水利工程施工人员不安全行为识别方法

水利工程施工过程中施工人员不安全行为是引发安全问题的关键因素,施工现场大多采用现场安全巡检、可穿戴式装备、实时监控等方法进行不安全行为识别,存在费时费力、成本高、信息化水平低等问题,不利于危险行为的及时发现、预警。针对上述问题,本文基于计算机视觉、深度学习,提出了适用于水利工程施工大场景下的不安全行为识别方法。首先,针对大场景下施工人员机械中的小目标漏检、错检问题,提出YOLOv5改进方法,并构建了施工人员机械多对象目标检测模型;其次,基于目标检测模型,分别提出了靠近静态危险区域、动态施工机械、安全帽未佩戴等常规不安全行为的识别方法;最后通过工程实例验证,本文所提出的识别方法增加了施工现场管控手段和力度,有效提升水利工程施工安全智慧化管控水平。

耦合S曲线和贝叶斯网络的水利工程成本-进度仿真分析及应用

针对工程施工成本优化与进度风险分析问题,提出了耦合S曲线和贝叶斯网络的施工成本-进度仿真分析方法。根据成本-进度S曲线对施工成本进行优化与控制;利用贝叶斯风险分析方法研究小型水利工程因工期短而普遍存在的进度风险问题,通过贝叶斯网络对进度风险的敏感性分析确定关键进度风险因素,为工程施工成本与进度管理提供有力依据。该方法成功应用于某河渠防护工程中,河渠防护工程成本优化及关键进度风险因素的确定为施工成本与进度定量分析提供有效支持。

基于改进XGBoost不平衡围岩超前分类方法的隧洞工程施工仿真研究

为了在围岩类别不平衡的条件下实现围岩类别有效判断,进而提高隧洞工程施工仿真准确性,基于改进极限梯度提升(XGBoost)不平衡围岩超前分类方法进行隧洞工程施工仿真研究。采用自动邻域确定合成过采样(AND-SMOTE)方法优化围岩类别不平衡性,并采用改进的XGBoost不平衡围岩超前分类模型进行围岩超前分类,进而优选仿真参数,提高仿真结果的准确性,其中,以模型交叉验证平均准确率为目标,采用哈里斯鹰优化(HHO)算法自动优化XGBoost超参数,以提高围岩分类精度。工程应用表明,相比未改进的XGBoost不平衡、KNN、SVC等6个模型,改进的XGBoost不平衡围岩超前分类模型分类精度更高;考虑围岩类别不平衡性后,改进的XGBoost不平衡围岩超前分类模型分类精度提高了8.6%;此外,基于围岩超前分类的隧洞工程施工仿真结果与实际进度的相对偏差相比传统仿真降低了11.3%,更符合工程实际。

基于3D WebGIS的土木水利工程BIM集成和管理研究

针对目前BIM与GIS主流集成方案中的不足,提出基于3D Web GIS的BIM数据集成和管理方案。该方法主要采用WebGL作为集成容器,基于网络服务接口传输数据,结合集成中的关键技术实现了GIS中IFC模型数据的分级集成。根据上述方法,提出了面向土木水利工程的BIM与GIS原型系统的框架,并结合网络编程知识,以开源工具为基础,实现了BIM数据在GIS环境下的快速、高效集成,为工程全生命周期的应用提供了支持环境。测试示例数据验证表明,该方法具有可行性和适用性,在土木水利工程领域具有较大的应用价值。

水利工程BIM+GIS与施工进度动态计划关联方法及实现

在水利工程的建设管理中,施工进度会不可避免地受到外界因素的影响,导致工程施工不能按照原有计划进行。针对于此提出了基于BIM+GIS的施工进度动态计划关联方法,以互联网技术为基础,结合数据库技术和可视化技术,实现工程量统计与施工进度的动态模拟,通过Cesium 3D GIS平台建立了基于BIM+GIS的水利工程施工进度管理系统。此系统将GIS大场景与BIM深度结合,为水利工程项目参建方提供施工三维动态可视化环境,精细化控制水利工程的工程量统计与进度计划管理。目前该系统已经在某水闸工程中投入使用,应用效果良好。

BIM技术在水利水电工程可视化仿真中的应用

为简化水利水电工程施工可视化仿真系统的开发及应用,提出基于建筑信息模型(BIM)的可视化仿真方法,构造了工程建筑物的三维数字模型,并根据Navisworks软件的数据组织形式,充分利用其可视化、四维模拟功能及应用程序接口API,实现了工程施工过程的动态演示及仿真信息的可视化查询。工程实例验证了该方法的实用性及优势。

水利工程BIM模型构建标准及数字化移交

目前水利行业在三维模型设计以及应用上的发展比较缓慢,与行业相关的BIM标准还比较欠缺,工程中不同阶段的信息相互独立,数据难以共享、整合。为了解决上述问题,从BIM模型构建着手,结合IFC数据交互标准对水利行业数字化移交的可行性与必要性进行研究。根据研究结果建立从建模到交付的一套完整体系,这一套体系贯穿于施工建设的全过程。体系的建立可以有效地将工程全生命周期中各个阶段以及各个部分的数据信息紧密联系在一起,打破了数据壁垒,达到了数据共享的目的。

