基于CATIA 的引水隧洞施工动态可视化仿真.pdf

收稿日期2017-07-03；网络出版日期2018-02-27 网络出版地址http//kns. cnki. net/kcms/detail/11.1882. TV.20180227.0907.004.html 基金项目国家自然科学基金项目 （51679165） ；国家重点研发计划项目 （2016YFC0401806） ；国家自然科学基金创新研究群体科学 基金 （51321092） 作者简介王晓玲 （1968-） ，女，重庆人，博士，教授，博士生导师，主要从事水利水电工程施工通风与模拟研究。 E-mailwangxl 水利学报 SHUILIXUEBAO2018年 3月第 49卷第 3期 文章编号 0559-9350 （2018） 03-0369-10 基于 CATIA的引水隧洞施工动态可视化仿真 王晓玲，区丽雯，任炳昱，赵梦琦，肖尧，刘震 （天津大学 水利工程仿真与安全国家重点试验室，天津300072） 摘要针对目前研究通常采用预制动画的形式实现隧洞施工动态可视化仿真的现状和这种方法存在三维模型修改 困难、可视化仿真实现过程复杂、且无法进行交互等问题，本文提出了基于计算机图形辅助三维互动式建模软件 CATIA的引水隧洞施工动态可视化仿真方法。首先采用参数化设计方法建立引水隧洞施工 4D模型，该 4D模型不 仅能够快速修改引水隧洞模型、实现其施工动态可视化交互仿真，而且该可视化仿真成果也便于修改；其次通过 CATIA二次开发实现施工信息的查询；最后结合实际工程进行了应用研究。结果表明该方法不仅提高了引水隧洞 施工动态可视化仿真的效率，并且为施工管理人员在施工方案调整的情况下及时了解施工面貌、及时进行有效的 决策提供先进的科学技术手段。 关键词引水隧洞；CATIA；参数化设计；施工动态仿真；4D模型 中图分类号TV512文献标识码Adoi10.13243/ki.slxb.20170646 1研究背景 由于引水隧洞施工中存在施工条件多样、施工环境隐蔽、施工强度高等难点，这些施工难点给 进度计划的合理制定与工序间时空关系的准确表达带来了难度，因此，有必要采用科学的仿真技术 和先进的动态可视化方法全面系统地分析引水隧洞施工过程和准确直观地展示仿真成果，以使施工 组织设计与施工管理更加科学与高效。 国外很多学者采用施工动态可视化仿真的方法来展示工程施工面貌，从而解决施工过程中时间 和空间冲突等问题，如 Wei-Chih Wang ［1］、Mohammed Mawlana［2］、P.P.A. Zanen［3］，但是这些研究主要 集中于房屋建筑与交通建设中。国内水电工程地下洞室施工动态可视化仿真研究主要形成了基于 OpenGL和 GIS的地下洞室群施工全过程三维动态演示系统和基于三维地质模型的地下洞室群施工全 过程动态可视化分析方法 ［4-5］。但是，一方面上述研究未采用参数化建模方法，所建立的模型不易修 改、在实际操作中重复建模次数较多、建模效率不高；另一方面这些研究以预制动画的形式展示地 下洞室施工过程面貌，可视化成果不能随着仿真成果的更新而同步更新，并且未能实现交互仿真。 目前，在水电工程施工领域采用参数化建模方法进行施工动态可视化仿真研究方面，林伟等 ［6］利 用 BIM 系列软件，对小南海水电工程进行了施工进度 4D模拟和施工动画制作；姬忠凯 ［7］采用 Inventor 建立了混凝土坝三维模型，并基于 Navisworks软件对大坝浇筑过程进行了施工仿真，且实现了浇筑信 息的实时查询；王子成 ［8］根据仿真分析成果，利用 Inventor建立的 Hydro-BIM 模型，对土石坝填筑进 度进行了施工动态可视化模拟，直观地展示了大坝施工过程面貌，同时实现对 Hydro-BIM 模型的交 互式信息查询；张超 ［9］采用 Revit软件建立了高土石坝工程 Hydro-BIM 模型，并基于 Hydro-BIM 可视 369 化平台实现土石坝工程施工进度动态可视化及多信息查询可视化。上述研究主要集中在大坝施工 中，这些研究采用参数化建模方法实现施工动态可视化仿真以及施工信息查询；但是大多是基于 In⁃ ventor或 Revit进行参数化建模，在 Navisworks平台上实现施工动态可视化仿真，这些方法无法使三维 建模与施工动态可视化在同一平台上实现，结果导致可视化成果修改仍然存在一定的困难。因此， 钟登华等 ［10］运用计算机图形辅助三维互动式建模软件 CATIA （Computer Aided Tri-Dimensional Interac⁃ tive Application） ，建立堆石坝三维参数化模型，并结合离散事件仿真，在 CATIA 平台上建立了堆石 坝施工 4D模型，实现了同一平台下的堆石坝三维建模与施工过程三维动态表达。