（水工结构工程专业论文）龙滩水电站施工进度分析研究.pdf

中文摘要龙滩水电站是红水河梯级开发龙头骨干控制性工程，具有工程量大、建设工期紧、施工强度高、地质条件和施工导流布置复杂等特点，施工进度管理及安全问题尤为突出；加强施工阶段的进度管理显得十分重要。单独使用横道图或网络图很难把工程施工过程从逻辑关系的把握转化为形象面貌的了解。施工进度管理是水电工程施工管理的核心环节，如何形象的表达施工进度，动态描述施工过程中各环节之间复杂的动态时空逻辑关系，一直是人们所关心的问题。本文采用基于g i s 的可视化技术和系统仿真技术，对龙潍水电站施工管理中所制定的进度计划进行可视化分析，研发了龙滩水电站施工进度仿真系统，实现了施工进度信息的可视化管理与分析。本文的主要研究工作和研究成果如下：1 以g i s 为平台组织施工进度可视化的数据结构，利用g i s 特有的空间数据组织和信息管理功能，系统研究了施工进度可视化的方法及实现，构建了龙滩水电站施工进度可视化分析的三维数字模型。2 将基于g i s 的可视化技术和系统仿真技术相结合研究了施工进度仿真数据流向，实现了龙滩水电站施工进度的可视化仿真分析。3 鉴于时间不确定型网络中p e r t 分析的一些局限性，运用蒙特卡洛模拟方法对龙滩水电站地下洞室群施工进度进行仿真分析，寻求确定施工工期内工程的完工概率与风险值。同时分析研究了关键线路的转移问题。4 提出了龙滩水电站施工进度仿真系统的开发途径、系统结构和开发模式，研发了龙滩水电站施工进度仿真系统，该系统为龙滩工程的旌工进度优化提供了强有力的分析工具。关键词：施工进度地理信息系统可视化仿真蒙特卡洛模拟三维数字模型龙滩水电站a b s t r a c tl o n g t a nh y d r o p o w e rs t a t i o ni st h em o s tc r i t i c a lp r o j e c td u r i n gt h es t e pd e v e l o p m e n to fh o n g s h u i h er i v e r , w i t ht h ep r o b l e m so fp r o j e c ts c h e d u l ea n ds a f e t y i t sn e c e s s a r yt oi m p r o v et h el e v e lo fp r o j e c ts c h e d u l em a n a g e m e n t b e s i d e si ti sd i f f i c u l tt ou n d e r s t a n dt h ec o m p l e xp r o j e e ts c h e d u l eo fh y d r o e l e c t r i ce n g i n e e r i n gb yt h et r a d i t i o n a lg a n t tc h a r ta n dn e t w o r kd i a g r a m h o wt oe x p r e s sp r o j e c ts c h e d u l e sa n dt ov i s u a l i z ec o m p l e xs p a c e - t i m er e l a t i o n s h i p sa r et w op r o b l e m st ob es o l v e d t oa n a l y z ep r o j e c ts c h e d u l eo fl o n 蛋a nh y d r o p o w e rs t a t i o nb yc o m b i n gg i s b a s e dv i s u a l i z a t i o nt e c h n i q u ea n ds y s t e ms i m u l a t i o nt e c h n i q u e ，ap r o j e c ts c h e d u l es i m u l a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e d t h es y s t e mp r o v i d e sap o w e r f u lt o o lf o rp r o j e c ts c h e d u l em a n a g e m e n ta n da n a l y s i s t h em a i nr e s e a r c ha n da c h i e v e m e n t sa r ee m b o d i e da sf o l l o w i n g ：1 t h ed a t as t r u c t u r ef o rp r o j e c ts c h e d u l ev i s u a l i z a t i o ni so r g a n i z e dw i t ht h ep l a t f o r mo fg i s m e t h o d o l o g ya n di m p l e m e n t a t i o no fp r o j e c ts c h e d u l ev