公路橋梁建設(shè)工程中應(yīng)用信息技術(shù)的價(jià)值研究

陳冠峰，宋書(shū)彬

（1.鄭州市公路工程公司，鄭州 450000；2.鄭州路橋建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，鄭州 450000）

0 引言

人們的日常出行、國(guó)家的發(fā)展建設(shè)都離不開(kāi)公路橋梁，高質(zhì)量的公路橋梁體系是強(qiáng)國(guó)富民的重要標(biāo)志。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的公路橋梁建設(shè)方法與手段已不能滿(mǎn)足發(fā)展的需要，而通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用能夠有效增加工程設(shè)計(jì)與施工的技術(shù)含量［1］，引進(jìn)信息技術(shù)已經(jīng)成為公路橋梁建設(shè)的必然趨勢(shì)?；诖耍疚膶墓窐蛄旱脑O(shè)計(jì)、施工兩大方面探討應(yīng)用信息技術(shù)的價(jià)值。

1 信息技術(shù)在公路橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

信息技術(shù)是指以電子計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代通信為主要手段，完成信息的收集、加工、存儲(chǔ)、交換、顯示和傳輸?shù)募夹g(shù)。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)各項(xiàng)工作中。在傳統(tǒng)的公路橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要提前進(jìn)行大范圍的信息調(diào)查和搜集，耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以在電腦上建立數(shù)字化的橋梁設(shè)計(jì)方案，不僅可以精確計(jì)算出全面的數(shù)據(jù)，還可以隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，便于日后公路橋梁的養(yǎng)護(hù)和管理。此外，設(shè)計(jì)者還可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出公路橋梁的三維圖像，根據(jù)虛擬的工程環(huán)境完善設(shè)計(jì)方案，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

1.1 GIS 技術(shù)

地學(xué)信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）是一種空間上的信息系統(tǒng)，可以部分或全面地采集地球表層的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示、描述、運(yùn)算、分析以及管理等操作［2］。在公路橋梁設(shè)計(jì)方面，GIS 的數(shù)據(jù)管理以及空間特性作用強(qiáng)大。①GIS 技術(shù)的數(shù)據(jù)管理功能，可以對(duì)勘測(cè)到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯、錄入、分析和儲(chǔ)存，還可以將勘測(cè)所得到的數(shù)據(jù)以表格、圖形等形式表現(xiàn)出來(lái)，甚至形成立體的地質(zhì)模型，方便設(shè)計(jì)者更直觀地分析地形特點(diǎn)。②GIS 的空間分析功能，可以生成多種二維圖形或三維模型，如基層面等值線(xiàn)和地層層厚等線(xiàn)形圖，鉆孔平面圖、土層柱狀圖、巖石柱狀圖、地質(zhì)剖面圖等基本圖件，十字剪切的試驗(yàn)曲線(xiàn)圖、靜力觸探的曲線(xiàn)圖等各項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)曲線(xiàn)，鉆孔平面圖、巖石柱狀圖以及地質(zhì)剖面圖等，尤其是當(dāng)公路橋梁施工地點(diǎn)地形比較復(fù)雜時(shí)，更加便于設(shè)計(jì)者直觀清晰地觀察和分析，進(jìn)而對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改和完善。③GIS技術(shù)的可視化建模功能，能夠?qū)Φ刭|(zhì)較復(fù)雜的區(qū)域依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)生成三維的地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計(jì)者可以任意地切割模型形成立體剖面圖，還可以在模型上自定義夾層、透鏡體等特殊結(jié)構(gòu)。

1.2 GPS 技術(shù)

全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）是一種精準(zhǔn)化、動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，近幾年在我國(guó)的手機(jī)定位、地質(zhì)勘探、采礦等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用。該項(xiàng)技術(shù)的主要原理是通過(guò)接收衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)來(lái)對(duì)物體的三維坐標(biāo)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，從而對(duì)物體進(jìn)行持續(xù)追蹤。在公路橋梁的設(shè)計(jì)中，GPS 技術(shù)的定位功能不僅可以解決傳統(tǒng)地形勘測(cè)技術(shù)手段煩瑣、靈活性較差、測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確等問(wèn)題，還能通過(guò)其數(shù)字回聲測(cè)探技術(shù)在大型的跨?？绾邮┕ぶ羞M(jìn)行較為準(zhǔn)確的水下地形測(cè)量，為制定設(shè)計(jì)方案提供重要的參考依據(jù)。