新工科背景下水利水电实验课程融合式教学模式探索

新时代对新工科人才培养提出以“立德树人”为根本的高素质专业型人才目标要求,天津大学水利水电教研室对专业实验课程展开教学改革,历经常规线下教学、疫情封校期远程线上教学、复课后线上线下组合式教学和新工科课程思政融合式教学四个典型阶段的实验教学改革及总结,探讨新时代新工科背景下专业实验类课程改革的最佳方案。近几年,水利水电专业实验课程教学改革取得良好的效果,充分发挥前期在线学习的预习作用、中期虚仿平台操作的问题前置作用及后期现场实操的再次强化作用,同时将思政元素融入到实验教学课堂中起到很好的“德育为先”的教育作用。新工科课程思政融合式实验教学积极引导学生建立起“建设祖国永远向前进,家国情怀一生来践行”的人生追求,实现以学生为主题+问题导向的实验课程授课方式,达到为祖国培养新时代新工科卓越人才的培养目标。

水利工程施工场内交通运输交叉路口问题研究

水利工程施工场内交通运输系统具有动态复杂性,在其运行过程中,料物运输状态伴随运输道路情况不同而发生改变。已有的系统仿真模型常常对交通运输道路情况进行一定程度简化,导致仿真结果与实际情况存在不同程度差异。根据水利工程施工场内交通运输系统的特点,结合施工场内运输交通道路交叉路口实际,分析运输车辆交叉路口行驶对料物运输的重要作用及其影响因素,创建道路交叉路口行车模型,并将其在实际工程进行应用。研究结果说明所创建模型是可行的,且比已有模型更能客观真实地反映施工场内交通运输实际状况。

基于FG-MCGDM的水利工程施工进度方案优化

针对水利工程施工进度的多准则群决策问题,提出了一种新的模糊灰色多准则决策模型。该模型基于模糊集理论、灰色关联分析和折衷解的理论方法,将各决策属性和决策者权重的语言变量转化为梯形模糊数;采用改进的GRA-VIKOR方法对模糊信息群体决策问题进行求解,并对各决策者的群体效益值和个体遗憾值进行聚合;通过折衷解对施工进度方案进行排序,获得最优方案。该模型有效地避免了信息的扭曲和丢失,确保了决策信息的完备性。通过在某水利工程施工进度方案优选的案例分析与计算,证明了该模型的有效性和实用性。

基于集对分析法的寒区输水工程冬季安全运行评价

为了对高寒地区输水工程冬季安全运行进行客观评价,及时掌握工程实时运行状态,以北疆某输水工程渠首段为例,建立寒区输水工程冬季安全运行评价指标体系,采用熵值法确定各指标权重,同时采用集对分析法构建冬季安全运行评价模型;随后,通过计算多元联系数和减法集对势对各级指标进行不确定分析,以确定该输水工程的安全运行等级;最后,将计算结果与采用模糊评价法得出的评价结果进行比较。结果显示:采用集对分析法计算的结果与模糊评价法完全一致,属于较安全等级,与实际情况吻合,表明基于集对分析法的安全评价模型有较好的准确性和合理性。此外,通过减法集对势的计算可以得出整个工程评价系统趋于同势,处于健康状态,发展趋势良好;而明渠的排冰设施指标风险性最大,处于病态,具有较大的脆弱性,是渠道冬季安全运行主要调控和维护的对象,需要对其进行加强防护。采用集对分析法评价可以为寒区输水工程冬季安全运行管理提供一定的科学依据和技术支持。

ASTER GDEM数据在水利工程数值计算中的应用

利用Global Mapper软件对ASTER GDEM数据进行坐标投影转换,提取相应研究区域的高程数据。利用Fortran语言编写的程序对研究区域水平坐标及高程数据进行处理,生成可应用于水利工程数值计算的地形格式。将此方法应用于某水利工程水动力学数值计算,得到了较理想结果,证明了该方法的可行性。所得成果可为ASTER GDEM数据在水利工程数值计算中的应用提供参考。

水电工程施工安全事故致因重要性多证据融合综合评价

为确定水电工程施工安全事故的主要致因,采取有针对性的安全防范措施减少安全隐患,降低安全事故发生概率,提出事故致因重要性的多证据融合模糊综合评价方法。收集306例典型事故案例,进行致因分析,归纳提炼人、物、管理、环境4类风险因素下的23项事故致因指标,构建安全事故致因评价指标体系;采用区间层次分析法(IAHP)、模糊集评价方法,分别确定风险因素和致因指标权重,进而建立基于专家群决策和D-S证据融合理论的多证据综合评价模型,并进行实例分析。结果表明:人的因素和物的因素是导致事故发生的主要因素;违章作业、处于不安全位置、冒险心理、无防护措施、使用不安全措施等事故致因所占权重较大;在采取安全防控措施时,应重点考虑上述因素。

