BIM技術(shù)在滬通長江大橋智慧鋼梁中的應(yīng)用

劉偉，張貴忠，閆志剛

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司工程管理中心滬通長江大橋建設(shè)指揮部，北京 100844）

1 概述

在橋涵鋼梁的建造過程中，多采用紙質(zhì)文件進(jìn)行信息流轉(zhuǎn)，信息化程度不完善。同時(shí)，由于信息孤島的存在，使鋼梁廠各部門之間的工作銜接存在一定困難，大大降低了工作效率［1-3］。

BIM 技術(shù)在鋼梁建造中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。BIM技術(shù)可以解決鋼梁建造中的信息孤島問題，將鋼梁生產(chǎn)與管理等信息貫穿于模型的全生命周期，為橋梁的施工、運(yùn)維提供基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，并給予輔助決策［4-5］。

滬通長江大橋是滬通鐵路全線的控制性工程，該橋主橋?yàn)橹骺? 092 m 的公鐵兩用斜拉橋。滬通長江大橋的鋼梁制造規(guī)模大，采用箱桁組合新結(jié)構(gòu)、兩節(jié)間大節(jié)段懸拼架設(shè)新工法，對制造工藝、制造精度提出了更高要求［6-7］。為滿足鋼梁制造工藝、安全質(zhì)量以及工效需要，考慮以“工廠化、專業(yè)化”制造模式為依托，探索BIM 技術(shù)等信息化手段，使智能化管理與傳統(tǒng)制造工藝有機(jī)結(jié)合，對智慧鋼梁建造進(jìn)行有益嘗試［8-9］。滬通長江大橋的鋼梁制造建設(shè)管理體系保證了鋼梁制造高精度、高質(zhì)量、高產(chǎn)出，為優(yōu)質(zhì)高效的鋼梁安裝奠定了基礎(chǔ)［10］。

采用智慧鋼梁管理系統(tǒng)，能打破信息斷層，完成對鋼梁建造過程的數(shù)據(jù)分析。研究BIM 技術(shù)在智慧鋼梁管理系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，主要涉及車間總體監(jiān)控和模型信息管理2個(gè)功能模塊。

2 車間總體監(jiān)控

在智慧鋼梁管理系統(tǒng)的車間總體監(jiān)控界面，主要展示鋼梁建造車間的整體信息，包含功能菜單及車間設(shè)備，可顯示功耗、溫度及效率等。子功能模塊包括數(shù)控機(jī)床、焊機(jī)監(jiān)測、人員管理等3部分（見圖1）。

圖1 車間總體監(jiān)控界面

2.1 數(shù)控機(jī)床

在數(shù)控機(jī)床功能模塊，利用三維模型顯示的不同顏色表示機(jī)床的工作狀態(tài)。同時(shí)，對機(jī)床的總體工作情況進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以百分比展示。工作人員可以按照時(shí)間、機(jī)器編號、工作狀態(tài)等信息進(jìn)行查詢。每臺機(jī)床均可以查看其任務(wù)列表，列表中詳細(xì)記錄著機(jī)器的工作信息（見圖2）。

圖2 機(jī)床任務(wù)列表

2.2 焊機(jī)監(jiān)測

焊機(jī)監(jiān)測功能主要通過建立焊機(jī)三維模型實(shí)現(xiàn)（見圖3）。應(yīng)用BIM軟件建立車間的整體模型，在模型上點(diǎn)擊焊機(jī)相應(yīng)部位，彈出該部位的詳細(xì)信息。在界面中轉(zhuǎn)動模型，可查看焊機(jī)的不同部位和構(gòu)造。

焊機(jī)監(jiān)測功能模塊可實(shí)時(shí)采集焊機(jī)的狀態(tài)信息，包括電壓、電流、焊接狀態(tài)等（見圖4）。

圖3 焊機(jī)監(jiān)測功能模塊示意圖

圖4 焊機(jī)狀態(tài)信息

2.3 人員管理

在鋼梁建造車間內(nèi)有不同的設(shè)備，需要不同專業(yè)的工作人員控制運(yùn)作。人員管理功能模塊可以展示各專業(yè)人員的運(yùn)作、分布及工作任務(wù)等信息。人員管理功能模塊示意見圖5。

