘要】近年来，我国经济蓬勃发展，各地区用电量大幅上涨，这在很大程度上也推动了水利水电工程的发展。在水利水电工程设计中，土石方开挖是一个不容忽视的问题。在土地资源得到人们普遍重视的今天，不论是挖土弃土，还是填方借土所占用的土地都会影响征地的范围。另外，如果土石方开挖计算量与实际相差较大时，对整个工程的概预算、施工进度安排以及土石方填挖平衡设计都会产生很大的影响。基于此，本文就水利水电工程土石方开挖可视化设计方法进行探究。

【关键词】水利水电工程；土石方开挖；可视化设计方法

引言

土石方开挖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。因此，本文对于水利水电工程土石方开挖可视化设计方法的探究具备特别重要的意义。

1水利水电工程土石方施工

1.1爆破施工

随着时代的进步，水利工程的各项技术也有了显著的提升，为了更好地保证我国水利工程施工中的土石方施工项目能够更加合理和完善，就应该确保每一项工艺都拥有最好的设备，这样，我国的水利工程施工中的土石方施工才可以更好地为国家建设提供动力。在过去，为了完成爆破工艺，主要使用的设备是手风钻，为了更好地保证施工水平，现在已经开始使用潜风钻。显然，在爆破工艺上有了显著的提升。使用现代化潜风钻能够很好地提升施工效率，保证工程中涉及到的钻孔工艺更加精准，还能够方便工作人员对整个工作的进度和质量进行良好的控制。同时，将炸药车也进行相应的变革，变为一种全新的装药机械，这种机械工具能够很好地确保装药的品质，对于工艺的效果也有良好的促进作用。

1.2明挖施工

为了提升我国水利工程的施工效益，使用微差爆破技术、光面爆破技术以及预裂爆破等技术已经是最常见的，同时对于不同种类的技术也有一定的促进作用。使用爆破开挖措施是为了确保我国水利工程的挖掘工作做得更为精准，同时使用这种先进的方式还能够确保我国水利工程施工工作的顺利实施，不会受太多因素的影响，也不会有太多阻碍。总而言之，使用这种先进技术能够对整个工序进行良好的控制，以保障我国的水利工程有更加优异的方式对其工序进行掌控。使用高坡开挖措施还能够很好地对爆破工作进行控制，因此，这种方式被广泛应用。随着时代的进步，使用光面预裂的措施对整个挖掘工程进行效率的提升，只有这样，整个挖掘工作的质量才能得到一定的保证。对于项目平衡的分析可以更好地得到整个项目开展的情况，利用科学合理的方式对我国的土石使用率进行有效提升，只有保证土石的利用能够更为合理，才能够从根本上节省成本。

2水利水电工程土石方开挖可视化设计方法

2.1地形数字化方法

数字地面模型（DTM）是描述地面特性的空间分布的有序数值阵列，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述，是进行土石方开挖数字化和工程开挖后形态三维仿真必不可少的前提基础。DTM可通过获取的地形等高线及地表属性多边形等信息，采用适当的等高线内插拟合方法，生成真实描述地表实际特征的数字高程模型，并利用栅格化技术建立相应的描述区域地表类型的属性栅格，经过透视投影变换和属性叠加后建立，用以再现区域的三维地形形态。

在土石方开挖设计工作中，开挖区域的数字地形图等高线越密则开挖量计算的精度越高、断面形态越真实、三维仿真的形态图越细腻；因此，对于等高线较疏的情况，需要采用适当的内插拟合方法生成合适的地形线。考虑插值计算过程与计算机图形处理上的先后性，可以采用等高线先行加密法和实时内插加密法等两种方法。先行加密法主要是针对所关注的地形区域，采用传统地形等高线加密方法线性插值，将地形等高线在输入计算机系统前就加密。如将10m间隔的等高线内插成5m或1m间隔等。这种方法虽然工作量较大，但处理技术难度小，由于内插预先处理完成，在三维图形显示时速度较快，效果亦较好。实时内插加密法是在等高线数据输入计算机后，通过设计插值和图形显示算法，根据地形显示精度要求，实时计算形成需要密度的等高线数据并且三维显示表现出来。实时插值算法有简单直线插值法和点—线—面拟合法等。简单直线插值法是沿等高线的水平和垂直方向进行线性内插值，即读取数字等高线图像的某行数据，找到已知点和未知点间距，对未知点进行线性内插；行方向内插完后再沿列方向内插，并利用前步结果进行调整，这样只要2~3次即形成图形中带有高度属性的各点。点—线—面拟合法将地形图划分成片，在片内利用线性孔斯曲面进行插值获取片中各加密点的高程属性值。

2.2开挖形态的三维显示

2.2.1建模过程

建模过程即是用一定的数学方法建立所需要的三维场景的几何描述。在前面部分，已经实现了对地形数字模型和开挖形体的三维数字模型的建立。

2.2.2三维变换

将三维几何模型通过一定的变化转换为二维平面透视投影图，并确定场景中所有可见面，运用隐藏面消隐算法将视域外或被挡住的不可见面消去。

2.2.3光照模型和纹理映射

一个物体表面所呈现出的颜色是由物体表面向视线方向辐射的光亮程度决定的，利用光照模型可以实现计算物体表面向空间给定方向辐射的光强。一般确定光照模型的第一步是创建光源，指定光源的位置、数量、颜色、方向等；随后是启动光源；再就是对逼近曲面的曲面片进行明暗处理；最后定义物体的材质，以获取逼真的效果。纹理映射则是把纹理图形“粘贴”到物体表面，以使物体具有真实感。对DTM来讲，可以将遥感图像、航空相片、分层设色图作为纹理贴到三维模型上。经过以上各步的技术处理，即可以实现在计算机屏幕上三维显示工程开挖后的地形形态和开挖体形态。

结束语

总之，水利水电工程土石方开挖可视化设计方法，具有直观、高效性，弥补了传统方法的不直观、工作烦琐、量大而且精度得不到保证等缺点，能够成为土石方开挖设计的有力工具。因此，必须采取有效的措施，加强水利水电工程土石方开挖的可视化设计，从而推动水利水电工程的发展。

参考文献

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[2]蔡洁，吴军华，王卫云.水利水电工程土石方施工技术探讨[J].中国高新技术企业，2015，35:101-102.