糯扎渡水电站施工总布置动态可视化仿真与优化研究
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摘要
糯扎渡水电站是澜沧江中下游梯级规划八座梯级电站中最大的水电站，其施
工总布置牵涉到工程的各个组成部分，各部分施工本身亦随时间推进而不断变
化，大量动态信息难以把握。为直观逼真地描述糯扎渡水电站施工总布置各环节
间复杂的时空关系，本文对糯扎渡水电站施工总布置进行了三维动态可视化仿真
与优化研究，研究成果主要体现在以下几个方面：
1.以 GIS 为平台组织动态仿真数据结构，利用 GIS 特有的空间数据组织结构和
空间信息管理功能，系统研究施工总布置动态仿真数据可视化方法及实现。
2.对糯扎渡施工总布置进行系统分析，运用大系统分解协调与控制理论，构造
一个包含六个子系统的糯扎渡工程施工总布置系统，将整个施工总布置系统
的仿真表现为各个子系统的仿真与协调耦合。设计了糯扎渡施工总布置三维
动态可视化仿真数据流向，实现三维动态可视化仿真演示。
3. 结合 GIS 空间分析与处理能力，从空间位置上的约束条件出发，研究基于
GIS 的混凝土拌和系统场址选择可视化分析方法，为传统的施工总布置场址
选择提供新的思路和方法。利用 GIS 空间分析功能，对影响混凝土拌和系
统选址的各种空间因素进行可视化分析，通过叠加计算得出分析优选结果。
这一研究成果为施工场地选址提供科学决策的依据。
4. 提出糯扎渡水电站施工总布置三维动态可视化仿真与优化系统具体开发途
径，设计了系统的体系结构，开发并实现了系统具体功能。为糯扎渡水电站
施工总布置组织设计与决策提供了强有力的分析工具。
Nuozadu hydropower station is the biggest hydropower station among the eight
step hydropower stations to be built on mid-down stream of Lancangjiang River.
Every component of the engineering is interfered with the construction site layout.
Construction of every component is dynamically changing, thus it’s difficult to grasp
large amount of dynamic information. To intuitively and accurately describe the
complex and dynamic spatial relationship among all sides interfered in construction
site layout design of Nuozadu hydropower station, 3D dynamic visual simulation and
optimization for construction site layout of Nuozadu hydropower station is studied.
The main contents and achievements of this thesis are summarily listed as following:
Firstly, dynamic data structure is organized with the platform of GIS.
Methodology and implementation of dynamic simulation data for construction site
layout is studied by utilizing the special structure for spatial data organization and
management function for spatial information.
Secondly, systematical analyzing is studied for construction site layout of
Nuozadu hydropower station. Using the theory of decomposition-coordination and
controlling for large system, the construction site layout system of Nuozadu
engineering with 6 subsystems is built. Then the simulation of the whole construction
site layout system is expressed with simulation and decomposition-coupling of all
subsystems. Flow of the 3D dynamic visual simulation data of Nuozadu construction
site layout is designed, and then the 3D dynamic visual simulation demonstration and
visual inquiry of dynamic simulation data are realized.
Thirdly, taking advantage of the spatial analyzing and dealing function of GIS,
based on the constraints of spatial position, visual analyzing methodology of site
selecting for concrete mixer plant GIS-based is studied. Thus a new way and
methodology is provided for traditional construction site layout. Visual analyzing of
all spatial factors that influence the site selecting for concrete mixer plant is studied,
and the optimum result is acquired after overlay computing. This result supplies a
scientific support for construction site selecting.
Fourthly, practical developing way for 3D dynamic visual simulation and
optimization system of Nuozadu hydropower station is presented, and the systematic
structure is designed. System function is realized. The successful development of the
system provides a forceful analysis tool for design and decision-making of
construction site layout of Nuozadu hydropower station.