这一方法主要应用 于大坝施工可视化仿真中，然而未采用 CATIA 自带的知识工程技术创建进度计划与三维模型之间的 关联，建立 4D模型的过程较为复杂。 综上所述，现有的施工动态可视化仿真研究中，静态的建筑物模型与动态的可视化仿真成果都 存在修改困难的问题。针对上述问题，本文首先以引水隧洞施工过程为研究对象，采用参数化设计 方法建立了基于 CATIA 的引水隧洞三维参数化模型，该模型具有便于修改及建模效率高的特点；其 次，结合施工进度仿真方法，通过运用 CATIA 知识工程技术将进度计划与三维参数化模型关联起 来，建立了引水隧洞施工 4D 模型，该方法建立的 4D 模型可以实现引水隧洞施工动态可视化交互仿 真，并且该可视化仿真成果便于修改；最后，通过 CATIA二次开发技术实现了施工信息的查询。 2基于 CATIA的引水隧洞施工动态可视化仿真研究框架 基于 CATIA 的引水隧洞施工动态可视化仿真研究主要包括 4 个部分，引水隧洞 3D 参数化建模、 施工进度仿真、引水隧洞施工 4D可视化以及施工仿真信息查询，如图 1所示。 施工组织设计 三维几何信息施工仿真设计 顶点坐标 轴线 断面尺寸 长度 纵比降 施工工序 断面尺寸 洞长 机械设备 资源配置 参数化设计 方法 3D建模 施工仿真 CYCLONE方法、 CPM方法 Output 三维参数 化模型 Output 进度计划 总工期 横道图 关键路线 开挖强度 总开挖量 知识工 程技术 4D可视化 施工动态可视化仿真 信息查询 二次开发 技术 施工管理 图 1基于 CATIA的引水隧洞施工动态可视化仿真框架图 首先，根据引水隧洞施工组织设计中的三维几何信息，从中提取控制引水隧洞的主要参数， 然后在 CATIA 环境下建立引水隧洞三维参数化模型，该模型可以通过修改参数实现更新；此外， 将已经建立好的模型存储为引水隧洞模板，调用模板即可建立相似模型，避免了重复建模，提高 了建模效率。其次，结合引水隧洞施工特点，根据施工组织设计中的施工方案以及各施工工序的 衔接关系与相互制约条件，运用耦合 CPM （Critical Path ） 方法和 CYCLONE （Cycle Operation Network） 技术的系统仿真技术对引水隧洞各施工工序进行分析研究，并建立引水隧洞施工进度仿真 模型。再次，运用知识工程技术实现引水隧洞三维参数化模型与施工进度计划之间的关联，从而 建立引水隧洞施工 4D 模型，进行施工 4D 可视化。最后，通过 CATIA 二次开发技术建立施工仿真信 息查询系统。 370 数学模型 模型描述 MMPD，MCO，MCM，MKBE，MSD PPDIPD，OPDM IPDILO，IL，IW，IH G （X，D） 0 PCOICO，OCO；PCMICM，OCM ICOILL，ISP，IB，IE，ID；OCOOD，OI，OE ICMISIM，IO，IR；OCMOS，OTT，OEST ISIMf1OD，OI，OE PKBEIPDM，IS，O4D IPDMf2OPDM；ISf3OS PSDISD，OSD ISDIT，IG，IK，IES，IEV；OSDOT，OG，OK，OES，OEV ISDf4OCM 定义引水隧洞施工动态可视 化仿真的方法集 MPD的参数集 参数化的概念 MCO与 MCM的 参 数 集 以 及 MCO与 MCM之间的关系 MKBE的参数集以及 MKBE与 MPDM之间的关系、MKBE与 MCM之间的关系 MSD的 参 数 集 以 及 MSD与 MCM之间的关系 3D建模 施工仿真 4D可视化 信息查询 ① ①② ② ③ ③ ④ ④ ⑤⑤ ⑥ ⑥ 3引水隧洞施工动态可视化仿真模型与方法 引水隧洞工程不仅施工工作面有限、施工工艺复杂，而且施工环境隐蔽、施工空间封闭，洞室 之间布置纵横交错，因此，对引水隧洞进行施工动态可视化仿真，合理安排施工进度计划，形象直 观地展示施工工序在时间、空间上的冲突显得尤为重要。基于 CATIA 的引水隧洞施工动态可视化仿 真模型包括以下 4个部分 （1） 引水隧洞三维参数化模型； （2） 引水隧洞施工进度仿真； （3） 施工 4D可 视化； （4） 施工仿真信息查询。 3.1引水隧洞施工动态可视化仿真数学模型为了更清楚地表达引水隧洞施工动态可视化仿真各个 部分之间的逻辑关系，本文建立了如图 2所示的数学模型。 模型包括 6个部分 （1） 定义了施工动态可视化仿真模型的方法集 M。包括参数化设计方法 （MPD） 、CYCLONE仿真建 模方法 （MCO） 、CPM建模方法 （MCM） 、知识工程技术 （MKBE） 以及二次开发技术 （MSD） 。 （2） 定义了 MPD的参数集 PPD，输入参数 （IPD） 包括位置 （ILO） 、长 （IL） 、宽 （IW） 、高 （IH） ，输出参数 为参数化模型 （OPDM） 。 （3） 为参数化设计的概念。