i s u a l i z a t i o na r es t u d i e db yu t i l i z i n gg i ss p e c i a ls t r u c t u r ef o rs p a t i a ld a t ao r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n tf u n c t i o nf o rs p a t i a li n f o r m a t i o n t h e3 dd i g i t a lm o d e lo fp r o j e c ts c h e d u l ei ss e tu p 2 w i t ht h ei n t e g r a t i o no fg i s - b a s e dv i s u a l i z a t i o nt e c h n i q u ea n ds y s t e ms i m u l a t i o nt e c h n i q u e ，s y s t e m a t i c a la n a l y z i n gi ss t u d i e df o rp r o j e c ts c h e d u l es i m u l a t i o ns y s t e mo fl o n g t a nh y d r o p o w e rs t a t i o n t h e nf l o wo fp r o j e c ts c h e d u l es i m u l a t i o nd a t ai sd e s i g n e da n dt h ev i s u a ls i m u l a t i o na n a l y s i st op r o j e c ts c h e d u l ei sr e a l i z e d 3 d u et ot h el i m i t a t i o no fp e r t , t h em o n t e c a r l os i m u l a t i o ni sa p p l i e dt oa n a l y z ep r o j e c ts c h e d u l eo fl o n g t a nu n d e r g r o u n dp o w e r h o u s es y s t e m a n dt h ep r o j e c tc o m p l e t i o np r o b a b i l i t ya n dt r a n s f o r m a t i o no f c r i t i c a lp a t ha r es t u d i e d 4 t h ep r a c t i c a ld e v e l o p i n gw a yf o rp r o j e c ts c h e d u l es i m u l a t i o ns y s t e mo fl o n g t a nh y d r o p o w e rs t a t i o ni sp r e s e n t e d ，a n dt h es y s t e ms t r u c t u r ei sd e s i g n e d t h ep r o j e c ts c h e d u l es i m u l a t i o ns y s t e mt ol o n g t a nh y d r o p o w e rs t a t i o ni sd e v e l o p e d ，w h i c hp r o v i d e sap o w e r f u la n a l y s i st o o lf o rl o n g t a np r o j e c ts c h e d u l eo p t i m i z a t i o n k e y w o r d s ：p r o j e c ts c h e d u l ev i s u a ls i m u l a t i o nt h r e e d i m e n s i o n a ld i g i t a lm o d e lg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s )m o n t e 。c a r l os i m u l a t i o nl o n g t a nh y d r o p o w e rs t a t i o n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得：苤洼盘茔或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：谫考翠签字日期：卫哗年胆月歹日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解盘生态堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权鑫盗盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：、訇考群导师签名签字日期：脚年卫月万日签字f 1 期日第一章绪论1 1 工程概况第一章绪论红水河是全国十二个水电基地之一，被誉为水力资源的“富矿”，是水电开发、防洪及航运规划中的重点河流。