摘要：在建筑行业向数字化、智能化转型的进程中，危大工程的安全管理工作正逐步加强现代化智能技术的运用，改变传统的安全管理方式。数字建模与有限元仿真技术在危大工程（即危险性较大的分部分项工程）的安全管理领域的实际应用，可以建立高效和科学的安全管理系统，充分利用现代化信息技术的优势，提升危大工程安全管理的精确性和效率。基于此，文章首先概述了数字建模和有限元仿真技术，接着分析了数字建模和有限元仿真技术在危大工程实时监测中的应用，通过探讨数字建模和有限元仿真技术在危大工程实时监测中的应用与研究，期望为危大工程的安全管理的相关方面提供有益的参考。

关键词：数字建模；有限元仿真技术；危大工程；实时监测

引  言：智能技术为危大工程的安全管理提供新的视角和深入应用的可能性，通过信息技术构建一套全面的安全管理系统，在实际工程中应用，进一步提升危大工程的施工安全性。由于危大工程的安全性和质量控制受多种因素影响，实时监测成为保证工程顺利进行的重要手段。然而，当前监测中的预警逻辑和控制指标设定尚不够精确，存在安全和质量隐患。为解决这一问题，探索数字建模和有限元仿真技术在危大工程实时监测中的应用。

一、数字建模和有限元仿真技术的概述

数字建模与有限元仿真技术是现代科学研究与工程设计中的关键工具，提供深入理解和预测现实世界物理过程与系统行为的方法[1]。数字建模是一种数学化方法，用于构建物理系统的抽象表示。这种表示依据数学语言与算法，能准确描述系统的特性与行为。无论是机械工程中的机械零件应力分布，电子工程中的电路信号传输，还是生物学中的生命系统运行规律、经济学中的市场动态变化，数字建模都能提供精确的模型来进行分析和预测。有限元仿真技术则是数字建模在工程领域的一种重要应用形式，通过将复杂的物理场划分为有限数量的相互连接的单元（即有限元），对这些单元进行数学建模与计算，实现对整个系统行为的全面模拟。这种方法特别适用于处理复杂几何形状和非线性材料特性及多物理场耦合等问题，因此在结构分析、流体动力学、热传导等工程领域得到广泛应用。

二、数字建模和有限元仿真技术在危大工程实时监测中的应用与研究

（一）结构安全监测

数字建模与有限元仿真技术在危大工程实时监测中的应用，显著提高监测的准确性和效率，为结构安全评估和优化设计提供强有力的支持。在危大工程的实时监测中，结构安全监测是核心环节。数字建模与有限元仿真技术在此过程中发挥关键作用，增强监测的准确性和深度。数字建模根据危大工程的尺寸和材料属性及边界条件等实际物理特性，构建出精确的三维数值模型。这一模型能反映工程结构的几何特征和预期的行为模式，为后续的仿真分析和实时监测提供基础框架。有限元仿真技术在此基础上，将工程结构细分为多个相互连接的有限元，通过对每个元素进行详细的数学描述和计算，模拟整个结构在不同工况下的动态响应。在实时监测过程中，仿真模型能接收来自传感器的实时数据，动态调整模型参数以反映结构状态的变化，预测未来的发展趋势。当传感器检测到结构某部位的异常应力或变形时，有限元仿真技术能迅速对该区域进行细致分析，模拟在不同条件下的受力与变形情况，通过对比仿真结果与实测数据，可以准确评估结构的健康状况和潜在风险，为工程师提供科学依据以制定修复或加固措施。