1.3 CAD 技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作的技術(shù)。就目前形勢(shì)分析，CAD 技術(shù)已經(jīng)被土木工程行業(yè)廣泛認(rèn)可，參與到了工程的設(shè)計(jì)、施工等不同階段，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)得到充分體現(xiàn)，并且使土木工程企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了一定程度上的提升，以至于CAD 技術(shù)的應(yīng)用逐漸發(fā)展為土木工程企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中的主要手段［3］。CAD 技術(shù)在公路橋梁的勘探設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用領(lǐng)域如下：①外業(yè)測(cè)量上的應(yīng)用?，F(xiàn)階段，由于公路橋梁勘測(cè)技術(shù)信息化水平不斷提高，GPS 技術(shù)、遙感技術(shù)等新興勘探技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間信息采集、處理、分析、管理的準(zhǔn)確性和高效性。CAD 技術(shù)與上述勘測(cè)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，能夠?qū)I(yè)外測(cè)量所得結(jié)果快速導(dǎo)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)圖形處理功能繪制出更加直觀的勘測(cè)圖像，便于設(shè)計(jì)人員開(kāi)展數(shù)據(jù)分析工作。②公路橋梁選線(xiàn)選址中的應(yīng)用。應(yīng)用CAD 技術(shù)能夠充分參考業(yè)外勘測(cè)所繪制的可視化圖紙，對(duì)比地形地貌、地質(zhì)條件、河流特點(diǎn)等各項(xiàng)因素，對(duì)公路橋梁的選線(xiàn)與選址進(jìn)行深入研究，同時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與處理功能對(duì)選線(xiàn)選址方案實(shí)現(xiàn)全方面對(duì)比，優(yōu)選出更加科學(xué)的、合理的方案。③公路橋梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。在工程設(shè)計(jì)方面，CAD 技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)是為設(shè)計(jì)人員提供豐富的模型數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)人員可以靈活選擇應(yīng)用模型，然后將多種模型應(yīng)用到虛擬施工環(huán)境中進(jìn)行對(duì)比，從中選出最理想的設(shè)計(jì)方案。

2 信息技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的施工方法和手段已難以滿(mǎn)足發(fā)展的需要，為此需要引進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)和手段，通過(guò)結(jié)合傳統(tǒng)的施工技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)，使公路橋梁施工逐步由傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)化為智能型，以節(jié)省工程的人力成本、物力成本以及時(shí)間成本。

2.1 傳統(tǒng)施工技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1.1 模板工程的施工技術(shù)

模板工程應(yīng)依據(jù)具體施工情況和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，要求模板的尺寸、表面平整度、模板裂隙、隔離刷涂以及牢固程度等達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)。模板的選材十分重要，模板材料的好壞及合格與否直接影響工程的質(zhì)量與安全。模板及其支架材料最好選用鋼材，也可以根據(jù)需要選用木材或其他新型材料，材質(zhì)可以按實(shí)際工程情況選用，但都不得低于Ⅲ級(jí)材料。模板制作和安裝過(guò)程中，要保證工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件各部分尺寸、形狀以及相互位置準(zhǔn)確，掌握好標(biāo)高、軸線(xiàn)，確保工程的堅(jiān)固性和穩(wěn)定性。此外，模板安裝過(guò)程中還要確保模板接縫嚴(yán)密，不得漏漿。

2.1.2 鋼筋工程的施工技術(shù)

鋼筋工程在施工前，需要按設(shè)計(jì)要求的直徑、長(zhǎng)度、形狀、級(jí)別以及根數(shù)做好鋼筋下料，其接頭的位置、保護(hù)層的大小等各項(xiàng)數(shù)據(jù)都必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。在鋼筋工程的施工過(guò)程中，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行，不得偷工減料或者以次充好，若遇到現(xiàn)場(chǎng)缺少標(biāo)準(zhǔn)鋼材不得不用其他規(guī)格鋼材代替的情況，必須匯報(bào)施工部門(mén)和設(shè)計(jì)部門(mén)，征得同意后才可以繼續(xù)進(jìn)行施工。

2.1.3 加強(qiáng)混凝土工程的施工技術(shù)