工总布置牵涉到工程的各个组成部分，各部分施工本身亦随时间推进而不断变
化，大量动态信息难以把握。为直观逼真地描述糯扎渡水电站施工总布置各环节
间复杂的时空关系，本文对糯扎渡水电站施工总布置进行了三维动态可视化仿真
与优化研究，研究成果主要体现在以下几个方面：
1.以 GIS 为平台组织动态仿真数据结构，利用 GIS 特有的空间数据组织结构和
空间信息管理功能，系统研究施工总布置动态仿真数据可视化方法及实现。
2.对糯扎渡施工总布置进行系统分析，运用大系统分解协调与控制理论，构造
一个包含六个子系统的糯扎渡工程施工总布置系统，将整个施工总布置系统
的仿真表现为各个子系统的仿真与协调耦合。设计了糯扎渡施工总布置三维
动态可视化仿真数据流向，实现三维动态可视化仿真演示。
3. 结合 GIS 空间分析与处理能力，从空间位置上的约束条件出发，研究基于
GIS 的混凝土拌和系统场址选择可视化分析方法，为传统的施工总布置场址
选择提供新的思路和方法。利用 GIS 空间分析功能，对影响混凝土拌和系
统选址的各种空间因素进行可视化分析，通过叠加计算得出分析优选结果。
这一研究成果为施工场地选址提供科学决策的依据。
4. 提出糯扎渡水电站施工总布置三维动态可视化仿真与优化系统具体开发途
径，设计了系统的体系结构，开发并实现了系统具体功能。为糯扎渡水电站
施工总布置组织设计与决策提供了强有力的分析工具。
Nuozadu hydropower station is the biggest hydropower station among the eight
step hydropower stations to be built on mid-down stream of Lancangjiang River.
Every component of the engineering is interfered with the construction site layout.
Construction of every component is dynamically changing, thus it’s difficult to grasp
large amount of dynamic information. To intuitively and accurately describe the
complex and dynamic spatial relationship among all sides interfered in construction
site layout design of Nuozadu hydropower station, 3D dynamic visual simulation and
optimization for construction site layout of Nuozadu hydropower station is studied.
The main contents and achievements of this thesis are summarily listed as following:
Firstly, dynamic data structure is organized with the platform of GIS.
Methodology and implementation of dynamic simulation data for construction site
layout is studied by utilizing the special structure for spatial data organization and
management function for spatial information.
Secondly, systematical analyzing is studied for construction site layout of
Nuozadu hydropower station. Using the theory of decomposition-coordination and
controlling for large system, the construction site layout system of Nuozadu
engineering with 6 subsystems is built. Then the simulation of the whole construction
site layout system is expressed with simulation and decomposition-coupling of all
subsystems. Flow of the 3D dynamic visual simulation data of Nuozadu construction
site layout is designed, and then the 3D dynamic visual simulation demonstration and
visual inquiry of dynamic simulation data are realized.
Thirdly, taking advantage of the spatial analyzing and dealing function of GIS,
based on the constraints of spatial position, visual analyzing methodology of site
selecting for concrete mixer plant GIS-based is studied. Thus a new way and
methodology is provided for traditional construction site layout. Visual analyzing of
all spatial factors that influence the site selecting for concrete mixer plant is studied,
and the optimum result is acquired after overlay computing. This result supplies a
scientific support for construction site selecting.
Fourthly, practical developing way for 3D dynamic visual simulation and
optimization system of Nuozadu hydropower station is presented, and the systematic
structure is designed. System function is realized. The successful development of the
system provides a forceful analysis tool for design and decision-making of