式中，G g1，g2，⋯，gn表示一系列参数方程，n为方程的数量， D d1，d2，⋯，dn为函数 G的变量，表示结构尺寸之间的约束关系；X x1，x2，⋯，xm为函数 G的变 量，表示结构的位置、尺寸大小等。 （4） 定义了 MCO与 MCM的参数集 PCO与 PCM，以及 MCO与 MCM的关系 f1。其中，PCO是 MCO的参数 集，输入参数 （ICO） 包括循环进尺 （ILL） 、结构参数 （ISP） 、爆破参数 （IB） 、机械参数 （IE） 、时间参数 （ID） ，输出参数 （OCO） 包括各循环进尺持续时间 （OD） 、循环次数 （OI） 、机械效率 （OE） ；PCM是 MCM的 参数集，输入参数 （ICM） 包括仿真工序 （ISIM） 、非仿真工序 （IO） 、工序间的逻辑关系 （IR） ，输出参数 （OCM） 包括进度计划 （OS） 、总工期 （OTT） 、开挖强度 （OEST） 。 （5） 定义了 MKBE的参数集 PKBE，以及 MKBE与 MPDM的关系 f2、MKBE与 MCM的关系 f3。其中，PKBE的 输入参数为参数化模型 （IPDM） 、进度计划 （IS） ；输出参数施工 4D模型 （O4D） 。 （6） 定义了 MSD的参数集 PSD，以及 MSD与 MCM的关系 f4。其中，PSD的输入参数为总工期 （IT） 、横 道图 （IG） 、关键路线 （IK） 、开挖强度 （IES） 和总开挖量 （IEV） ，输出参数为总工期 （OT） 、横道图 （OG） 、关 键路线 （OK） 、开挖强度 （OES） 和总开挖量 （OEV） 。 图 2引水隧洞施工动态可视化仿真分析数学模型 3.2引水隧洞三维参数化模型引水隧洞是水电站重要的输水建筑物，其洞轴线布置、断面型式及 尺寸的选择应综合考虑地质条件、水力条件和施工条件等因素，其施工方案需要在比选后确定；然 371 而，在设计过程中，洞轴线、断面型式或尺寸的变化都会引起模型的变化；因此，在设计阶段模型 需要不断地调整以适应不同的设计方案。针对采用传统方法所建立的模型存在修改困难的不足，本 文采用参数化设计方法，基于 CATIA 平台建立引水隧洞三维参数化模型，通过参数的修改实现模型 的更新；同时，模型的主要控制参数还可以存储在设计表中，通过修改设计表中的参数驱动参数化 模型更新；此外，引水隧洞断面主要有城门洞形、圆形、马蹄形和高拱形等 4种型式，这使得在建模 过程中需要反复建立相似的模型，基于 CATIA 平台建立的引水隧洞三维参数化模型可以根据断面型 式将参数化模型保存为模板，以便在重复性建模时进行调用，提高建模效率。 3.2.1参数化设计方法参数化技术由于可以在建模过程中嵌入专业知识，因此逐渐发展成为一种 高效的建模方式 ［11］。参数化设计的基本原理是通过建立参数与模型之间的一一对应关系，并根据尺 寸约束，将参数的变化与尺寸的变化相关联，再将尺寸的变化转化为模型结构的变化，以此直接通 过参数控制模型的形状特征，从而使得通过对参数的重新设置快速建立不同的模型成为可能 ［12］。 引水隧洞的参数化设计研究包括洞轴线的布置、断面型式及尺寸的确定两个部分。洞轴线确定 隧洞的位置与走向；断面型式决定断面的形状、尺寸参数控制断面的大小。与洞轴线相关的控制参 数主要有起点坐标 （X，Y，Z） 、方向 N、平段距离 L、转弯半径 R 以及纵坡降 i等；城门洞形断面的 引水隧洞控制参数为顶拱半径 R，断面宽度 W 以及洞高 H；圆形断面的隧洞控制参数为半径 R；马蹄 形断面的隧洞控制参数为 R1与 R2；高拱形断面的隧洞控制参数为 R1、R2与 R3。参数化建模能够利用 数学公式和几何约束关系建立参数化模型，参数化模型不仅方便修改，而且可以随着控制参数的修 改而自动更新；因此，模型的修改效率得到了提高。引水隧洞参数化设计的主要控制参数如表 1 所 示，参数化建模的主要流程如图 3所示。 组成部分 洞轴线 断面 型式 及尺 寸 城门洞 形断面 圆形断 面 马蹄形 断面 高拱形 断面 控制参数 起点坐标 （X，Y，Z） ；方向N；平 段距离L；转弯半径R； 顶拱半径R；断面宽度W；洞高H 半径 R 半径 R1；R2 半径 R1；R2；R3 表 1引水隧洞参数化设计主要控制参数 图 3引水隧洞三维参数化建模流程 3.2.2设计表驱动引水隧洞模型CATIA 知识工程设计表通过外部参数控制模型几何形状，因此结 构相似而参数不同的模型可以通过设计表创建和管理，用户只需要修改设计表参数就可以自动生成 新的模型 ［13］。 设计表驱动模型的关键是正确建立模型参数与设计表参数之间的对应关系 ［14］。如图 4所示，利用 提取的引水隧洞断面半径、洞室长度等模型参数创建设计表参数，在设计表中修改参数驱动三维模 型更新。 3.2.3模板技术在建模过程中往往需要重复建立相似的模型，此时，可以将已经建立好的参数化 模型保存为模板，再次建模时只需要确定洞轴线，即可调用模板完成建模。