龙滩水电站i l 】是红水河梯级开发龙头骨干控制性工程，国家西部大开发、西电东送的标志性工程，目前为止中国在建的仅次于长江三峡的特大型水电工程。该工程以发电为主，兼顾防洪和航运，其装机容量占红水河可开发容量的3 5 4 0 ，具有巨大的调节蓄能作用，同时也是根治下游沿河两岸与西、北江三角洲地区的洪水灾害不可替代的防洪水库，还是沟通黔、桂、粤航运的关键工程。1 1 1 枢纽布置龙滩水电站位于广西壮族自治区天峨县境内的红水河上，坝址距天峨县城1 5 k m 。龙滩工程坝址河谷为较宽坦的“v ”型谷，枯水期水面宽9 0 l o o m ，水深1 3 1 9 5 m 。本工程为i 等工程，工程规模为大( i ) 型，工程枢纽布置为：碾压混凝土重力坝；泄洪建筑物布置在河床坝段，由7 个表孔和2 个底孔组成；左岸布置地下引水发电系统，装机9 台；右岸布置通航建筑物，采用二级垂直提升式升船机。工程按正常蓄水位4 0 0 m 设计，初期按3 7 5 m 建设，电站装机容量分别为4 9 0 0 m w 与1 4 0 0 m w 。初期3 7 5 m 建设时，大坝按初期断面施工( 水下部分按后期断面一次建成) ，引水发电系统土建部分( 除进水口坝段外) 按4 0 0 m设计一次建成，初期安装7 台水轮发电机组，预留2 台机后期安装。见图1 一l 。1 1 2 大坝建筑物布置初期建设时坝轴线长7 6 1 2 5 8 m ，坝顶高程3 8 2 o o m ，最大坝高1 9 2 m ，共分为3 1 个坝段，即6 个溢流坝段、2 个底孔坝段、1 个电梯井坝段、1 个转弯坝段、9 个进水口坝段、1 个通航坝段、6 个河床挡水坝段和5 个岸边挡水坝段。泄洪坝段布置在主河槽的中央，泄洪方向顺河流流向，泄洪坝段包括6 个表孔坝段和2 个底孔坝段。泄洪全部由表孔溢洪道承担，最大泄量2 7 6 9 2 m 3 s ，下游消能采用高低坎差动式挑流消能。在表孔溢洪道两侧对称布置2 个底孔，主要为水库放空设置，并可用于大坝后期旋工导流。为适应碾压混凝施工，底孔采用有压流形式，水平布置。孔身为矩形断面，上游进口段设叠梁检修闸门和平板事故闸门，底孔不运行时由事故闸门挡水。下游出口设弧形工作门，孔身采用钢第一章绪论板衬砌。下游消能也采用挑流消能型式。进水口采用坝式进水口。进水口坝段内布置引水隧洞的工作闸门和检修闸门，闸f 7 t l 口尺寸均为8 1 2 m ( 宽高) 。进水口前缘布置直立的屏幕式的拦污栅。右岸通航坝段兼作第一级升船机的上闸首，位置由航道的布置要求确定，中部设置通航闸槽孔口。1 1 3 施工导流布置及规划本工程采用隧洞导流，上、下游围堰一次拦断河床的导流方式，导流标准为实测系列全年1 0 年一遇洪水，洪峰流量为1 4 7 0 0 m 3 s 。2 条1 6 2 1 m ( 宽高) 导沆洞分左、右岸布置，其长度分别为5 9 8 6 3 m 和8 4 9 4 2 m 。上、下游主围堰采用碾压混凝土围堰，堰顶高程分别为2 7 3 2 0 m 和2 4 5 o o m ，最大堰高分别为8 2 7 0 m 和4 8 5 0 m 。为了保证主围堰在干地施工，上、下游布置土石子围堰，挡水标准为1 1 月1 日次年4 月1 5 目的l o 年一遇洪水，洪峰流量为2 2 4 0 m 3 s 。导流分为三个阶段：初期导流、施工期坝体临时拦洪和初期发电阶段。初期导流为截流后至2 0 0 6 年的汛前，采用2 条导流洞导流：2 0 0 6 年汛期，由溢流坝段高程2 8 5 0 0 2 9 5 o o m 缺口和导流洞联合泄洪，为旌工期坝体拦洪阶段，坝体渡汛采用1 0 0 年一遇洪水标准，洪峰流量2 3 2 0 0 m 3 s ；2 0 0 6 年1 1 月导流洞下闸封堵，2 0 0 7 年汛期由溢流坝段高程3 4 2 o o m 缺口泄洪，为初期发电阶段，坝体渡汛标准采用2 0 0 年一遇洪水，洪峰流量2 5 1 0 0 r n 3 s 。1 1 4 施工控制性进度龙滩水电站于2 0 0 1 年7 月1 日主体工程正式开工，左、右岸岸坡开挖及支护( 高程2 4 5 o o m 以上) 和左、右岸导流洞，以及右岸通航建筑物一期开挖及支护( 高程2 6 0 o o m 以上) 同期进行施工于2 0 0 3 年9 月3 0 日完成。2 0 0 3 年1 1 月河床截流，同时开始进行高程2 4 5 o o m 以下基坑开挖，2 0 0 4年1 月底左岸厂房进水口坝基开挖完成，同年5 月底河床开挖全部完成。大坝混凝土浇筑进度根据机组发电、坝体挡水渡汛要求及分标情况分为两大部分，即l t c i i i 一2 标( 2 2 3 2 号坝段) 和l t c 一i 1 标( 2 2 1 号坝段) 。l 1 y c 一珊一2 标( 2 2 3 2 号坝段) ：由于2 0 0 7 年7 月号机组先期发电，因而在此之前需完成坝体混凝土浇筑及进水口启闭机和闸门安装。其中号机组的进水口坝段( 2 2 2 5 号坝段) 因建基面最低，其混凝土浇筑为关键项目，2蝌一章绪论板衬砌。下游消能也采用挑流消能型式。进水口采用坝式进水口。