基于Unity3D技術(shù)的跨海特大型橋梁施工及其應(yīng)用中的病害預(yù)防研究

楊尚青 朱志剛 彭波皓 朱著冬

摘要：文章針對跨海特大型橋梁施工及其應(yīng)用中可能遇到的的病害預(yù)防進行了模擬，過程為將在BIM建模后橋梁導(dǎo)入Unity3D平臺，在平臺中對模型進行場景設(shè)置及動畫渲染等操作后，導(dǎo)出為VR全景應(yīng)用格式;工程人員可利用VR設(shè)備沉浸式虛擬施工，預(yù)判及規(guī)避設(shè)計不符合要求、構(gòu)件布局不合理、發(fā)生腳手架搭設(shè)碰撞、以及應(yīng)用中橋梁可能產(chǎn)生的沖擊導(dǎo)致橋梁破壞等病害進行模擬并進行預(yù)防規(guī)避，探索施工及應(yīng)用中 模型可視化，更可為加強相關(guān)工程施工中的安全生產(chǎn)管理提供技術(shù)思路和理論參考。

關(guān)鍵詞：可視化;橋墩基礎(chǔ)施工;Unity3D

一、引言

隨著我國的經(jīng)濟的快速發(fā)展，各地區(qū)橋梁建設(shè)猶如蜘蛛網(wǎng)一樣，跨海大橋的建設(shè)已經(jīng)在國際水平中位于前列。海上建設(shè)必然面對著結(jié)構(gòu)件的耐久性、大跨件、高強度等問題，所以跨海大橋的跨徑、橋墩基礎(chǔ)尺寸同時也在不斷增大。由于海上施工環(huán)境更加復(fù)雜，且由于地質(zhì)情況、風(fēng)載及波浪的影響下，橋墩基礎(chǔ)海上施工這一技術(shù)難點，阻礙了橋梁建設(shè)的發(fā)展。當前虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)對制造業(yè)、工業(yè)、教育業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響。目前環(huán)境極其復(fù)雜的工程建設(shè)，二維系統(tǒng)已經(jīng)不能給予滿足，

因此三維虛擬技術(shù)應(yīng)用在工程施工中，必將帶來革命性的改變。BIM+VR強大的功能體現(xiàn)在BIM 的三維模型結(jié)合VR的720度漫游視覺操作能把BIM的三維模型充分地

發(fā)揮到極致，只需通過Unity3D平臺轉(zhuǎn)化成VR格式，技術(shù)人員就能夠身臨其境地體驗施工過程。從項目的設(shè)計階段到施工階段、驗收階段，運行階段，或施工工序的小板塊、小構(gòu)件都能通過BIM+VR技術(shù)來提前體驗并操作施工建成后的效果。虛擬現(xiàn)實的優(yōu)勢主要通過計劃與現(xiàn)狀情況的對照、分析、及時發(fā)現(xiàn)實施中的偏差，采取有效措施，保證工期順利完成，讓問題在施工前得以提前考慮，提前更改，有效的避免了資源浪費，為項目施工各個階段的工人安全、優(yōu)質(zhì)質(zhì)量提供了保證。

二、跨海大橋傳統(tǒng)施工及應(yīng)用中病害預(yù)防的困難

傳統(tǒng)施工的特點是依圖施工。拿到的施工圖紙，僅是各個構(gòu)件的信息在圖紙上采用線條繪制表達，但是其真正的構(gòu)造形式就需要工作人員去自行判斷了。因此，在橋梁施工前很難發(fā)現(xiàn)由于地質(zhì)情況、風(fēng)載及波浪的影響對腳手架與模板之間是否會發(fā)生碰撞、腳手架螺栓的安裝是否準確。模板之間轉(zhuǎn)角處的鏈接是否清楚、腳手架是否存在安全隱患、橋墩基礎(chǔ)是否有沉降縫等問題。

