三维可视化大坝安全监控系统研发及应用

材料分區以及属性，对坝段族进行细部材料设置;形成基本的大坝框架后，对模型进行坝顶细部构造绘制，再进行廊道绘制，最终形成整个托口三维BIM模型。在Revit中利用其自有的渲染插件Fuzor，对三维BIM模型进行渲染和漫游，如图2所示。再将监测物理量的特征过程线图、过程线图、分布图、相关图以及对应点的空间坐标信息导入系统。

3.1 三维可视化展示

利用BIM技术对大坝地形场景、大坝实体及大坝安全监测仪器进行三维可视化建模、结合大坝安全监控的三维坐标数据，基于Revit平台插件进行渲染展示;引入高清航片或卫星影像、数字高程模型还原库区的真实地形地貌;等比例虚拟仿真建筑物及附属设备设施、水工建筑物安全监测设施。转换、存储模型的过程中，确保不会破坏模型原始信息，直观、真实地展示大坝地形场景、大坝实体结构以及监测仪器的埋设位置，如图3所示。

在平台中可以实现对BIM模型的基本操作与查看，比如可按标高、专业、图元树、系统类型查看，实现模型的平移、旋转、剖切、测量标注等功能。为方便内部浏览模型，需要实现对BIM模型的整体漫游功能，根据项目需求简单地运用行走、巡视、旋转、缩放等功能，模拟实际项目的任何一个模块，实时查看大坝结构、监测仪器位置。

3.2 数据查询

3.2.1 三维可视化模型

该系统可无损集成三维BIM模型和属性信息，实现从里到外、从地上到地下的三维浏览漫游及信息展示，具体步骤如下所述。

（1） 基于键盘自由操控的模型漫游方式，可以实时直观地浏览楔型内部情况，并随时转换视角并记录当前模型问题或者模型对应的真实情况。

（2） 渲染漫游。基于Revit平台，利用其自有的渲染插件Fuzor对模型进行渲染，再通过设定查看路径，按照路径播放所录制视频，多角度展示三维可视化模型，实现预设路径的漫游。

（3） 对BIM构件进行单选、多选、隐藏与恢复、构件半透及恢复等多种操作方式，便于更直观地展示隐蔽性工程的BIM模型，并查看相关属性信息。

3.2.2 大坝监测信息

Web系统可以在BIM模型中添加链接，以此驱动系统内部运转，调动数据库中的数据查询，为三维可视化BIM模型中详细监测点提供更加直观、详细的监测数据信息。

将三维可视化BIM模型与大坝安全监测数据和水工建筑物运行资料数据进行连接，其主要功能是利用实时数据，通过三维可视化模型中的数值以及模型的变化更加形象地展现大坝结构、监测仪器埋设位置以及坝区周边地形地貌。利用BIM技术建立的三维可视化监控系统比其他三维可视化监视系统更能真实性地展现大坝及监测仪器，通过将已取得的真实数据运用到该监控系统中，获得实时数据，判断真实情况。

在工程BIM三维模型中布设位移计、渗压计、应力计等类型的仪器，通过鼠标同时点击，实时获取当前的监测数据。也可以通过双击测点对象查看数据的过程线，进行特征值提取，在三维可视化BIM模型内部直观展示所点击的监测点位置，同时可以点击相关属性，调取数据库中的相关数据，以窗口的形式实时展示在模型旁边，实现实时数据与三维可视化模型一体化，如图4所示。

3.3 数据展示

数据图形展示包括过程线分析、分布图分析、等值线分析、相关分析、特征值统计等常用方法，定性分析工程变形、渗流量、接缝、温度等观测项目。通过分析各点位收集的数据，在三维模型中呈现各状态曲线图，经数值与模型位置相关联，改变以往只能结合二维示意图和多种类表格查看的情况。

按照安全监测点统一编码值，实现监测点与监测数据量值绑定，以便将监测数据在设备对应的三维模型上可视化展示出来。根据安全数据分析与评估系统的数据成果，直观展示安全监测实时数据、历史数据、发展趋势曲线图等，如图5所示。

3.4 安全预警

通过在系统中设定各类监控指标的预警值，根据监测类别不同的要求及部位来设定相对应的预警级别。对超过预警值限定范围的监测点及变化异常的监测点，要求在模型中能高亮显示，以便能直观迅速地定位异常监测点的位置，并及时报警，如图6所示。

所有的报警点按照安全监测点统一编码值，实现监测点与监测数据量值绑定，使监测数据在设备对应的三维模型上可视化展示出来，以迅速直观地查看不同报警级别的点位位置，快速选取重点观测参数，模型会进行对应的高亮显示。在不同的应用时期，可以随时更换对应的安全监控预警值，实现准确、实时性高的大坝预警功能。对发生异常的监测点部位进行报警的同时，对大坝监测资料以及实时收集的此监测点监测数据进行综合性分析，形成报警点综合性分析报表，同时历史报警记录可以设定时间段导出。

4 结 语

本文以湖南省托口水電站为工程背景，基于BIM技术，从系统框架设计、系统构建等方面详细阐述了三维可视化大坝安全监控系统的研发及应用情况。该系统将大坝监控的实时监测数据与大坝实体、地形场景以及大坝监测信息三维可视化模型相结合，更加全面直观地展示了大坝结构及安全监测信息，有利于大坝的安全管理。

参考文献：

[1] 王士军，董福昌，崔信民，等.水库大坝安全信息三维可视化系统开发[J].水电自动化与大坝监测，2008（2）：50-51，84.

[2] 金有杰，王海妹，雷雨，等.大坝安全实测信息三维可视化方法研究与应用[J].水利信息化，2017（1）：10-15.

[3] 杨阳，许后磊，方春晖，等.基于监测信息的坝体三维可视化及系统集成[J].水电能源科学，2011，29（1）：122-124.

[4] 马瑞.基于三维可视化和物联网技术的水库大坝安全管理研究[A].中国水利学会2016学术年会论文集（上册）[C]∥中国水利学会，北京，2016.

[5] 柴启蕾. 基于可视化技术的水坝安全监测系统设计[D].长沙：湖南大学，2017.

[6] He B，Yang Z，Man H，et al.The application of 3D GIS technology in Xiaolangdi hydraulic project safety monitoring[C]∥International conference on model transformation，New York，2011.

[7] 傅蜀燕，赵志勇，杨硕文，等.基于三维BIM+WebGIS技术的区域数字水库构建[J].长江科学院院报，2018，35（4）：134-136，142.

[8] 赵志勇，杨硕文. HydroBIM-区域数字水库安全管理系统[C]∥第二届全国岩土工程BIM技术研讨会论文集.北京，2017.

[9] 陈立楠，安阳，张娟.应用Civil 3D创建三维数字化地形[J].市政技术，2015，33（4）：145-147.

[10] 孙少楠，张慧君.BIM技术在水利工程中的应用研究[J].工程管理学报，2016，30（2）：103-108.

[11] 姜刚，杨志强，黄嫚.小浪底水利枢纽工程三维可视化系统的设计与实现[J].水力发电，2011，37（9）：89-91.

[12] 沈振中，陈允平，王成，等.大坝安全实时监控和预警系统的研制和开发[J].水利水电科技进展，2010，30（3）：68-72.

[13] 陆珺. BIM技术结合WEB系统在基坑监测中的应用[D].武汉：武汉科技大学，2016.

（编辑：胡旭东）

推荐访问:可视化 大坝 监控系统 研发