进水口坝段内布置引水隧洞的工作闸门和检修闸门，闸门孔口尺寸均为8 1 2 m ( 宽x 高) 。进水口前缘布置直立的屏幕式的拦污栅。右岸通航坝段兼作第一缴升船机的上闸首，位置由航道的布置要求确定，中部设置通航闸槽孔口。1 1 3 施工导流布置及规划本工程采用隧洞导流，上、下游围堰一次拦断河床的导流方式，导流标准为实测系列全年1 0 年一遇洪水，洪峰流量为1 4 7 0 0 m 5 s 。2 条1 6 2 1 m ( 宽x 高) 导流洞分左、右岸布置，其长度分别为5 9 8 6 3 m 和8 4 9 4 2 m 。上、下游主围堰采用碾压混凝土围堰。堰顶高程分别为2 7 3 2 0 m 和2 4 5 o o m 最大堰高分别为8 2 7 0 m 和4 8 5 0 m 。为了保证主围堰在千地施工，上、下游布置土石子围堰，挡水标准为u 月”1 日次年4 月1 5 日的1 0 年一遇洪水，洪峰流量为2 2 4 0 m 3 s 。导流分为三个阶段：初期导流、施工期坝体临时拦洪和初期发电阶段。初期导流为截流后至2 0 0 6 年的汛前，采用2 条导流洞导流：2 0 0 6 年汛期，由溢流坝段高程2 8 5 0 0 4 2 9 5 o o m 缺口和导流洞联合泄洪为旌工期坝体拦洪阶段，坝体渡汛采用1 0 0 年一遇洪水标准，洪峰流量2 3 2 0 0 m 3 s ：2 0 0 6 年1 1 月导流洞下闸封堵，2 0 0 7 年汛期由溢流坝段高程3 4 2 o o m 缺口泄洪，为初期发电阶段，坝体渡汛标准采用2 0 0 年一遇洪水，洪峰流量2 5 l o o m s ，1 1 4 施工控制性进度龙滩水电站于2 0 0 1 年7 月1 日主体工程正式开工，左、右岸岸坡丌挖及支护( 高程2 4 5o o m 以上) 和左、右岸导流洞，以及右岸通航建筑物一期开挖及支护( 高程2 6 0 o o m 以上) 同期进行施工，于2 0 0 3 年9 月3 0 日完成。2 0 0 3 年1 1 月河床截流，同时开始进行高程2 4 5 o o m 以下基坑开挖，2 0 0 4年1 月底左岸厂房进水口坝基开挖完成，同年5 月底河床开挖全部完成。大坝混凝土浇筑进度根琚机组发电、坝体挡水渡汛要求及分标情况分为两大部分，即l t 咒一i i i 一2 标( 2 2 3 2 号坝段) 和l t c 1 i 一1 标( 2 - - 2 1 号坝段) 。u c i i i 一2 标( 2 2 3 2 号坝段) ：由于2 0 0 7 年7 月号机组先期发电，因而在此之前需完成坝体混凝上浇筑及进水1 2 1 启闭机和闸门安装。其中号机组的进水口坝段( 2 2 2 5 号坝段) 因建基面最低，其混凝土浇筑为关键项目，组的进水口坝段( 2 2 - - 2 5 号坝段) 因建基面最低，其混凝土浇筑为关键项目，第一章绪论板衬砌。下游消能也采用挑流消能型式。进水口采用坝式进水口。进水口坝段内布置引水隧洞的工作闸门和检修闸门，闸f 7 t l 口尺寸均为8 1 2 m ( 宽高) 。进水口前缘布置直立的屏幕式的拦污栅。右岸通航坝段兼作第一级升船机的上闸首，位置由航道的布置要求确定，中部设置通航闸槽孔口。1 1 3 施工导流布置及规划本工程采用隧洞导流，上、下游围堰一次拦断河床的导流方式，导流标准为实测系列全年1 0 年一遇洪水，洪峰流量为1 4 7 0 0 m 3 s 。2 条1 6 2 1 m ( 宽高) 导沆洞分左、右岸布置，其长度分别为5 9 8 6 3 m 和8 4 9 4 2 m 。上、下游主围堰采用碾压混凝土围堰，堰顶高程分别为2 7 3 2 0 m 和2 4 5 o o m ，最大堰高分别为8 2 7 0 m 和4 8 5 0 m 。为了保证主围堰在干地施工，上、下游布置土石子围堰，挡水标准为1 1 月1 日次年4 月1 5 目的l o 年一遇洪水，洪峰流量为2 2 4 0 m 3 s 。导流分为三个阶段：初期导流、施工期坝体临时拦洪和初期发电阶段。初期导流为截流后至2 0 0 6 年的汛前，采用2 条导流洞导流：2 0 0 6 年汛期，由溢流坝段高程2 8 5 0 0 2 9 5 o o m 缺口和导流洞联合泄洪，为旌工期坝体拦洪阶段，坝体渡汛采用1 0 0 年一遇洪水标准，洪峰流量2 3 2 0 0 m 3 s ；2 0 0 6 年1 1 月导流洞下闸封堵，2 0 0 7 年汛期由溢流坝段高程3 4 2 o o m 缺口泄洪，为初期发电阶段，坝体渡汛标准采用2 0 0 年一遇洪水，洪峰流量2 5 1 0 0 r n 3 s 。1 1 4 施工控制性进度龙滩水电站于2 0 0 1 年7 月1 日主体工程正式开工，左、右岸岸坡开挖及支护( 高程2 4 5 o o m 以上) 和左、右岸导流洞，以及右岸通航建筑物一期开挖及支护( 高程2 6 0 o o m 以上) 同期进行施工于2 0 0 3 年9 月3 0 日完成。2 0 0 3 年1 1 月河床截流，同时开始进行高程2 4 5 o o m 以下基坑开挖，2 0 0 4年1 月底左岸厂房进水口坝基开挖完成，同年5 月底河床开挖全部完成。大坝混凝土浇筑进度根据机组发电、坝体挡水渡汛要求及分标情况分为两大部分，即l t c i i i 一2 标( 2 2 3 2 号坝段) 和l t c 一i 1 标( 2 2 1 号坝段) 。