利用模板技术创建的特 征、零件等模板可以将设计知识集成到这些模板中进行实例化，并通过正确的输入和几何参照对其 进行修改。模板技术能够很好地适应多种设计情况，并快速完成重复性的设计工作 ［15］。图 5为 4种常 见断面型式的引水隧洞模板，插入模板时修改控制参数，以建立新的特征模型。 3.3施工进度仿真引水隧洞由于施工空间有限、施工相互干扰大、地质条件复杂，并且由于受到 地形条件的限制，施工支洞布置困难；故其施工过程极其复杂。此外，隧洞施工是一个由钻孔、爆 372 破、通风散烟、安全检查、初期支护、出渣等作业环节组成的循环过程，在整个施工过程中需要反 复循环进行 ［16］。因此，为了降低仿真计算建模的复杂性和提高建模效率，故基于层次化、模块化建 模的思想将引水隧洞施工进度仿真模型划分为控制层模型和实施层模型两个层次。控制层采用 CPM 网络模型来描述，实施层采用 CYCLONE模型来描述 ［17］。通过仿真计算可以得到施工总工期、进度计 划、关键路线、横道图、开挖强度、总开挖量等信息。引水隧洞仿真模型如图 6所示。 3.4引水隧洞施工 4D 可视化引水隧洞施工 4D模型不仅可以形象、逼真地模拟隧洞施工任一工序 i 在任意时刻 t的三维面貌Si t，而且可以在施工方案变动时，自动且快速地更新施工面貌，无需重新 建立模型与进度计划的关联，从而提高了施工动态可视化仿真的效率。通过将同一时刻各个工序的 施工面貌Si t结合，得到 t时刻引水隧洞施工的整体三维面貌 S t i 1 n Sit（1） 式中 n 为总的工序数，Sit fiXi，Yi，Zi，t，Xi、Yi、Zi为工序i的空间位置，表示在施工过程 图 4设计表驱动引水隧洞三维参数化模型更新 图 5常见断面型式引水隧洞模板 373 VisualC 进度计划.pdc 模型控制参数.xls 参数化模型.CATPart 知识工程 设计表技术 4D模型.CATPart 图 7进度计划设计表驱动引水隧洞三维参数化模型 中包含了时间信息的施工工序i的几何形状，其施工面貌随时间的变化而变化。 建立引水隧洞施工 4D 模型，关键在于建立三维参数化模型与进度计划的关联。这一关联可以通 过 CATIA 知识工程设计表技术实现。CATIA 知识工程设计表可以通过外部变量控制参数化模型中的 参数，其功能需要 Microsoft Excel支持 ［18］。本文在王帅［19］进行的地下洞室群施工仿真的基础上，在 Vi⁃ sual C 平台，将进度计划参数转化为洞室长度参数，作为三维参数化模型的控制参数，存储在 Excel 文件中，供 CATIA直接调用，进而驱动参数化模型更新，建立起引水隧洞施工 4D模型。将进度计划 参数转化为洞室剩余长度的伪代码如下 for（工序 M in 所有工序） { if（工序 M是仿真工序） { li Li，0 ≤ t ≤ tis； li Li/Ti*（tif- t），tis≤ t ≤ tif； li 0，tif≤ t； 输出剩余洞长到 Excel； } } 本文利用施工进度仿真得到的进度计划创建设计表，通过这个设计表驱动引水隧洞的模型参 数，使参数化模型随着进度计划的更新而不断更新，从而不断更新施工面貌，进而建立起引水隧洞 施工 4D 模型，在建模平台上实现引水隧洞施工动态可视化仿真，如图 7所示。在施工动态可视化仿 CPM层仿真工序非仿真工序 1 施工支 洞开挖 2 引水隧洞 上平段上 层开挖 3 引水隧洞 上弯段上 层开挖 n-2 竖井开挖 n-1 引水隧洞 砼浇筑 n 完工 CYCLONE层 可以 卸渣 卸渣 卸渣 机组 运输 安全 检查 喷锚 清理 出渣 出渣 机组 测量 可以 出渣 返回 通风爆破 可以 出渣 可以 爆破 钻 孔 机 组 钻 孔 钻 孔 工 作 面 图 6引水隧洞施工进度仿真模型 374 真过程中，不论何时出现不合理的冲突，施工面貌都可以随时停止更新，从而使用户可以及时调整 施工方案或三维模型设计方案。这一操作机制使得仿真过程中的交互成为可能。 3.5施工信息查询引水隧洞施工仿真信息存入数据库后，本文通过在 Visual Basic 环境下对 CATIA 进行二次开发，实现施工信息的查询。基于 CATIA 的引水隧洞施工动态可视化仿真不仅可以得到合 理的施工进度计划并实现任一时刻施工面貌的展示；而且能够实现施工总工期、关键路线、横道 图、开挖强度、总开挖量等施工信息的查询。 4工程实例 以某电站右岸引水隧洞为例，右岸布置 7 ～12 6条引水隧洞，单机单洞平行布置，采用圆形断 面，开挖直径 14.9 m。布置 4 和 7两条施工支洞，均为城门洞形断面，断面尺寸 （宽高） 分别为 8.5 m6.5 m、4.5 m5.2 m。 4.1引水隧洞施工 4D可视化分析 （1） 根据工程施工组织设计方案，建立基于 CATIA参数化设计的引 水隧洞施工 4D 仿真模型，进行施工动态可视化仿真。