圖5 人員管理功能模塊示意圖

3 模型信息管理

模型信息管理主要是根據(jù)目前工作情況進(jìn)行進(jìn)度推演，根據(jù)推演結(jié)果指導(dǎo)調(diào)整實(shí)際生產(chǎn)。智慧鋼梁的模型信息管理界面見圖6。

3.1 物料追溯

鋼橋建造廠的物料（如零件、桿件等）最終拼裝形成鋼橋。智慧鋼梁管理系統(tǒng)的物料追溯功能可對橋梁各個(gè)組成部分的物料信息進(jìn)行追蹤定位，展示該物料的產(chǎn)地、型號、品牌、性能及生產(chǎn)狀態(tài)等參數(shù)。物料追溯功能模塊示意見圖7。

圖6 智慧鋼梁模型信息管理界面

圖7 物料追溯功能模塊示意圖

3.2 焊縫管理

焊縫管理是將現(xiàn)代化的管理手段與先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用于焊接生產(chǎn)過程控制，通過計(jì)算機(jī)對焊機(jī)設(shè)定焊接工藝參數(shù)，并在給定范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，防止焊工對焊接參數(shù)的誤操作，提高焊接生產(chǎn)的自動化程度與管理水平，實(shí)現(xiàn)主要、關(guān)鍵產(chǎn)品的焊接過程監(jiān)控。焊縫管理功能模塊示意見圖8。

在系統(tǒng)中點(diǎn)擊相應(yīng)的焊縫，可彈出該焊縫包含的詳細(xì)信息，如焊縫編號、焊接開始時(shí)間、焊接結(jié)束時(shí)間、焊縫長度、焊縫寬度、焊縫周圍環(huán)境、焊接時(shí)長、焊接人員等信息。

3.3 螺栓質(zhì)量管理

螺栓質(zhì)量管理功能主要采用二維碼或電子標(biāo)簽的方式實(shí)現(xiàn)。電子標(biāo)簽配備標(biāo)簽識別模塊，嵌入智能數(shù)顯扭力扳手內(nèi)，智能扳手將螺栓螺母的位置及編號等信息保存起來。在施工過程中，扳手將所施力的數(shù)據(jù)、施力值、操作時(shí)間、螺栓螺母位置、螺母編號、產(chǎn)品出廠資料等信息通過藍(lán)牙方式上傳至手機(jī)端，手機(jī)端將信息上傳至終端大系統(tǒng)完成大數(shù)據(jù)保存分析監(jiān)控及管理。

在螺栓模型上，可顯示螺栓的位置（點(diǎn)擊時(shí)高亮顯示）及其他詳細(xì)信息，如螺栓編號、閾值、實(shí)際值、單位、操作人、領(lǐng)取人、狀態(tài)和生產(chǎn)商等。螺栓質(zhì)量管理功能模塊示意見圖9。

圖9 螺栓質(zhì)量管理功能模塊示意圖

4 結(jié)束語

以BIM 技術(shù)為核心的智慧鋼梁管理系統(tǒng)，融合了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)管理的創(chuàng)新模式，形成高度自動化、規(guī)范化、流程化，具有科學(xué)合理性與實(shí)用擴(kuò)展性的信息化管理機(jī)制，具有以下顯著作用：

（1）在鋼梁建造中，BIM技術(shù)的應(yīng)用為鋼梁建造提供了三維的生產(chǎn)和管理手段，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床、焊縫、螺栓等的數(shù)字化和智能化管理，是推動智慧鋼梁的重要途徑。

（2）以BIM 技術(shù)為核心的信息化帶動標(biāo)準(zhǔn)化，形成有特色的規(guī)范化操作和管理體系，不僅提高生產(chǎn)和管理水平，而且是行為模式和管理方式的革新，這種模式可以復(fù)制和不斷優(yōu)化，為后續(xù)類似工程提供重要借鑒。