基于 DELMIA 的施工运输过程可视化动态仿真分析

2025-07-17 15:22:57

（某勘测设计研究院有限公司）

摘要：文中使用 DELMIA 软件对某抽水蓄能电站进厂交通洞与引水下平洞施工支洞岔洞段设计尺寸进行了钢岔管运输的可视化动态仿真分析，经过不同方案结果对比，验证了设计尺寸的合理性，并提出了最优的装载及运输路线。

关键词：DELMIA；仿真分析；碰撞检测；设备运输

引言

早在1961年，由 G.W.Morgenthler 首次提出了“仿真”的概念。随着计算机硬件与软件的发展，到 20 世纪 90 年代后期，三维可视化仿真技术逐渐显现，例如，Kamat 和 Martinez 研发的动态施工可视化系统等[1]。目前，国内可视化仿真技术已普遍应用在水电站、市政、工民建等土木工程各行业的施工过程中。例如，三河口水利枢纽工程高碾压混凝土拱坝施工仿真应用等[2]。

可视化仿真（Visual Similation）技术是计算机可视化技术和系统仿真技术相结合形成的一种新型仿真技术，其实质是采用图形或图像的方式对仿真计算过程进行跟踪、控制和结果处理，同时实现仿真软件界面的可视化，具有迅速、高效、形象的特点[3]。

水电工程施工过程动态可视化仿真，是对所有施工工序的过程进行三维数字化建模与仿真分析计算，实现仿真结果的动态化、可视化，直观展示整个施工过程，不仅施工方案的合理性提供理论依据，并对方案进行优化，从而降低成本提高效率[4]。

目前，市面上应用于施工过程的可视化仿真分析软件较多，常见的主要有美国奔特力（BENTLEY）公司的 Synchro、法索达索（Dassault）公司的 DELMIA、美国欧特克（AutoDesk）公司的 NavisWorks 等。其中， DELMIA 软件在机构部件运动仿真分析方面较为突出，对文中的仿真分析需求较为契合。

工程概况

由于水工建筑物种类较多、地质条件复杂、施工参与方众多、作业面穿插等特点，对设计成果及施工方案要求有严格的要求，可视化动态仿真分析技术的应用较好的解决了项目施工过程中遇到的问题。

动态仿真内容与目的

可视化动态仿真目的主要是验证进厂交通洞与引水下平洞施工支洞岔洞段（进厂 2+197.788 处）设计尺寸是否满足钢岔管整体运输要求，提出合理的运输方案及建议，为实际施工运输提供理论参考依据。

仿真模型建立

模拟主要包含岔洞段、平板运输车、钢岔管等部位的三维数字化模型。为了降低模型体量，提高软件仿真分析速度，在不影响实际结果的情况下，对所有部位的模型进行一定程度的简化。岔洞段为进场交通洞与施工支洞交汇处，洞截面为城门洞型，内壁尺寸均为 8m×8m，忽略洞衬砌厚度，将洞衬砌实体简化为曲面。进厂交通洞纵坡简化为水平面，施工支洞则按照实际坡度 4.2%建模。岔洞段模型如图 1 所示。

图 1 岔洞段三维模型

平板运输车模型参考相关规范和实际情况，类型为单平板拖车，型号为 PK150.6，单平板尺寸为 3m× 9m，平板距地面高 1.19m。车头模型参考常规尺寸进行实体简化处理。运输车模型如图 2 所示。

图 2 岔洞段三维模型

钢岔管为管壁直径 4.8m 与两个直径 3.4m 衔接处部件。岔管整体尺寸最大高度约 6.5m，最大宽度约 8.5m。管壁厚度较整体很小，对本次仿真影响较小，简化为曲面模型。钢岔管模型如图 3 所示。