图 8为不同时刻的施工面貌。利用设计表关联 三维模型与进度计划，可以快速展示任一时刻施工面貌，实现施工动态 4D可视化仿真，便于发现并 解决施工过程中可能存在的冲突，为施工方案的合理制定提供了可靠保障。 初始时刻 T100d T150d T200d完工时刻 图 8初始时刻、T100d、T150d、T200d以及完工时刻的引水隧洞施工面貌 （2） 在设计与施工阶段，引水隧洞断面型式、尺寸大小、洞轴线以及施工方案均需要反复修改、 优选、验证。因此，需要调整三维模型与施工仿真方案，重新进行施工动态可视化仿真，从而更加 直观地判断设计方案的合理性。图 9为引水隧洞在不同断面尺寸设计方案下同一施工时刻的施工动态 可视化仿真成果。采用参数化设计方法建立的引水隧洞模型不仅可以根据不同设计方案及时修改更 新，而且可以根据由方案变化引起的施工进度计划的改变快速更新施工面貌。这些优势不仅提高了 1引水隧洞断面半径 R6.40m2引水隧洞断面半径 R7.45m 图 9不同断面尺寸设计方案在同一施工时刻 T150d的施工面貌 375 模型修改的效率，而且也提高了由模型或施工方案更改而造成的施工动态可视化仿真成果更新的效 率，进而提高了方案设计和优化的效率。 4.2施工信息查询通过施工进度仿真计算，可以得到施工总工期、关键路线、横道图、开挖强度 和总开挖量等信息，信息存储至数据库后，通过二次开发技术在 CATIA 平台上实现施工信息查询。 由信息查询可知，该引水隧洞工程施工总工期为 662 d，2015 年 5 月 16 日开工，2017 年 7 月 28 日完 工，总开挖量 69.1万 m 3。图 10为施工面貌查询界面，图 11为施工横道图查询界面。 图 10T128d施工面貌及信息 图 11施工横道图 376 5结论 本文引入参数化设计方法，提出了基于 CATIA 参数化设计的施工动态可视化仿真方法，建立了 基于 CATIA的引水隧洞施工 4D参数化模型，并结合仿真得到的施工进度计划对施工过程面貌进行展 示，实现了施工动态可视化与施工信息查询。该 4D模型不仅可以在设计阶段初期快速建立与修改三 维模型；而且能够根据由施工仿真信息或三维几何信息变化所引起的施工进度计划的改变而快速地 更新模型。该 4D模型避免了重复性的建模工作、提高了建模效率；同时，该模型克服了以往研究因 施工动态可视化仿真成果难以修改而无法快速优选施工方案的缺陷。本研究为引水隧洞三维建模以 及施工 4D可视化仿真分析提供了一种新的高效建模与交互仿真的方法，为合理、科学地制定施工进 度计划提供了理论与技术支持。 参考文献 ［ 1 ］WANG W C，WENG S W，WANG S H，et al . Integrating building ination models with construction pro⁃ cess simulations for project scheduling support ［J］. Automation in Construction，2014，37 （6） 68-80 . ［ 2 ］MAWLANA M，VAHDATIKHAKI F，DORIANI A，et al . Integrating 4D modeling and discrete event simula⁃ tion for phasing uation of elevated urban highway reconstruction projects ［J］. Automation in Construction， 2015，6025-38 . ［ 3 ］ZANEN P P A，HARTMANN T，AL-JIBOURI S H S，et al . Using 4D CAD to visualize the impacts of highway construction on the public ［J］. Automation in Construction，2013，32 （8） 136-144 . ［ 4 ］胡连兴 . 亚碧罗地下洞室群施工仿真与网络进度分析研究 ［D］. 天津天津大学，2009 . ［ 5 ］毕磊 . 基于不确定性分析的地下洞室群施工进度仿真分析与优化研究 ［D］. 天津天津大学，2015 . ［ 6 ］林伟，路佳欣，程雷梓，等 . BIM 在小南海水电站施工组织设计中的应用 ［J］. 水电与新能源，2013 （6） 32-35 . ［ 7 ］姬忠凯 . 混凝土坝施工仿真智能建模方法研究 ［D］. 天津天津大学，2014 . ［ 8 ］王子成 . 基于 HydroBIM的土石坝施工进度控制和动态模拟研究 ［D］. 天津天津大学，2014 . ［ 9 ］张超 . 