l 1 y c 一珊一2 标( 2 2 3 2 号坝段) ：由于2 0 0 7 年7 月号机组先期发电，因而在此之前需完成坝体混凝土浇筑及进水口启闭机和闸门安装。其中号机组的进水口坝段( 2 2 2 5 号坝段) 因建基面最低，其混凝土浇筑为关键项目，2第一章绪论进度安排2 0 0 4 年2 月开始大坝基础处理和混凝土浇筑，2 0 0 5 年3 月底浇至高程3 0 0 o o m 。随后进行坝内引水钢管安装及相应混凝土浇筑，2 0 0 6 年5 月底浇至高程3 5 7 o o m ，2 0 0 6 年9 月底浇至坝顶高程3 8 2 o o m 。2 0 0 6 年1 1 月下旬在导流洞下闸蓄水酊安装完挡水闸门，2 0 0 6 年1 2 月2 0 0 7 年5 月进行启闭机及工作门安装，达到号机组发电要求。l t c i u l 标( 2 2 1 号坝段) ：按2 0 0 7 年7 月第一台机组发电前需达到初期发电死水位3 3 0 o o m 以上，同时满足各期坝体渡汛要求安排施工进度。2 0 0 4年5 月底河床溢流坝段开挖完成后，即进行坝基处理、基础混凝土浇筑和基础固结灌浆，2 0 0 4 年9 月开始基础常态混凝土浇筑，同年11 月开始坝体碾压混凝土浇筑，2 0 0 5 年4 月底浇至高程2 3 0 o o m ，至2 0 0 6 年5 月底溢流坝段( 1 3 1 8 号坝段) 浇至高程2 8 5 o o m ，两侧非溢流坝段浇至高程3 0 3 o o m ，通航坝段( 5 号坝段) 浇至高程3 4 5 o o m 。由于坝体浇筑高度已超过围堰顶高程，为保证坝体汛期施工安全，在溢流坝段预留宽1 2 0 m 的缺口，以满足该汛期坝体临时渡汛要求。汛期坝体继续升高，9 月底缺口坝段达到高程2 9 5 o o m ，两侧非溢流坝段达到高程3 1 8 o o m ，通航坝段达到高程3 5 5 o o m 。2 0 0 6 年1 1 月下旬左、右岸导流洞下闸封堵，在导流洞下闸前，需完成底孔弧门安装及通航坝段通航孔口高程3 4 2 o o m 以下检修门的安装。导流洞下闸后，主要依靠坝身两个泄洪底孔控制向下游泄水。2 0 0 7 年5 月底缺口坝段浇至高程3 4 2 o o m ，汛期停工，汛期洪水由该缺口宣泄；两侧非溢流坝段浇至商程3 6 6 o o m ，通航坝段及其以右坝段浇至高程3 7 2 o o m ，其中通航坝段通航孔口需在汛前将检修门安装至高程3 6 6 o o m ，汛期坝体继续升高，于2 0 0 7 年1 2 月底浇至坝顶。2 0 0 7 年l o 月开始加高缺口坝段，至2 0 0 8 年9 月底浇至坝顶高程，1 2 月完成坝顶工作桥，2 0 0 9 年6 月完成表孔弧门和检修门的安装。至此，大坝工程全部完工。2 0 0 1 年5 月3 0 闷地下引水发电系统的辅助洞室开始施工，2 0 0 1 年1 月2 3日开始主洞室的施工。2 0 0 3 年3 月完成主厂房岩锚梁施工，2 0 0 4 年7 月1 5 同完成主厂房全部开挖，2 0 0 5 年1 月底完成号机组一期混凝土浇筑及肘管安装，2 0 0 6 年3 月底完成号机组锥管、蜗壳、埋件安装及二期混凝土浇筑，2 0 0 7 年7 月完成号机组安装及试运行，7 月底号机组投产发电。2 0 0 9 年1 2 月底完成所有7 台机组安装并投产发电。其它洞室与主厂房平行施工。右岸通航建筑物于2 0 0 5 年9 月1 日开工，进行二期开挖，于2 0 0 7 年3 月1同完成，2 0 0 9 年1 2 月底完成混凝土及设备安装，通航建筑物投入正式运行。第一章绪论4函咂嚣尉掣驰h播1审*繁裎_【_i圃第一章绪论1 2 研究目的及意义水电工程施工是一项复杂的系统工程，其内部各组成部分之间相互联系又相互制约，关系错综复杂。而施工阶段又是工程项目得以实施并形成建设产品的重要阶段，在此阶段，需要消耗大量的人力、财力和物力，加之水电工程建设本身的特点，如周期长、投资大、技术综合性强、受地形、地质、水文、气象和交通运输、社会经济等因素影响大等，致使施工十分艰难，并具有较大的风险性。为使该系统高效协调地运行，加强施工阶段的进度计划管理显得十分重要。龙滩水电站碾压混凝土重力坝属巨型高坝，初期施工时坝体混凝土量高达5 7 5 6 万m 3 ( 其中r c c 约为3 7 8 8 万m 3 ) ，是目前世界上在建的最高和混凝土浇筑方量最大的碾压混凝土坝，施工技术复杂、施工质量要求高、工期短，据6年半第1 台机组发电进度安排，大坝混凝土浇筑时间从开始浇筑到发电仅3 3 个月，且必须全年施工，并且大坝施工受度汛影响。龙滩地下厂房是世界上已建和在建规模最大的地下厂房，从主洞室正式开工至第一台机组发电，工期仅5 年零8 个月，工期紧，施工工序多，施工干扰大，洞群布置错综复杂，施工进度及安全问题尤为突出 1 】。因此，在建设过程中需要有一个合理的工程施工进度计划，需要进行大量的分析和周密的筹划；需要运用先进的科学手段、方法对工程中各部分旋工之间的影响与联系进行逻辑分析：需要考虑工程施工中的风险因素和不确定因素；需要考虑经济性与管理方便进行工期优化。