隧洞出碴及材料运输系统虚拟施工仿真研究

论文摘要

近年来,计算机辅助施工平面设计己逐步应用到工程实践中,为隧洞施工平面图的布置设计提供了方法和手段,使设计人员能方便地进行施工平面图的生成、修改、变更等操纵,实现了施工平面图的动态设计。但在实际工程施工中,当施工设备确定后,如何将这些设备合理地布置到洞内,将人员、设备等所需的空间作适当和有效的组合,并考虑工程设备的调度问题,仅仅通过平面图是不可能把这些问题表达清楚的。本文在研究隧洞掘进机开挖隧洞出碴及材料运输三种典型方案后,对其调度方案进行了设计计算。采用不同的运输方式,其调度方式都不同,但从整体上说,轨道出碴及材料运输系统的调度方式可以分为两种:一次性调度和分步调度。在设计出调度方案后,并对此提出了在虚拟环境下的仿真方法。运用三维造型软件,针对不同的对象采用非参数化建模和参数化建模两种建模方式。非参数化建模方式只适合大量相同造型、尺寸无需更改的情况。参数化建模方式适合于结构较复杂、有变异造型约束较多的情况。在建立一个物体的完整三维虚拟模型时,首先将其分解为不同的模块,然后按装配层次将这些模块装配起来。根据各设备功能特征,组成机构,通过对机构定位,在虚拟环境下装配好整个掘进机几何模型,并在虚拟环境下对整个出碴及材料运输系统进行布局。在虚拟的环境下,建立周围场景、机械设备等的三维CAD虚拟模型,通过反复调整设备的布置位置,得到一个最佳的布局方案,并在虚拟环境下对出碴及材料运输系统进行物理建模,形成基于计算机的具有一定功能的仿真系统,让系统中的模型具有动态性能,根据仿真过程和结果,在人机交互的可视化环境中对出碴及材料运输施工方案进行修改。

论文目录

• 郑重声明
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外虚拟施工技术研究的现状
• 1.3 课题研究内容
• 1.4 课题研究目标及特色
• 2 隧洞出碴及材料运输系统仿真模型
• 2.1 TBM隧洞出碴及材料运输施工过程介绍
• 2.2 隧洞出碴及材料运输调度方案
• 2.3 隧洞出碴及材料运输仿真方法
• 3 基于VR技术的施工仿真
• 3.1 VR技术
• 3.2 隧洞出碴及材料运输施工方案设计的难点
• 3.3 虚拟施工仿真的一般过程
• 3.4 虚拟施工仿真的技术支撑体系
• 3.5 虚拟施工仿真过程中的一些关键技术
• 4 隧洞出碴及材料运输系统仿真实现
• 4.1 软件平台选择
• 4.2 仿真工作流程
• 4.3 有轨机车仿真实例
• 4.4 胶带机仿真
• 4.5 二次开发
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文