极地航行船舶回转操纵性能仿真研究

本文针对极地航行船舶回转操纵性问题进行分析。首先基于操纵性基本理论,对船舶转舵阶段、过渡阶段以及最终回转阶段的回转操纵性运动方程进行补充和修正;进而采用重叠网格模型进行阻力仿真计算,并通过模型试验验证仿真模型的可靠性。最后基于DEM-CFD相结合的分析理论,对多组航行工况下船舶的浮冰区回转性能进行数值仿真,分析回转过程中的航行特点。

基于物理实验的典型透水铺装水文效应研究

为了研究典型透水铺装水文效应,设计研制了一套人工模拟降雨实验系统,经过降雨特性检验,对透水混凝土铺装和植草砖铺装进行了定雨强下渗实验和设计暴雨情景下降雨径流实验。结果表明,本实验系统可实现雨强自动连续变化,人工降雨与设计暴雨在降雨峰值、降雨总量和降雨过程上接近,模拟降雨效果较好。透水混凝土铺装初始下渗率较大,相比于植草砖铺装更早进入稳定下渗阶段,稳定下渗率也更小;植草砖铺装在充分供水条件下也可一定程度控制径流;Horton模型对于透水铺装下渗特性有较好的描述能力。透水混凝土铺装产流过程与降雨过程呈现较高相关性,相同重现期下透水混凝土铺装产流时间均早于植草砖铺装,且产流量大;在削减径流总量和径流峰值、延后径流峰值方面,植草砖铺装都表现更好。

南水北调西线工程上线水源区大型底栖动物群落结构及环境驱动因子

为评估南水北调西线工程上线水源区大型底栖动物群落结构及环境驱动因子,于2022年7月(汛期)和11月(非汛期)开展监测采样工作。采用生物多样性指数和丰度-生物量比较曲线(ABC曲线)作为大型底栖动物群落特征参数,分析大型底栖动物群落在水源区的结构,并对其进行多元排序和Pearson相关性分析。结果表明:共采集45种大型底栖动物,隶属于4门5纲10目32科44属,其中优势种8种,所有优势物种出现频率均大于50%,水源区大型底栖动物群落结构一致性较高;水源区Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均值分别为4.01、1.68、0.61;多数采样区域大型底栖动物的ABC曲线呈纠缠态势,其丰度和生物量累积百分比的差值面积在0附近波动,群落以小个头物种为主;优势种以耐污值低的敏感种类为主,说明河流几乎不受污染,水体清洁;pH值是影响水源区大型底栖动物群落结构的主要环境驱动因子。

生态护岸在水利工程中的研究及应用进展

生态护岸是一种将植物引入其中的环境友好型护岸形式。和传统的工程护岸相比,生态护岸在维持工程结构安全性的同时,维护了良好的水域生态环境,因此得到越来越广泛的应用。文章从生态护岸的含义和理论出发,首先介绍其特点和优势,再对已有的现场观测、物理模型实验、数值模拟等研究成果及工程应用进行总结,最后展望其发展前景。

一种海绵城市社会效益计算方法:以天津大学北洋园校区为例

海绵城市的社会效益是指海绵设施建成后对社会的贡献,其远大于海绵城市所产生的直接经济效益。但是,海绵城市的社会效益难以客观计算,这阻碍了人们对海绵城市的深入了解。因此,客观合理计算海绵城市的社会效益不仅可以反映海绵城市建设是否合理有效,也可为政策的制定提供参考。为此,本文提出一种将主观评价与客观计算相结合的海绵城市社会效益计算方法,通过对可客观计算的社会效益进行主观评价,利用客观计算的效益值将主观评价分值货币化,以此客观计算其他仅可主观评价的社会效益。文中以天津大学北洋园校区为例计算校区内海绵设施的社会效益,结果显示:该校区雨水花园、下凹式绿地和雨水湿地等5种海绵设施的社会效益为1.0~15.5元/(m^2·a),植草沟为2.97元/(m·a)。其中,社会效益最高的是雨水湿地,下凹式绿地社会效益最低。根据天津大学北洋园校区各海绵设施建设面积,该校区海绵设施总社会效益约为232.8万元/a。

基于Agent的水利水电工程施工场内交通运输仿真研究

水利水电工程施工场内交通道路布置错综复杂,承担着料物运输的关键作用,基于Agent方法建立水利水电工程施工场内交通运输仿真系统,结合改进的车辆跟驰策略,实现交通运输系统中各实体的智能性以及实体之间的交互通信,并针对水利水电工程中道路多岔口、多弯道、坡度大等特点,进一步考虑了道路线形对车辆运行的影响。实例表明,仿真结果可以获得满足土石流计划的配置装载机械数量及运输车辆数量、各时段内的行车密度及交叉口排队情况,可为施工组织设计提供参考。

东庄水利枢纽工程混凝土双曲拱坝施工仿真研究

拱坝施工进度仿真分析是高拱坝施工进度分析与控制的重要工具。针对东庄混凝土双曲拱坝施工进度控制难题,基于离散事件仿真理论研发了东庄高拱坝施工进度仿真系统,并对大坝施工工期、机械效率和施工强度进行了分析。仿真结果表明,设计期的大坝施工关键节点面貌设置合理,为东庄水利枢纽工程大坝施工进度管控奠定了基础。