然而，目前在项目施工进度管理过程中，传统上常用横道图或带时标的网络计划图描述施工进度计划，虽然通过这些方法可以对各项工序的时间安排和逻辑顺序有个清晰的了解，但是对于大型工程，尤其是具有独特性的水电工程，单独使用横道图或网络图很难把工程施工过程从逻辑关系的把握转化为形象面貌的了解，尤其是对工程不甚了解或只对局部有所了解的人员，要全面掌握整个工程的施工进度信息十分困难。施工进度计划是水电工程施工管理的核心环节，如何形象地表达施工进度。动态描述施工过程中各环节之间复杂的动念时空逻辑关系，一直是工程管理决策人员关心和亟待解决的关键问题。本文采用基于g i s 的可视化技术和系统仿真技术，对龙滩水电站工程施工管理中所制定的进度计划进行可视化分析，建立了龙滩水电站工程施工进度仿真系统，实现了龙滩水电站施工进度管理过程中信息的可视化管理与分析。通过这项研究，有效地克服了传统方法的一些局限，为制定科学合理的施工总进度提供了丰富的信息，而且通过可视化分析可以直观地检验施工中各施工单元之间的协调情况，有助于设计人员之间的交流以及对方案的修改和确认，同时对施工设计、管理和决策人员全面的认识和论证施工方案都有很大的帮助，也为多方案决策和现场施工管理提供了有力的支持。总之，本研究成果给龙滩水电站第一章绪论施工总进度的优化提供强有力的分析工具，而且在辅助工程设计及方案优选等方面具有广阔的应用前景，对于提高工程设计与管理现代化水平具有现实意义。1 3 基于g i s 的可视化研究与应用现状可视化即科学计算可视化1 9 】，是对计算及数据进行探索，以获得对数据的理解与洞察，实现把计算中所涉及的和所产生的数字信息转变为直观的、以图像或图形信息表示的、随时间和空间变化的物理现象或物理量呈现在研究者面前，使其能够观察到模拟和计算过程，即看到传统意义上不可见的事物或现象，并提供与模拟和计算的视觉交互手段。可视化的目的是依靠人类强大的视觉能力，促进对所观察的数据更深一层的了解，培养出对新的潜在过程的洞察力。地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是一门地学空间数据与计算机技术相结合的新型空间信息技术，有别于其它传统意义上的信息系统，它把现实世界中对象的空间位置和相关属性有机的结合起来，满足用户对空间信息的管理，并借助其特有的空间分析功能和可视化表达，进行各种辅助决策 2 】【3 】。g i s 已被广泛地应用于能源开发、资源清查、区域规划、环境保护等领域【2 ，并获得了巨大的成功。目前，随着3 dg i s 技术的发展，其对于空间数据的采集及处理能力不断提高，空间分析功能日趋强大，三维建模更加便利，这些为基于g i s 的可视化仿真技术研究提供了有利的条件。天津大学钟登华、熊小平等研究了基于g i s 的施工总布置可视化信息管理技术与方法，将其应用于水电站施工总布置信息的可视化查询与分析，并研究了g i s 与系统仿真结合的可行性与有效性，首次把具有强大生命力的g i s 技术及先进的系统仿真技术应用于水利水电工程施工总布置设计领域，在实际工程中得到了较好的应用i 】。钟登华、刘东海等研究了基于g i s 的施工导截流过程三维动态可视化，实现了施工导流复杂动态过程的逼真再现，为工程施工组织设计及宏观决策提供科学简便、直观形象的可视化分析手段i “】 1 2 】。此外，钟登华、李景茹等还研究了基于g i s 的混凝土坝施工可视化，通过对复杂的混凝土坝浇筑过程进行逼真的预演，可以直观地检验各个坝块的浇筑顺序是否合理，形象地分析大坝施工进度安排是否与导流度汛方案相协调，能否满足蓄水发电的要求，并可以方便地对多方案进行比较。目前，根据建筑施工的实际需求，实现建筑施工管理的信息化、智能化、可视化已是施工领域中的一个研究热点( 15 1 。可视化研究除了在科学计算领域外，在工程应用领域的研究也方兴未艾，但是结合g i s 技术在数字化水电工程基础上，对施工进度计划进行可视化研究，可以说还是一个新的尝试。6第一章绪论1 4 本文研究的主要内容水电工程投资规模巨大、历时时间长、影响因素众多，给施工组织安排和管理工作带来相当的难度，长期的实践虽然积累了丰富的经验，为后续的工程开发和组织管理工作提供了宝贵的财富。但随着设计技术的更新、施工工艺的改进、设备性能的提高，以及大规模复杂巨型工程的开发建设，再加上工程项目所处的地形地貌的差异、导流度汛标准的不同及施工布置方案的差别等，使现代水电工程设计在技术上仍面临许多困难。传统的类比或对比方式己很难适应现代化复杂巨型水电工程设计与施工安排以及管理的要求，或者说已成为现代水电工程建设发展的瓶颈。可视化不仅是一种新颖的技术，更重要的是一种高效的思维与研究方式，它丰富了科学发现的手段，给予人们深刻的、意想不到的洞察力。本文研究采用先进的理论方法和技术手段，融数字建模技术、动态仿真技术、基于g i s 的三维可视化技术于一体，提出了施工进度计划的可视化分析方法，进而研究其在龙滩水电站工程施工中的应用，并且在此基础上研制开发了龙滩水电站工程施工进度仿真系统。本文共分六章。第一章为绪论，介绍了龙滩水电站工程概况、本文研究目的、意义、所涉及的主要理论方法及其应用研究现状。第二章以g i s 为平台组织施工进度可视化的数据结构，利用g i s 特有的空间数据组织和信息管理功能，系统研究了施工进度可视化的方法及实现，构建了龙滩水电站施工进度可视化分析的三维数字模型。第三章将基于g i s 的可视化技术和系统仿真技术相结合研究了施工进度仿真数据流向，实现了龙滩水电站施工进度的可视化仿真分析。