（二）地质环境监测

在危大工程的综合监测中，由于地质环境的动态变化可能对工程安全构成威胁，因此要对工程所处地质环境的关键指标进行持续监测[2]。数字建模技术利用地质勘探数据和工程设计信息等，构建精确的三维地质模型，该模型集成地下水位分布和地层结构及岩土力学特性等关键要素，为地质环境的数字化表达提供基础。有限元仿真技术则依据这一模型，对地质环境在不同条件下的行为进行模拟，仿真模型通过设定合理的边界条件和加载方式，能预测地震活动对地质结构的影响和地下水位变化引起的地质响应及岩土体在特定条件下的变形与稳定性等。这些仿真结果不仅提供地质环境变化的直观展示，还通过量化分析为工程师提供风险评估和预警的依据。在实时监测过程中，传感器数据用于校准和更新仿真模型，保证准确性和时效性，仿真模型根据最新数据预测地质环境的未来状态，为工程师提供前瞻性的决策支持，这种闭环的监测与仿真流程，增强危大工程对地质环境变化的响应能力，使工程安全稳定运行。

（三）环境污染监测

在危大工程的建设与运营阶段，可能产生有害物质或对周围环境造成污染，因此要对工程周边环境空气质量和水质及噪音水平等关键环境参数进行严格的监测[3]。数字建模集成地形和生态系统及潜在污染源等关键信息，通过这一模型，工程师能清晰地识别出工程活动可能对周边环境产生的潜在影响区域，指导监测站点的合理布局。有限元仿真技术被依据数字模型中的环境参数和污染源特性，仿真系统能模拟不同污染物在空气和水体中的传播路径浓度分布及衰减趋势，仿真系统通过与实时监测数据的对比，不断更新模型，更准确地预测未来环境质量的变化。

（四）安全生产监测

数字建模与有限元仿真技术在危大工程的安全生产监测中通过构建模型、进行模拟预测及实时监测与预警等手段，为安全管理人员提供全面的信息支持与决策依据，使危大工程安全顺利进行。在危大工程的建设与运营阶段，数字建模技术能模拟工程的施工流程与运行状态，为安全管理人员提供清晰的视角来审视工程中的安全状况。有限元仿真技术则进一步增强模型的分析能力，仿真系统通过对工程结构和设备运行及工人作业行为的精细模拟，能预测不同工况下可能出现的安全风险及后果，有助于识别潜在的安全隐患，并制定预防措施。

（五）数据分析和评估

数字建模与有限元仿真技术在危大工程实时监测中通过提高数据分析与评估的精度与效率，为工程安全性的判断与保障提供有力支持[4]。数字建模技术通过构建三维虚拟模型，将监测数据转化为直观可视的信息，支持数据清洗和异常值识别等处理过程，保证后续分析的准确性。有限元仿真技术深入应用于数据的趋势分析与风险评估中，模拟工程结构在不同工况下的响应，预测应力和变形等关键参数的变化趋势，仿真系统结合历史与实时数据，识别出工程性能的变化趋势或潜在的安全隐患。在风险评估过程中，数字建模与有限元仿真技术综合考虑结构材料和荷载条件及环境因素等多种因素，对工程安全性进行全面评估。

结论：数字建模技术通过构建精确的三维模型，将危大工程及环境要素进行数字化表达，集成工程结构的详细数据和地质条件及环境参数等关键信息，为监测数据的集成、处理与分析提供坚实的基础。有限元仿真技术则进一步增强监测的预测性和科学性，仿真系统通过模拟工程结构在不同条件下的力学响应，能预测结构可能面临的挑战、潜在损伤及发展趋势，能提前识别潜在风险，制定预防措施。因此，数字建模与有限元仿真技术在危大工程实时监测中的应用，不仅提高监测工作的效率和准确性，还增强工程安全管理的预见性和针对性。

参考文献：

[1]刘栋，刘禹，付颜红. 结合有限元仿真技术的船舶轴承承载仿真[J].舰船科学技术， 2024，46（12）：73-76.

[2]侯香妮，彭战良，李百科，等. 基于有限元仿真的某脱落电连接器拉脱力研究[J]. 机电元件，2024，44（02）：13-17+22.

[3]李鹏江，张有斌.危大工程施工现场安全管理问题及其优化对策研究[J].工程技术研究，2024，9（02）：155-159.

[4]魏静萍.超危大工程高支模的施工技术要点[J].石材，2023（12）：114-116.