三、基于Unity3D技術(shù)的BIM+VR優(yōu)勢

由于跨海特大橋工程施工環(huán)境極其復(fù)雜，技術(shù)含量大，施工難度高，直接施工容易造成工程在后續(xù)的各種環(huán)境下所可能發(fā)生的橋墩基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降縫、腳手架螺栓的安裝不準確、模板之間轉(zhuǎn)角處的連接不清楚等施工問題。因此，為了保證施工順利進行、不產(chǎn)生安全問題，利用BIM+VR全景技術(shù)針對跨海特大橋進行模擬施工，不僅具有BIM的優(yōu)勢，還能通過VR虛擬施工，人員可以直觀、真實地沉浸式參與施工過程，使得施工和應(yīng)用項目更具體、形象化，及時預(yù)測由于風(fēng)載與波浪的影響、結(jié)點連接的問題、施工中存在的各類隱蔽技術(shù)盲點和施工死角，以及工程應(yīng)用中因為沖擊造成的螺絲脫落、橋體破壞等病害進行發(fā)現(xiàn)并及時預(yù)防規(guī)避，排除問題，保證施工及應(yīng)用的可靠及安全。

四、施工及應(yīng)用模擬

（一）樁基施工過程：應(yīng)用BIM技術(shù)對施工過程進行建模，對鉆孔灌注樁施工過程中，運用BIM+VR技術(shù)試驗鉆孔深度和寬度是否達標，鉆孔過大會導(dǎo)致墩臺不穩(wěn)，過小會放不下去，施工過程中是否受到海洋的波浪荷載、臺風(fēng)、海水沖刷等影響，這些我們都可以運用BIM+VR技術(shù)進行施工模擬分析，成孔后在鉆孔的邊緣處安裝擋板，有利于接下來的灌注施工。

（二）墩柱施工過程圖：應(yīng)用BIM平臺建模，依據(jù)墩身的尺寸高度，采用鋼管腳手架進行模擬搭設(shè)施工工作平臺。提前檢驗?zāi)_手架搭建是否安全可靠，檢查模板是否符合尺寸要求，是否在進行模板連接的時候發(fā)生碰撞。鋼管之間的距離是否過大，工作人員是否能安全的從上面通過。并且預(yù)測在模板建設(shè)完成之，在墩體澆灌時腳手架與模板之間的位置是否會過大或者過小，過大是否會產(chǎn)生大塊的落石掉落，過小會產(chǎn)生施工不便，對這些威脅問進行提前預(yù)測，并提前解決。

（三）梁板的安裝過程：在架梁前，應(yīng)用BIM+VR技術(shù)對支座位置、板梁端的位置進行測設(shè);同時對支座位置進行結(jié)構(gòu)尺寸、標高、支座、錨栓孔位置及錨栓進行檢查，確保其相關(guān)件符合橋涵規(guī)范要求，同時支座安裝到位，錨栓及其相關(guān)件要準備充足，避免在吊裝預(yù)制板中出現(xiàn)誤工及其他質(zhì)量事故的發(fā)生。運用BIM+VR技術(shù)模擬梁板的安裝過程進行試驗，檢查梁板是否能準確無誤的安裝到位、各尺寸是否合格、橋墩基礎(chǔ)受力是否均勻，預(yù)制空心板頂面，錨固端面和鉸縫面等新、舊砼結(jié)合面均鑿毛機鑿毛。

（四）橋梁應(yīng)用;在實際應(yīng)用中因為海風(fēng)或者海水沖擊等經(jīng)常導(dǎo)致螺絲松動、脫落、橋體破壞等情況，但實際在工程應(yīng)用中很難去詳細檢查，因此采用可視化模擬技術(shù)可以進行提前模擬并進行一定規(guī)避預(yù)防，在使用過程中上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生碰撞等病害，因此要提前預(yù)留足夠縫隙，防止產(chǎn)生破壞。

五、總結(jié)

1.文章基于Unity3D平臺，利用BIM+VR技術(shù)對跨海特大橋施工過程及應(yīng)用進行了研究，針對施工過程中風(fēng)載與波浪的影響、設(shè)計不符合施工要求、工程構(gòu)件空間布局不合理、工程應(yīng)用中出現(xiàn)的螺絲脫落、橋體破壞等問題的解決、達到真實預(yù)判及可靠評價的效果，本文的研究對等相關(guān)土建施工及工程的應(yīng)用提供了參考。

2.該技術(shù)避免了傳統(tǒng)施工中操作檢查的困難，且相對BIM+VR技術(shù)具有施工及應(yīng)用虛擬過程更真實、立體、可靠的特點;綜合考慮系統(tǒng)工程中各個單項工程之間的相互影響、相互制約、及整體的施工進度、施工強度、流程程度及應(yīng)用中破壞等關(guān)鍵問題，為后期安全施工和應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

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通訊作者：朱志剛;

項目名稱：廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項資金立項項目：pdjh2020b0948