第四章鉴于时间不确定型网络中p e r t 分析的一些局限性，运用蒙特卡洛模拟方法对龙潍水电站地下洞室群施工进度进行仿真分析，寻求确定施工工期内工程的完工概率与风险值。同时分析研究了关键线路的转移问题。第五章提出了龙滩水电站施工进度仿真系统的开发途径、系统结构和开发模式，研发了龙滩水电站施工进度仿真系统，该系统为龙滩工程的旋工进度优化提供了强有力的分析工具。第六章对全文的工作进行了总结，并对未来的研究工作进行了探讨。第二章施工进度可视化方法第二章施工进度可视化方法2 1 基于g l s 的信息可视化原理可视化即科学计算可视化，它使科学计算的输入过程和计算过程拟人化和形象化，再采用计算机图形和图像处理技术将计算结果直观形象地显示出来并进行交互处理，使研究人员能以更直观和客观的方式发现隐藏在数据中的科学规律【2 4 1 1 2 扪。可视化技术是科学计算与图形图像技术的结合，这涉及科学与工程计算、计算机图形学、图像处理、人机界面等多个学科和技术领域。地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是一门介于地球科学与信息科学之间的交叉学科，它亦是一门地学空间数据与计算机技术相结合的新型空间信息技术。地理信息系统必须以强大的硬件系统为支持，用以存储、处理、传输和显示海量地理信息或空间数据，并采用系统软件执行g i s 的数据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形界面等功能【3 】。地理信息系统区别于一般信息系统之处在于它操纵的对象为空间数据，这种数据形式以地理实体为载体，集成其空间特征、属性特征和时间特征于一体，正是由于这种独特的数据结构，使地理信息系统对地理信息的管理和查询有着先天的优势【i6 1 。2 1 1g i s 数据表达g i s 数据表达包括对地理实体对象在计算机内部进行数字表示和通过显示技术进行可视表现，反映在两个方面：数字表示是将地理对象通过数据建模方法移入底层计算机中，不一定表现或显示出来，在外观上表现为数据结构和空间数据模型；可视表现则是通过几何建模、投影、剪裁、消隐、光照、纹理等方式对地理对象进行显示输出。2 1 2g l s 图形表述在g i s 中使用的图形是用矢量表示和存储的图形，有时也称其为矢量图形，图形是空间点集在坐标平面上的投影，它们可以分解为点、线、面、体等几种不同的基本图形元素，每种图形元素又包括几何位羲及其属性特征【9 。1 图形是对图像抽象的结果，这种抽象的过程可以由人工完成，如采用扫描数字化仪输入，也可由计算机自动完成，如栅格一矢量图形的转换。2 图形的矢量化使其能够对图形中的各个部分分别进行操作和控制。因为矢量化图形中的各个部分可以用数学方法加以描述，这就使得数字制图系统可以g第二章施工进度可视化方法对其进行任意的变换、放大、缩小、旋转、变形、移位、叠加等，而且保持图形原有的特性，即图形的空间拓扑不变性。3 矢量化图形的基本组成部分是点、线、面、体，而且可以分别进行单独定义、控制和操作，可方便地查询图形对象的空间信息及与之相关的属性信息。2 1 3g l s 三维可视化过程在g i s 中要实现空问实体的三维可视化表达，就是要实现形体数据到三维图形的变换。g i s 三维可视化过程分为三个子过型1 8 】，如图2 1 所示：图2 1三维可视化过程示意图三维显一刈i1 数据操纵( d a t a m a n i p u l a t i o n ) ，主要完成数据的过滤，使原始数据( 如c a d 数据) 得到细化或增强，并转化为适合后续可视化操作的表示形式，包括网格化、插值、梯度计算以及格式转化等。2 可视化映射( v i s u a l i z a t i o nm a p p i n g ) ，将数据过滤导出的数据转换为抽象可视化对象( a b s t r a c tv i s u a l i z a t i o no b j e e t ，a v o ) 。a v o 用来描述各种时空对象，其属性包括几何、时间、颜色、透明度、光照、反射系数及表面纹理等。3 三维显示( 3 dd i s p l a y i n g ) ，a v o 经三维变换，变换到屏幕坐标系中，再利用光照模型和面绘制算法进行隐藏面和隐藏线消除，计算光照强度并且设置物体投影角度，生成形象逼真的三维图形。2 1 4g l s 三维可视化功能现在流行的g i s 软件如m a p l n f o ，a r c i n f o ，a r c v i e w 等，都具有强大的三维可视化功能，能够很容易地实现三维图形的拓扑运算、绘制、渲染、纹理和显示。在3 d 空间中不仅可以进行浏览、缩放、聚焦、漫游、旋转，而且可以设置场景的相关参数，如背景颜色、光照强度、太阳高度、太阳方位角、场景透明度等。9第二章施工进度可视化方法g i s 的3 d 模块为实现地形表面模型和3 ds h a p e s 的平面显示及三维透视显示提供了方便。在3 d 场景中，可以旋转视角，可以进行穿梭飞行( f l y t h r o u g h ) ，而且易于识别地理实体属性特征，实现了三维图形数据和g i s 属性数据的无缝链接。