高土石坝工程全生命周期管理总控平台的研发 ［D］. 天津天津大学，2014 . ［10］钟登华，张琴娅，杜荣祥，等 . 基于 CATIA 的心墙堆石坝施工动态仿真 ［J］. 天津大学学报，2015 （12） 1118-1125 . ［11］LEE G，SACKS R，EASTMAN C M . Specifying parametric building object behavior（BOB）for a building infor⁃ mation modeling system ［J］. Automation in Construction，2006，15 （6） 758-776 . ［12］王辉，陈卫忠，李廷春，等 . 地下工程智能连续优化方法的实现Ⅰ参数化设计及优化方法 ［J］. 水利学 报，2014，45 （1） 42-49 . ［13］CHU C H，SONG M C，LUO V C S . Computer aided parametric design for 3D tire mold production ［J］. Comput⁃ ers in Industry，2006，57 （1） 11-25 . ［14］王小平，王陆，蔺志刚 . 基于 CATIA 设计表的水工建筑物关联设计 ［J］. 水利水电技术，2013，44 （1） 53-55 . ［15］雷磊 . 基于知识模板重用的水轮发电机定子线圈模具快速设计 ［D］. 成都西南交通大学，2016 . ［16］ZHONG D H，BI L，YU J，et al . Robustness analysis of underground powerhouse construction simulation based on Markov Chain Monte Carlo ［J］. SCIENCE CHINA （Technological Sciences） ，2016，59 （2） 252-264 . ［17］LEI B，REN B，ZHONG D，et al . Real-time construction schedule analysis of long-distance diversion tunnels based on lithological predictions using a markov process ［J］. Journal of Construction Engineering Management， 2015，141 （2） 04014076 . ［18］吉晶晶 . 基于 CATIA的飞机钣金特征自动化建模技术研究 ［D］. 南京南京航空航天大学，2012 . ［19］王帅 . 鲁地拉地下洞室群施工动态可视化仿真与优化研究 ［D］. 天津天津大学，2007 . 377 Experimental research on guide hydro-dynamic torque of a pump turbine in turbine mode LI Qifei 1，2，LI Guangxian1，QUAN Hui1，2， WANG Renben 1，ZHANG Zhengjie1，ZHAO Chaoben1 （1. College of Energy and Power Engineering，Lanzhou Univ. of Tech. ，Lanzhou730050，China； 2. State Key Laboratory of Gansu Fluid Machinery and Systems，Lanzhou Univ. of Tech.，Lanzhou730050，China） AbstractTo obtain the hydro-dynamic torque magnitude and its variation law of the pump turbine under the turbine mode，the electromotive stress analysis and the specially processed shaft of guide vane were applied in a pump turbine model of the domestic pump storage plant. The hydro-dynamic torque of each guide vane was investigated under the situation of synchronous guide vane and misaligned configura⁃ tion respectively. The main conclusions are as followsonce the synchronized guide vane