construction site layout of Nuozadu hydropower station.
引文
参 考 文 献
[1] 糯扎渡水电站可行性研究阶段直心墙堆石坝施工总布置规划专题简要报告，
国家电力公司昆明勘测设计研究院，2003，1
[2] Zhong Denghua, Li Jingru, Zhu Huirong, et al. GIS-based visual simulation
methodology for concrete dam construction processes. Proceeding of the 5th
Asian Simulation Conference, Shanghai, China, 2002,295-300
[3] 钟登华，练继亮，张宗亮等，混凝土坝浇筑过程的仿真计算机可视化研究，
系统工程理论与实践，2003，23（6）：133-138
[4] 钟登华，张伟波，郑家祥，大型地下洞室群施工系统仿真，水利学报，2001，
9：86-91
[5] 张伟波，黄河，李景茹等，复杂地下洞室群施工系统仿真与进度研究，系统
工程理论与实践，2002，22（3）：125-130
[6] 钟登华，李景茹，复杂地下洞室群施工交通运输系统仿真与优化研究，系统
仿真学报，2002，14（2）：140-142，145
[7] 钟登华，刘东海，基于 GIS 的施工导流管理决策支持系统，水力发电，2001，
（1）：56-59
[8] 刘东海，钟登华，周锐等，基于 GIS 的水电工程施工导流三维动态可视化研
究，计算机辅助设计与图形学学报，2002，14（11）：1051-1055
[9] 何淼，路堑高边坡治理工程动态仿真及其优化设计：[硕士学位论文]，中国
地质大学，2001，5
[10] Hissam Tawfik, Terrence Fernando, A Simulation Environment for Construction
Site Planning, IEEE, 2001:199-204
[11] 黄杏元，倪绍祥，地理信息系统支持区域土地利用决策研究，地理学报， 1993，
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[12] 李德仁，地理信息系统导论，北京：测绘出版社，1997
[13] 陈述彭，鲁学军，周成虎，地理信息系统导论，北京：科学出版社，2001,5
[14] 熊小平，施工总布置三维动态可视化分析理论与应用研究：[硕士学位论文]，
天津，天津大学，2003，1
[15] 王劲峰，柏延臣，朱彩英等，地理信息系统空间分析能力探讨，中国图像图
形学报，2001，6（9）：849-853
[16] 郭仁忠，空间分析，武汉：武汉测绘科技大学出版社（第二版），2000，1
[17] 乔瑞波，用 GIS 进行城市工厂选址适宜性分析试验研究，经济地理，2000，
68
参考文献
19(Sup): 142-144
[18] 袁峰，周涛发，岳书仓，一种基于 Mapinfo 的叠加分析方法，2002，24（1）：
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[19] 张增祥，杨存建，田光进，基于多元空间数据的中国生态环境综合评价与分
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[20] 李建明，史学建，吴卿等，GIS 在小流域水土保持规划中的应用，人民黄河，
2001，23（7）：35-36
[21] 梁艳萍，刘兴权，刘越等，基于 GIS 的城市总体规划用地适宜性评价探讨，
工程勘察，2001，（2）：51-53，58
[22] 廖俊国，肖烨，用 GIS 技术进行土地定级方法的探讨，工程勘察，2001，（4）：
48-51
[23] 臧淑英，祖元刚，倪红伟，森林资源可持续利用空间格局分析，生态学报，
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[63] 钟登华，朱慧蓉，刘东海等，GIS 在水利水电工程可视化仿真研究中的应用，
水利水电科技进展，2003，23（3）：14-16
[64] 刘东海，基于 GIS 的施工导流管理决策支持系统研究：[硕士学位论文]，天
津，天津大学，2000，1
[65] 周锐，基于 GIS 的施工导流三维动态可视化仿真研究：[硕士学位论文]，天
津，天津大学，2003，1
71
发表论文和参加科研情况说明
发表论文和参加科研情况说明
一、发表学术论文：
1、 钟登华，朱慧蓉，刘东海等，GIS 在水利水电工程建设中的应用与展望，
中国水利，2003，2，A 刊：62-64
2、 钟登华，朱慧蓉，黄伟，水利工程施工总布置动态信息可视化方法研究，
水利学报，2003，8：91-95
3、 钟登华，朱慧蓉，郑家祥，溪洛渡施工总布置三维动态可视化图形仿真
研究，中国工程科学，2003，5（11）：65-70，91
4、 钟登华，朱慧蓉，刘东海等，GIS 在水利水电工程可视化仿真研究中的
应用，水利水电科技进展，2003，23（3）：14-16
5、 Zhong Denghua, Li Jingru, Zhu Huirong, et al. GIS-based visual simulation
methodology for concrete dam construction processes. Proceeding of the
5th Asian Simulation Conference, Shanghai, China, 2002,295-300
6、 钟登华，毛寨汉，朱慧蓉等，水利水电工程土石方开挖可视化设计方法
初探，水利水电技术，2001，32(12)：31-34
7、 Zhong Denghua, Li Jingru, Zhu Huirong, et al. GIS-based visual simulation
methodology and its application in concrete dam construction processes.
Journal of Construction Engineering and Management, ASCE, Accepted.
8、 钟登华，练继亮，张宗亮，李仕琦，朱慧蓉，混凝土坝浇筑过程的仿真
计算机可视化研究，系统工程理论与实践，2003，23（6）：133-138
9、 钟登华，练继亮，朱慧蓉，缆机浇筑混凝土重力坝的三维动态可视化仿
真与优化研究，天津大学学报，2004，1（录用待发）
10、 Zhong Denghua, Liu Donghai, Zhu Huirong. Visual Computer-Aided
Design And Analysis With Dynamic Simulation For Hydroelectric Project
Construction. Fourth International Conference on Virtual Reality and its
Application in Industry (VRAI’2003), Accepted.