除了三维显示，g i s3 d 模块还提供强大的处理和分析功能。例如，连线可视性及视野分析，表面面积及体积计算，等高线计算，坡度坡向计算，三维地理图形的可视化交互查询，表面模型及3 ds h a p e s 的创建等等。2 1 5g f s 中信息的可视化组织和管理g i s 中信息的可视化组织表现在对系统数据库的操作及管理上。由于g i s 特有的混合数据库设计结构，把数据贮存形式分为两个部分：一是图形( 空间) 数据库，它主要是存放各种专题图及组成它们的所有图素。根据需要，可将不同性质的图素放在不同的图层上。以便今后查询或进行图层叠加分析。二是图素的属性数据库，它主要用来存放描述图素的属性数据。空间数据和属性数据通过内部代码和用户标识码作为公共数据项连接起来，使得描述图素的属性数据与其图素建立一一对应的关系。图2 2 显示了g i s 系统中空间数据和属性数据两者的对应关系，这种数据库设计结构是实现数据可视化的基础，为信息可视化查询及分析提供了可能。图2 2g i s 数据可视化组织结构示意图2 2 施工进度信息可视化方案水电工程施工进度可视化分析是通过建筑物和施工场地3 d 整体模型与施工第二章施工进度可视化方法进度计划相链接，及水文、混凝土浇筑量、土石方开挖量等工程相关信息的集成，建立施工进度计划中各工序及时间与3 d 施工对象之间的对应关系，反映其动态变化规律以及相互间的信息转换，动态模拟相应的变化过程。水电工程施工是一个动态的过程，它不仅涉及坝区地形地质、水工枢纽布置等静态信息，而且还要反映水文动态变化、地形填挖、永久工程及临时建筑物动态施工等大量动态的施工逻辑关系。g i s 特有的空间数据组织形式，为反映施工过程这种具有时空特征的空间信息提供了条件。因此，建立一个能充分反映工程施工过程时空信息的施工进度三维数字模型是实现施工进度可视化分析的基础。所谓数字建模是指把客观世界中实体对象在计算机中用真实的空间位置来表示，并使空问关系及其属性按一定方式结合起来，从而实现空间实体与属性信息的一一对应【】”。g i s 中空间实体对象用图形数据和属性数据来共同描述，并分别使用不同的存储模块。前者描述实体的几何空间数据和拓扑关系，后者描述实体的属性及两者的关联标识。空间数据和属性数据通过内部代码和用户标识代码作为公共数据项连接起来，使得构成空间对象的每一个图元与描述该图元的属性建立一一对应关系。这种空间数据组织结构为数字模型的可视化空间操作与分析提供了条件。图2 3 所示为施工进度数据由原始采集经g i s 系统内部转化和衍生，最后反映为具有一定物理意义的可视化信息，进而为决策及管理服务的过程。施工进度多源三维数据采集预处理数据格式统转换g 1 sr f l 三维数据结构复杂实体造型技术真实感图形绘制投术施。【进度三维可视化模型三维可视化环境g i s 软硬件系统三维可视化输出图2 3 基于g i s 的施工进度可视化方案施： 场景虚拟由图可知，首先将表达信息所需数据收集整理之后进行预处理，转化成g i s可以调用的数据形式或文件格式。然后，将这些数据文件导入g i s 中，经g i s有关模块转换成其、内部的数据格式，利用该系统特有的数据组织结构来组织施工进度可视化分析的数据结构，结合复杂实体造型技术，如参数化建模方法等，生兰罢第二章施工进度可视化方法成施工进度三维可视化数字模型，此模型融合了旌工进度可视化分析的所有动态和静态数据，是各种数据可视化的基础。由于龙滩水电站工程施工的复杂性，为科学、系统地分析与研究，根据系统分解与协调模式，施工进度可视化分析包括地下厂房系统施工过程、大坝填筑施工过程、导流建筑物施工过程和泄水建筑物施工过程等。2 3 施工进度可视化三维数字建模由上节已知，施工进度可视化分析包括了地下厂房系统施工过程、大坝填筑施工过程、导流建筑物施工过程和泄水建筑物旄工过程等。由于g i s 能够存储及处理分布于地理空间不同位置的对象之间的空间拓扑关系，所以可以分别对各地物建模，然后变换到统一的地理空间坐标系中【9 】。各子模型在具有同一地形背景的虚拟工程环境中实现协调，从而在宏观层次上形成有序的施工系统。已有矢腻圈的输入影像图、扫描图欠擞化图形编辑、圈形整形( 修正及内捕) 等三位建模技术：l 广_ j _ 1广!实懈鐾黔h 三羹麓矗嚣箍蠢互ii 等高线生栅参数化实体建模ll _ r - jl _ 1 一施工进度计划纹瑚嗡辑：恢复地物模型的纹理建立季豢塞三维1 1 - 一图形输出数字模型一1幽肥训山w 视化操作iit 鬻淤l 旧b ，属性删b - 4 属性输入动卷信息l1 分析臻蝴lf 。d b c 驱动管理查询l直持il ”掘研+ 冒捌图2 4施工进度可视化分析三维数字模型建立流程通过对施工场地地形及各种地物实体分别进行三维可视化数字建模，建立起施工进度可视化分析三维数字模型。它具体反映了地形、建筑物实体布置、地形填挖等方面的三维面貌及相应进度计划等信息。其建立流程图如图2 - 4 所示。2第二章施工进度可视化方法2 3 1 地形三维可视化方法数字地形模型( d i g i t a lt e r r a i nm o d e l ，d t m ) 不仅是整个工程旖5 1 _ - - - 维数字模型的重要组成部分、所有工程建筑物布置及施工活动场所，而且还是施工过程中地形填挖的受体。数字地形模型是地形表面形态与属性信息的数字表达，是