is employed，with the opening increasing，the hydro-dynamic torque factors magnitude of the guide vane has the consistency among all tested vanes， and the direction of the torque shift gradually from the turn-off direction to the turn-on direction. When the 10 guide vane is set as the misaligned guide vane， and the difference be⁃ tween misaligned guide vane opening and the synchronous one is less than 16.4 ， the hydro-dynamic torque factors of the tested guide vanes tend to be distributed regularly. However，when the opening differ⁃ ence is bigger than 16.4 ， the hydro-dynamic torque increases sharply with the use of the misaligned guide vane，and the hydro-dynamic torque factors of the different guide vanes change significant. Keywordspump turbine；guide vane；hydro-dynamic torque；opening （责任编辑杨虹） Dynamic visual simulation of diversion tunnel construction based on CATIA WANG Xiaoling，OU Liwen，REN Bingyu，ZHAO Mengqi，XIAO Yao，LIU Zhen （State Key Laboratory of Hydraulic Engineering Simulation and Safety，Tianjin University，Tianjin300072，China） AbstractPresent studies usually use animation to realize dynamic visual simulation of tunnel construction， which makes 3D models difficult to modify，makes visual simulation process complex to realize and lacks of interaction. Therefore，this paper proposes a dynamic visual simulation of diversion tunnel con⁃ struction based on CATIA. Firstly，a 4D simulation model of diversion tunnel was built using parametric de⁃ sign. This 4D model can not only be modified easily and realize construction dynamic visual interactive sim⁃ ulation， but alsocanmodifythevisual simulationresults easily. Secondly， theconstructionination could be inquired with secondary development. Finally，this was applied to an engineering project. It shows that the efficiency of dynamic visual simulation of diversion tunnel construction is improved and helps project managers to make decision when scheme changes. Keywordsdiversion tunnel；CATIA；parametric design；dynamic construction simulation；4D model （责任编辑李福田） （上接第 368页） 378