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1、岩土工程界第5卷第10期基础工程基坑工程虚拟现实辅助设计系统(VFPS)在基坑工程中的应用施木俊孙国庆张杰青(武汉市勘测设计研究院)摘要提出采用虚拟现实技术,通过建立基坑工程三维实体模型,使设计人员面向三维实体对象进行工程设计,专家组面向虚拟三维工程模型对设计方案进行评审,从而将基坑工程设计水平提高到崭新的阶段。目前,我院开发的“基坑工程虚拟现实辅助设计系统(VFPS)”已在武汉地区多项基坑工程中成功应用。关键词基坑工程虚拟现实参数化建模1三维基坑工程模型界,并根据分区边界建立精细的三角形网格。最后三维基坑工程模型是VFP
2、S系统的核心与基用插值拟合函数求三角形网格所有控制点的高度础。建立模型必须充分考虑虚拟现实功能的要求,值,就得到三维的土层曲面。使用户能在三维环境中灵活、方便、快捷地建立及修对用户而言,只需输入工程勘察获得的基本信改实际工程的三维模型。息,系统自动识别土层缺失、透镜体等复杂的分布状VFPS系统把基坑工程作为系统工程。三维实态,进而完成模型构造。该模型还允许用户对其进体模型中包括3大类对象:1)场区工程地质水文地行动态分析,如查看场区内任意点地层分布、制作任质信息;2)基坑结构,包括基坑边坡、支护结构及地意位置的工程地质剖面
3、、查看任意土层在场区内的[1]下水控制结构;3)周边建(构)筑物及地下管线。系分布状况等。统用三维工程地质模型表示场区工程地质信息。基1.2基坑结构坑边坡、各种支护及地下水控制结构、基坑周边各种为满足系统参数化建模及虚拟现实功能的要管线用具有材质特征的实体模型表示。周边建筑物求,基坑结构分类主要依据结构的几何特征和结构用具有材质和纹理特征的实体模型表示。因此,虚体系内基本构件的排列规律。基坑结构分为基坑边拟三维基坑工程模型十分形象、生动、直观。坡几何结构和设计人员布设的结构。设计人员布设1.1工程地质水文地质信息的各种结构
4、又分为与支护段关联不关联的两大类结为了用三维实体模型表示地层构造等信息,系构(图1)。统提出了基于层状地层的三维工程地质模型。该模型基本假定为:(1)任意土层的层顶曲面和层底曲面均为单值曲面,即土层在场地内为层状分布。(2)土层可能在整个场区均匀分布,也可能分布在场区一个或多个局部范围内,即场地内土层可能存在分区。在土层缺失区域内不存在该土层层面。在非缺失区域内层厚大于0。在分区边界上土层层厚等于0。因此,场地内任一点土层顶面的高度只可以是唯一单值或无值(缺失)。图1基坑结构分类(3)场地内土层按标准层规定的层序在深度方为
5、给用户提供基坑工程的三维设计平台,用户向上叠加,上一土层层底即为下一土层层顶。利用该平台能方便快捷地进行基坑各种支护及地下构造模型的基本过程为:系统根据已有钻孔控水控制结构设计,以及设计方案的修改调整,系统不制点及场区边界控制点,首先建立优化的控制网格。仅采用了参数化建模方法定义基坑结构的基本构在此基础上,对存在分区的土层自动识别其分区边件,而且由基本构件组成的结构体系也采用参数定〔收稿日期〕2002-05-30义的描述方法。19基础工程GEOTECHNICALENGINEERINGWORLDVOL.5No.10(1)基坑
6、边坡几何结构:基坑边坡几何结构包括结构,如沿已有建筑外墙布置的托换结构、测斜管及基坑的位置、形态、尺寸等。系统用“坡面形式”定义其它复杂结构等。边坡的坡度,以及分级放坡时边坡的级数及放坡平1.3周边建(构)筑物及地下管线台宽度。基坑边坡几何结构可由以基坑的底边线、系统采用相对简化的方法建立基坑周边建(构)基坑每坡段的开挖深度和坡面形式共同描述。通过筑物及地下管线模型。地下管线对象用截面特征和以上基本信息,系统可以自动构造出基坑所有侧面中心线来描述。管线的截面特征包括圆形矩形截和基坑顶边线。面标志、圆形截面的管径、矩形截面的
7、长宽、管线的一项工程往往采用多种支护结构组成支护体材质等信息。建立管线实体对象的过程为:首先设系。本系统用“支护段”来区分不同的支护结构组合定管线的截面特征,再输入或选定中心线。基坑周形式。支护段定义为开挖深度相同、坡面形式相同、边建筑物由多边形面来描述。最常用的多边形面是支护及地下水控制结构相同、顺序相连的一个或多矩形,另外还有三角形,任意形状的多边形(包括凹个坡段。支护段是工程设计人员布设与边坡相关联多边形)等。多边形面除了包含几何信息外,还包括的最小结构单位。建筑物的外观特征,即面的材质和纹理信息。为减(2)与支护段
8、相关联的结构:在设计人员布设的少采用纹理进行绘制的建筑物模型的数据量,提高各种结构中,有一部分结构可以抽象为基本构件沿动画速度,系统关于纹理图像信息采用二级索引方基坑某支护段内的顶边线按一定规则排列构成的体式:用图像库包含模型中引用的图像信息※纹理信系,即称这种结构与支护段相关联。例如,布置桩排息库定义