图 3 钢岔管三维模型

可视化动态仿真分析

运动模型建立

基于建立的简化三维模型，结合实际运输参数及经验，对整体运输过程进行动态仿真模拟。通过对运输方法及路线进行分析，确定过程中所需的运动部件为平板运输车与钢岔管，固定部件为岔洞段。针对所有仿真模型，在 DELMIA 中建立对相应的约束条件（包括运动约束和时间约束）。如图 4 所示，平板车运动轨迹初步设定为由进厂交通洞 A 点沿隧洞道路中心线运行至施工支洞 B 点。

图 4 平板车运输路线

钢岔管装载方案

平板运输车装载钢岔管的方案通过二者之间相对位置关系直观展示。根据现场作业经验，按照钢岔管竖直、水平、斜侧等不同摆放位置，拟定三种可能的常规装载方案，如图 5 所示。

图 5 钢岔管装载方案

分析过程与结果

在 DELMIA 中动态模拟三种不同运载方案下，平板运输车装载钢岔管沿隧洞道路中心线从 A 点行驶过弯至 B 点过程中的硬碰撞与软碰撞。其中，软碰撞即允许车辆、钢岔管与洞内壁之间的最小间距阈值。软碰撞数值根据行车要求及运输经验设为10CM。为了更准确的动态计算出软硬碰撞位置，将运行速度降低至 5m/s。在平板运输车行驶同时，对各部件之间距离进行动态分析计算，出现软硬碰撞后立即停止行驶。

装载方案1仿真分析结果，车辆行驶至进弯处，钢岔管右侧与隧洞侧壁发生硬碰撞。装载方案2仿真分析结果，车辆行驶至进弯处，钢岔管左侧与隧洞侧壁发生硬碰撞。装载方案3仿真分析结果，车辆行驶至进弯处，岔管左侧与隧道侧壁发生软碰撞，最小间距为31mm。综上，3种装载方案下，平板运输车沿隧洞道路中心线运输行驶的仿真结果均不满足施工运输要求。

方案优化

针对以上3种装载方案不满足的结果，为了减少设计方案变更，降低土建工程成本，在满足转弯半径要求的情况下，结合原隧洞设计尺寸，对装载方案3的运输车辆行驶路线进行研究和调整（方案4）。行驶路线由全部沿隧洞道路中心线调整为直线段沿道路中心线，过弯时路线向右偏移1m。经过动态仿真分析计算，车辆在行驶过程中未出现硬碰撞，并且部件最小间距为11.5cm。满足现场施工运输要求。结果汇总见表1。

结语

文中针对抽水蓄能电站进厂交通洞与引水下平洞施工支洞岔洞段设计尺寸是否满足施工运输过程的要求进行了可视化动态仿真分析验证，总结如下：

（1）利用 CATIA 软件对涉及到的仿真内容进行了三维数字化建模，在满足规范、设计方案及仿真分析的要求下，对模型进行一定的简化，提高分析计算效率。

（2）利用 DELMIA 软件对拟定的不同运输装载方案及行车路线方案进行了可视化动态仿真分析，不仅证明了岔洞段设计尺寸满足要求，并且提出最优方案供项目施工实施时参考。

（3）随着抽水蓄能电站工程施工工艺要求的提高，对施工方案预验证的需求也越来越大。因此，施工过程的可视化仿真分析已由一种辅助手段逐步转变为不可缺少的技术应用。

参考文献：

［1］苗倩.基于 BIM 技术的水利水电工程施工可视化仿真研究［D］天津：天津大学，2011.

［2］宋永军，李厚峰，毛拥政等.基于 DELMIA 的碾压混凝土拱坝施工过程仿真［J］.人民黄河，2018,11（40）：126-129.

［3］郑家祥，何友忠，陈万涛.溪洛渡水电站大坝混凝土施工与计算机仿真分析研究.中国三峡建设，2008（3）：31-37.

［4］杨春燕.BIM 虚拟仿真技术在建筑工程施工技术教学中的应用［J］.电子技术与软件工程，2017（16）：150.