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水電站數(shù)字沙盤(pán)系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬真實(shí)水電站的生產(chǎn)過(guò)程，并提供真實(shí)的培訓(xùn)環(huán)境（水電站中央控制室）的現(xiàn)代化數(shù)字仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)，可對(duì)職員進(jìn)行：水電站正常工況運(yùn)行操作過(guò)程培訓(xùn)；水電站異常工況運(yùn)行操作過(guò)程培訓(xùn)；水電站緊急事故工況處理操作培訓(xùn)；水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)培訓(xùn)；水電站生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)行知識(shí)與專(zhuān)業(yè)理論培訓(xùn)。職員可以在較短的時(shí)間內(nèi)掌握并熟悉水電站運(yùn)行操作和事故處理。
        隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展和水資源的充分開(kāi)發(fā)和利用，大批大中型水電站將相繼建成投產(chǎn)，從而需要大批訓(xùn)練有素的運(yùn)行技術(shù)人員。同時(shí)，由于我國(guó)電力工業(yè)結(jié)構(gòu)中水電比重較大和水電站運(yùn)行的特點(diǎn)，使得水電站的安全可靠運(yùn)行對(duì)確保整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性與可靠性具有十分重要的作用，從而對(duì)水電站運(yùn)行技術(shù)人員提出了更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，迫切需要采用現(xiàn)代化培訓(xùn)手段，對(duì)水電站運(yùn)行技術(shù)人員進(jìn)行更全面更有效的培訓(xùn)。

水電站三維數(shù)字沙盤(pán)功能

計(jì)算機(jī)數(shù)字沙盤(pán)系統(tǒng)以三維可視化的方式對(duì)水電站進(jìn)行全方位、全壽命周期的交互式管理，將地理數(shù)據(jù)和勘察設(shè)計(jì)資料有效融合，在使用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和全數(shù)字化移交，為水電站施工管理提供包括：全息化的二、三維施工環(huán)境展現(xiàn)、漸進(jìn)式的施工進(jìn)度管理、全階段的數(shù)字檔案管理和應(yīng)用、智能化的施工技術(shù)管理、可擴(kuò)展的外部系統(tǒng)交互接口等在內(nèi)的多項(xiàng)重要功能。

本項(xiàng)目所完成的數(shù)字沙盤(pán)系統(tǒng)可以直接應(yīng)用所有符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，包括：二維影像數(shù)據(jù)、二維矢量數(shù)據(jù)、三維地形數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)資料數(shù)據(jù)、施工管理數(shù)據(jù)。施工過(guò)程中的信息可以在系統(tǒng)中實(shí)時(shí)流轉(zhuǎn)和展現(xiàn)。

1、水電站地質(zhì)地貌仿真

       三維數(shù)字化水力發(fā)電站的核心是三維水電站可視化勘察、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)維修為核心作用的全生命周期管理。實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的數(shù)字化和可視化，第一步就是對(duì)工程所在的區(qū)域地形地貌數(shù)字化仿真。三維數(shù)字沙盤(pán)地形地貌模塊利用從航測(cè)、遙測(cè)等原始數(shù)據(jù)，建立真實(shí)地形地貌數(shù)字模型，并可根據(jù)工程實(shí)際需要進(jìn)行局部區(qū)域的細(xì)化以達(dá)到工程精度要求。三維數(shù)字沙盤(pán)能夠處理數(shù)十平方公里，高達(dá)幾百兆的數(shù)據(jù)點(diǎn)云的地形地貌重構(gòu)。

2、水電站結(jié)構(gòu)仿真

       三維數(shù)字沙盤(pán)的廠(chǎng)房設(shè)計(jì)采用基于原理圖驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)設(shè)備和管線(xiàn)布置方式，設(shè)計(jì)者可以從二維的系統(tǒng)原理圖入手，首先建立正確的系統(tǒng)流程圖，然后，在三維環(huán)境下，根據(jù)系統(tǒng)原理圖進(jìn)行設(shè)備、管線(xiàn)的布置。所有的設(shè)備和管線(xiàn)都與二維原理圖進(jìn)行對(duì)應(yīng)并能夠自動(dòng)檢查，以保證不會(huì)錯(cuò)布、漏布任何設(shè)備和管道。 在三維數(shù)字沙盤(pán)廠(chǎng)房設(shè)計(jì)平臺(tái)里，用戶(hù)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)提供的模板或自行設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)體，進(jìn)行調(diào)整，使其滿(mǎn)足該工程條件，再把各結(jié)構(gòu)件進(jìn)行組裝，廠(chǎng)房的初步數(shù)字模型就建立完成。在完成廠(chǎng)房及管道初步設(shè)計(jì)后，用戶(hù)可以對(duì)廠(chǎng)房細(xì)節(jié)進(jìn)行放大縮小旋轉(zhuǎn)查看，還可以順著管道進(jìn)行漫游查看，以檢查設(shè)計(jì)是否合理，系統(tǒng)還能對(duì)廠(chǎng)房?jī)?nèi)部進(jìn)行空間干涉分析。以幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，從而滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)規(guī)范。