72
[1] 糯扎渡水电站可行性研究阶段直心墙堆石坝施工总布置规划专题简要报告，
国家电力公司昆明勘测设计研究院，2003，1
[2] Zhong Denghua, Li Jingru, Zhu Huirong, et al. GIS-based visual simulation
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Asian Simulation Conference, Shanghai, China, 2002,295-300
[3] 钟登华，练继亮，张宗亮等，混凝土坝浇筑过程的仿真计算机可视化研究，
系统工程理论与实践，2003，23（6）：133-138
[4] 钟登华，张伟波，郑家祥，大型地下洞室群施工系统仿真，水利学报，2001，
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[5] 张伟波，黄河，李景茹等，复杂地下洞室群施工系统仿真与进度研究，系统
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[6] 钟登华，李景茹，复杂地下洞室群施工交通运输系统仿真与优化研究，系统
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[7] 钟登华，刘东海，基于 GIS 的施工导流管理决策支持系统，水力发电，2001，
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[8] 刘东海，钟登华，周锐等，基于 GIS 的水电工程施工导流三维动态可视化研
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[9] 何淼，路堑高边坡治理工程动态仿真及其优化设计：[硕士学位论文]，中国
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[10] Hissam Tawfik, Terrence Fernando, A Simulation Environment for Construction
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[11] 黄杏元，倪绍祥，地理信息系统支持区域土地利用决策研究，地理学报， 1993，
48（2）：114-121
[12] 李德仁，地理信息系统导论，北京：测绘出版社，1997
[13] 陈述彭，鲁学军，周成虎，地理信息系统导论，北京：科学出版社，2001,5
[14] 熊小平，施工总布置三维动态可视化分析理论与应用研究：[硕士学位论文]，
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[15] 王劲峰，柏延臣，朱彩英等，地理信息系统空间分析能力探讨，中国图像图
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[17] 乔瑞波，用 GIS 进行城市工厂选址适宜性分析试验研究，经济地理，2000，
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[18] 袁峰，周涛发，岳书仓，一种基于 Mapinfo 的叠加分析方法，2002，24（1）：
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[19] 张增祥，杨存建，田光进，基于多元空间数据的中国生态环境综合评价与分
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[20] 李建明，史学建，吴卿等，GIS 在小流域水土保持规划中的应用，人民黄河，
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[21] 梁艳萍，刘兴权，刘越等，基于 GIS 的城市总体规划用地适宜性评价探讨，
工程勘察，2001，（2）：51-53，58
[22] 廖俊国，肖烨，用 GIS 技术进行土地定级方法的探讨，工程勘察，2001，（4）：
48-51
[23] 臧淑英，祖元刚，倪红伟，森林资源可持续利用空间格局分析，生态学报，
1999，19（6）：73-79
[24] 钟登华，郑家祥，刘东海等，可视化仿真技术及其应用，北京：中国水利水
电出版社，2002，3
[25] Antenucci, John. Brown, Kay et al. Geograhic Information System-A Guide to
Technology. Newyork: Van Norstand Reinhold, 1991
[26] 龚健雅，当代 GIS 的若干理论与技术，武汉测绘科技大学出版社，1999，3
[27] 顾培亮，系统分析与协调，天津：天津大学出版社，1998，10
[28] 钟登华，朱慧蓉，黄伟，水利工程施工总布置动态信息可视化方法研究，水
利学报，2003，（8）：91-95
[29] Jay Lee. Comparison of existing methods for building triangular irregular
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[30] Tsai V J D. Delaunay triangulation in TIN creations: An overview and a linear
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7(6): 501-524
[31] Li Zhi Lin. Objective representation of DTM surfaces in scale dimension.