混凝土澆筑工程的主要材料是水泥、石子和砂子等。要保證混凝土工程的質(zhì)量，必須采用科學(xué)的施工方法?；炷恋脑牧媳仨殗?yán)格按照設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選購(gòu)，混凝土在澆筑前要進(jìn)行試配、計(jì)量，掌握好水灰比，做好現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。澆筑混凝土?xí)r，要求隨時(shí)攪拌隨時(shí)使用，并且混凝土澆筑要連續(xù)施工，施工間歇的縫隙必須設(shè)在規(guī)定位置，再次進(jìn)行澆筑時(shí)要等施工縫的混凝強(qiáng)度達(dá)到12/2 以上。

2.2 信息技術(shù)與傳統(tǒng)施工技術(shù)的融合

2.2.1 計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在公路橋梁工程中主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)計(jì)算、施工技術(shù)與管理領(lǐng)域。仿真技術(shù)是建筑施工的核心，尤其是內(nèi)力仿真分析技術(shù)對(duì)建筑工程的安全進(jìn)行將提供有力依據(jù)。虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)、仿真技術(shù)以及傳感器技術(shù)等多學(xué)科的優(yōu)勢(shì)，為設(shè)計(jì)者和施工者創(chuàng)建了一個(gè)更真實(shí)、更直觀的三維虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)虛擬施工，有利于現(xiàn)實(shí)施工方案的優(yōu)化和改進(jìn)。

2.2.2 計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作

計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作（Computer Supported Cooperative Work，CSCW）是20 世紀(jì)80 年代中期提出的并在近年來(lái)快速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)環(huán)境下提供一個(gè)群體共享的交流平臺(tái)。傳統(tǒng)的許多計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)只支持用戶(hù)和系統(tǒng)之間的交互，即便是允許多用戶(hù)同時(shí)操作的系統(tǒng)也很少支持用戶(hù)和用戶(hù)之間的交互。而CSCW 解決了這一問(wèn)題，支持多位用戶(hù)在共享環(huán)境下完成同一件工作，也就是說(shuō)讓分布在不同地點(diǎn)的某個(gè)特定群體的人們可以在計(jì)算機(jī)上得到一個(gè)虛擬的交互環(huán)境，共同完成一項(xiàng)任務(wù)。CSCW 在公路橋梁工程中具有極大的應(yīng)用價(jià)值，可以方便施工單位內(nèi)部、施工單位與設(shè)計(jì)單位或其他有關(guān)部門(mén)相互交流，有助于提高建筑施工效率。

2.2.3 ERP 系統(tǒng)

企業(yè)資源計(jì)劃（Enterprise Resource Planning，ERP）系統(tǒng)是指在信息技術(shù)基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)與先進(jìn)管理思想相結(jié)合，為企業(yè)員工及決策層提供決策手段的管理平臺(tái)。ERP 系統(tǒng)首先是針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理提出來(lái)的，主要用于企業(yè)的人力資源、機(jī)械設(shè)備、數(shù)據(jù)等方面的管理。現(xiàn)將ERP 系統(tǒng)應(yīng)用于公路橋梁工程中，就是利用軟件自身的包容性與兼容性，與其他建筑工程中常用到的軟件（如建筑CAD 軟件、結(jié)構(gòu)受力分析軟件等）聯(lián)合應(yīng)用，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將建筑企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈與外部施工情況有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)各項(xiàng)資源的高效管理，完成信息、物流、資金的有效轉(zhuǎn)移與優(yōu)化，最終達(dá)到提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性和服務(wù)性產(chǎn)業(yè)，是經(jīng)濟(jì)和社會(huì)各項(xiàng)事業(yè)發(fā)展的重要支撐和保障，工業(yè)化和城市化的發(fā)展必須有成規(guī)模、有體系的交通網(wǎng)絡(luò)與之相適應(yīng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各類(lèi)信息技術(shù)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于我國(guó)公路橋梁工程建設(shè)當(dāng)中，如VR 技術(shù)、GIS技術(shù)、GPS 技術(shù)、CAD 技術(shù)、CSCW 技術(shù)、ERP 系統(tǒng)等，并且從這些年的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，它們?cè)诠窐蛄汗こ痰脑O(shè)計(jì)、施工方面也確實(shí)發(fā)揮了巨大作用，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)提高了工程設(shè)計(jì)和施工的效率。由此可見(jiàn)，公路橋梁工程中應(yīng)用信息技術(shù)是建筑事業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，也是建筑企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益的首選。