3、水電站截流仿真

      通過(guò)建立大壩截流及相關(guān)工程的水力學(xué)計(jì)算模型和三維實(shí)體模型，對(duì)大壩截流工程的施工全過(guò)程進(jìn)行三維計(jì)算機(jī)仿真模擬，從而反映出大壩截流各個(gè)階段的水力學(xué)指標(biāo)和形象面貌，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，并尋求解決問(wèn)題的方法及相應(yīng)對(duì)策，為大壩截流決策提供可靠依據(jù)，以實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)工程施工、科學(xué)規(guī)劃和科學(xué)管理。主要有三個(gè)方面的功能：(1)建立大壩真實(shí)全三維實(shí)體數(shù)值仿真模型，能夠完全精確模擬大壩形體的各個(gè)細(xì)節(jié)，包括孔口部位、進(jìn)水口、閘門(mén)槽等，真實(shí)反映大壩的三維形體結(jié)構(gòu)。(2)大壩截流三維仿真。(3)圖文數(shù)據(jù)庫(kù)及截流施工組織設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

4、水電站實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真

       三維數(shù)字沙盤(pán)能夠以圖形方式深刻、簡(jiǎn)潔地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，精確描述事件的順序、并發(fā)和沖突關(guān)系，使系統(tǒng)形象化，有利于理解，三維數(shù)字沙盤(pán)具有事件變遷的時(shí)間延遲，廣泛應(yīng)用于離散事件系統(tǒng)中的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，因其抽象性、封裝性、繼承性、多態(tài)性等特色，有利于提高系統(tǒng)的建模能力；因此采用三維數(shù)字沙盤(pán)對(duì)水電站建模，并將面向?qū)ο蠹夹g(shù)融入其中，既可以更好地描述施工系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，又大大方便了系統(tǒng)的建模與實(shí)現(xiàn)。建立三維數(shù)字模型，使每一個(gè)對(duì)象均具有多種屬性，同時(shí)還具有使用方法，這兩者的結(jié)合大大增強(qiáng)了程序的可擴(kuò)充性，使用容易、操作簡(jiǎn)便，同時(shí)更便于研究系統(tǒng)的運(yùn)行特性。

5、水電站施工現(xiàn)場(chǎng)仿真

      

基于三維數(shù)字沙盤(pán)重構(gòu)地形地貌自由曲面模型和地質(zhì)實(shí)體模型，以及三維數(shù)字沙盤(pán)提供的完備的旋拉剖切等操作，可以快速方便的完成水電工程道路、澆筑平臺(tái)、進(jìn)水口、料場(chǎng)、纜機(jī)平臺(tái)、攪拌站等的三維設(shè)計(jì)和分析。

三維數(shù)字沙盤(pán)應(yīng)用前景

三維數(shù)字化水力發(fā)電站的核心是三維水電站可視化勘察、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)維修為核心作用的全生命周期管理，能夠以圖形方式深刻、簡(jiǎn)潔地描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，精確描述事件的順序、并發(fā)和沖突關(guān)系，通過(guò)建立大壩截流及相關(guān)工程的水力學(xué)計(jì)算模型和三維實(shí)體模型，對(duì)大壩截流工程的施工全過(guò)程進(jìn)行三維計(jì)算機(jī)仿真模擬，從而反映出大壩截流各個(gè)階段的水力學(xué)指標(biāo)和形象面貌，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，并尋求解決問(wèn)題的方法及相應(yīng)對(duì)策。計(jì)算機(jī)三維仿真技術(shù)應(yīng)用范圍從輔助電力施工組織設(shè)計(jì)擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維動(dòng)態(tài)顯示，應(yīng)用目標(biāo)從靜態(tài)觀(guān)看發(fā)展到動(dòng)態(tài)時(shí)實(shí)時(shí)控制，從決策參考，逐漸發(fā)展成水電工程、工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)和施工管理中不可缺少的技術(shù)手段。