Dynamic and Multi-Dimensional GIS, 1999, 33(4): 23-27
[32] 肖丽雯，何援军，秦鹏飞， 参数化图库建库工具的开发及应用， 计算机辅
助设计与图形学学报，2001，13（5）：444-448
[33] 蔡颖，薛庆等，CAD/CAM 原理与应用，北京：机械工业出版社，1998，8：
126-128
[34] 邓学雄，梁柯，现代 CAD 技术的发展特征，工程图学学报，2001（3）：8-13
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[35] 钟登华，周锐，刘东海，水利水电工程施工系统三维建模与仿真，计算机仿
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[37] 王静秋，钱志峰，基于粒子系统的焰火模拟研究，南京航空航天大学学报，
2001，33（2）：166-170
[38] 张芹，吴慧中，谢隽毅等，基于粒子系统的火焰模型及其生成方法研究，计
算机辅助设计与图形学学报，2001，13（1）：78-82
[39] Jos Stam, Eugene Fiume. Depicting Fire and Other Gaseous Phenomena Using
Diffusion Processes. ACM Computer Graphics (SIGGRAPH’95), 1995, 29(4):
129-135
[40] Jarke J Van Wijk, Andrea J S Hin, Willim C de Leeuw, et al, Three Ways to Show
3D Fluid Flow. IEEE Computer Graphics and Applications, 1994, 14(5): 33-39
[41] Reeves W T. Particle System—A Technique for Modeling a Class of Fuzzy
Object. ACM Transactions of Graphics, 1983, 2 (2): 91-108
[42] 钟登华，宋洋，李景茹，基于 GIS 的复杂工程施工可视化信息管理系统研
究，水利水电技术，2001，（12）：35-38
[43] 刘藻珍，魏华梁，系统仿真，北京理工大学出版社，1998. 1-4
[44] 肖田元，张燕云，陈加栋，系统仿真导论，北京：清华大学出版社，2000，
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[45] 熊光楞，连续系统仿真与离散事件系统仿真，北京：清华大学出版社，1991
[46] 孙锡衡，齐东海，水利水电工程施工计算机模拟与程序设计，北京：中国水
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[47] 熊光楞，彭毅，先进仿真技术与仿真环境，北京：国防工业出版社，1997.
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[48] 钟登华，朱慧蓉，郑家祥，溪洛渡施工总布置三维动态可视化图形仿真研究，
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[49] 胡志根，肖焕雄，水利水电工程施工布置优化，北京：科学出版社，1997
[50] 赵显富，任春立，吴宝珍，单设施选址中的加权 maximin 准则研究，测绘通
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[51] 张显东，梅广清，张学兵等，新增供应商选址的优化决策模型，北京科技大
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[52] 姜大立，杨西龙，易腐物品配送中心连续选址模型及其遗传算法，系统工程
理论与实践，2003，（2）：62-67
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参考文献
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[63] 钟登华，朱慧蓉，刘东海等，GIS 在水利水电工程可视化仿真研究中的应用，
水利水电科技进展，2003，23（3）：14-16
[64] 刘东海，基于 GIS 的施工导流管理决策支持系统研究：[硕士学位论文]，天
津，天津大学，2000，1
[65] 周锐，基于 GIS 的施工导流三维动态可视化仿真研究：[硕士学位论文]，天
津，天津大学，2003，1
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发表论文和参加科研情况说明
发表论文和参加科研情况说明
一、发表学术论文：
1、 钟登华，朱慧蓉，刘东海等，GIS 在水利水电工程建设中的应用与展望，
中国水利，2003，2，A 刊：62-64
2、 钟登华，朱慧蓉，黄伟，水利工程施工总布置动态信息可视化方法研究，
水利学报，2003，8：91-95
3、 钟登华，朱慧蓉，郑家祥，溪洛渡施工总布置三维动态可视化图形仿真
研究，中国工程科学，2003，5（11）：65-70，91
4、 钟登华，朱慧蓉，刘东海等，GIS 在水利水电工程可视化仿真研究中的
应用，水利水电科技进展，2003，23（3）：14-16
5、 Zhong Denghua, Li Jingru, Zhu Huirong, et al. GIS-based visual simulation
methodology for concrete dam construction processes. Proceeding of the
5th Asian Simulation Conference, Shanghai, China, 2002,295-300
6、 钟登华，毛寨汉，朱慧蓉等，水利水电工程土石方开挖可视化设计方法
初探，水利水电技术，2001，32(12)：31-34
7、 Zhong Denghua, Li Jingru, Zhu Huirong, et al. GIS-based visual simulation
methodology and its application in concrete dam construction processes.
Journal of Construction Engineering and Management, ASCE, Accepted.
8、 钟登华，练继亮，张宗亮，李仕琦，朱慧蓉，混凝土坝浇筑过程的仿真
计算机可视化研究，系统工程理论与实践，2003，23（6）：133-138
9、 钟登华，练继亮，朱慧蓉，缆机浇筑混凝土重力坝的三维动态可视化仿
真与优化研究，天津大学学报，2004，1（录用待发）
10、 Zhong Denghua, Liu Donghai, Zhu Huirong. Visual Computer-Aided
Design And Analysis With Dynamic Simulation For Hydroelectric Project
Construction. Fourth International Conference on Virtual Reality and its
Application in Industry (VRAI’2003), Accepted.
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