基于 BIM 可視化技術(shù)的公路橋梁預(yù)制智慧梁場的應(yīng)用研究

作者簡介：

韋暢明（1987—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、安全管理工作。

摘要：文章以青龍梁場工程為研究對象，采用BIM可視化技術(shù)創(chuàng)建智慧梁場模型。該梁場模型綜合了可視化施工管理、可視化質(zhì)量管理、可視化進(jìn)度管理以及可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)施動(dòng)態(tài)可視化的科學(xué)管理策略，使公路施工現(xiàn)場能夠?qū)崟r(shí)掌握各工序施工進(jìn)度以及各個(gè)構(gòu)件的實(shí)際使用狀態(tài)，提升了公路橋梁預(yù)制梁場的現(xiàn)場管理效能，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了“智慧梁場”管理的標(biāo)準(zhǔn)化、細(xì)致化和科學(xué)化。

關(guān)鍵詞：BIM可視化技術(shù)；公路橋梁；預(yù)制智慧梁場

中圖分類號：U445.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 59 195 3

0 引言

在公路橋梁建設(shè)的全過程中，預(yù)制梁一般情況下均是在施工現(xiàn)場完成，如何將先進(jìn)的信息化手段應(yīng)用到工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與建造當(dāng)中成為一個(gè)重要課題［1］。預(yù)制梁工廠是建筑施工企業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化管理的重要組成部分，其主要任務(wù)就是對建筑工程項(xiàng)目進(jìn)行全生命周期的數(shù)字化管控，通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合先進(jìn)的建模手段完成整個(gè)生產(chǎn)過程［2］。雖然BIM可視化當(dāng)前已廣泛應(yīng)用于民用建筑及工業(yè)廠房之中，但在預(yù)制梁場的可視化和智慧化方面，其實(shí)際應(yīng)用仍然有所限制［3］。因此，如何將該先進(jìn)技術(shù)融入到預(yù)制梁場的設(shè)計(jì)與建設(shè)過程中成為當(dāng)前亟須解決的問題之一。本項(xiàng)研究以工程案例為基礎(chǔ)，探索了BIM技術(shù)在預(yù)制梁場可視化建設(shè)中的應(yīng)用架構(gòu)，旨在創(chuàng)建一個(gè)“智慧梁場”。

1 BIM可視化技術(shù)概述

BIM可視化技術(shù)，可被稱為建筑信息模型，其廣泛應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域中。該系統(tǒng)通過對建筑物進(jìn)行建模、設(shè)計(jì)與施工等工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對建筑物全生命周期內(nèi)各階段內(nèi)容的有效控制與管理。這款軟件具備根據(jù)建筑工程項(xiàng)目的詳細(xì)信息參數(shù)來創(chuàng)建三維立體模型的能力，從而突破了傳統(tǒng)二維平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的局限性。傳統(tǒng)預(yù)制梁在生產(chǎn)中僅在梁體噴涂梁號等有限信息，管理及生產(chǎn)人員必須查找圖紙、文檔等才能獲取全部信息，無法實(shí)時(shí)溯源。在急需架梁而存梁較多時(shí)，無法快速找梁，只能在現(xiàn)場挨個(gè)查看噴涂的梁號。而通過BIM技術(shù)進(jìn)行公路橋梁預(yù)制智慧梁場的構(gòu)建，可以將建筑設(shè)計(jì)人員與工程技術(shù)人員聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)對建筑物整體進(jìn)行可視化分析和規(guī)劃，并以此為基礎(chǔ)完成工程施工過程的模擬工作。BIM技術(shù)在建筑施工的全過程中的應(yīng)用，顯著提高了施工管理的工作效率，徹底地解決了傳統(tǒng)管理方法中的粗放和效率低下的問題［4］。同時(shí)，還能有效地提高建筑工程施工過程中的質(zhì)量控制水平以及進(jìn)度管控能力。以浙江交工集團(tuán)蘇臺高速公路一期智慧梁場建設(shè)為例，在該項(xiàng)目中，除了應(yīng)用預(yù)制梁智能制造設(shè)備外，具有創(chuàng)新性地將智慧梁場與智慧工地融合，從而實(shí)現(xiàn)“應(yīng)用一體化、管理可視化、數(shù)據(jù)圖形化”新模式。針對項(xiàng)目實(shí)際需求，側(cè)重于預(yù)制梁生產(chǎn)全過程管理和廠區(qū)整體管理，包含制架梁計(jì)劃、生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)資源使用、預(yù)制梁生產(chǎn)過程、張拉、壓漿質(zhì)量信息等功能，使管理人員能夠清晰知曉整個(gè)梁場運(yùn)作情況，同時(shí)可查看每一榀梁詳細(xì)生產(chǎn)信息，配合現(xiàn)場智能制造設(shè)備，最終按時(shí)高質(zhì)量完成預(yù)制梁生產(chǎn)任務(wù)［5］。

由此可見，BIM技術(shù)的一個(gè)突出特點(diǎn)是其可視化功能，這種功能是通過創(chuàng)建三維BIM模型來實(shí)現(xiàn)的。該技術(shù)以數(shù)字化的形式呈現(xiàn)了各類數(shù)據(jù)信息，并為用戶提供了直觀的圖像展示，使其能更深入地理解數(shù)據(jù)和分析其結(jié)果，以此提高施工效率，實(shí)現(xiàn)施工智能化［6］。

2 工程概況

本文所選用的工程案例為成都到樂山的一段高速公路，該公路是G5京昆高速公路和G93成渝地區(qū)環(huán)線高速公路的交叉聯(lián)絡(luò)路線。本次工程施工的原因?yàn)樵撀范谓煌ㄇ闆r極為擁堵及交通事故頻發(fā)而亟須擴(kuò)建。將工程內(nèi)的青龍場至眉山路段劃為重點(diǎn)試驗(yàn)路段，試驗(yàn)路段起點(diǎn)為青龍場（AK43+000），銜接于永豐與成都經(jīng)濟(jì)區(qū)的環(huán)線高速公路，終點(diǎn)為眉山互通（AK71+000）。試驗(yàn)路段主要控制場所為青龍場、彭山地段及眉山，試驗(yàn)路線全長29 km。利用雙側(cè)加寬策略將原公路的雙向四車道擴(kuò)建為雙向八車道，并將速度設(shè)置為100 km/h，路基寬度設(shè)置為40.500 m。

3 基于BIM可視化技術(shù)的智慧梁場構(gòu)建

基于BIM可視化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)人員管理、材料使用以及設(shè)備安裝過程中實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能，使管理者及時(shí)了解現(xiàn)場各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)信息，提高管理效率（工作流程詳見圖1）。在本次施工試驗(yàn)案例中，高速公路預(yù)制智慧梁場可視化管理系統(tǒng)是一種對梁場生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行智能化管理的系統(tǒng)，主要由梁場可視化施工管理和梁場可視化質(zhì)量管理這兩個(gè)核心部分組成。可視化施工管理模塊的主要功能是查閱和管理梁場的整體布局、施工進(jìn)度以及制梁和架梁的進(jìn)展情況，還負(fù)責(zé)標(biāo)記梁片的制梁和存梁方向，并通過施工模型深入了解梁片的生產(chǎn)和加工信息，同時(shí)也能查詢與各個(gè)生產(chǎn)線相關(guān)的梁的詳細(xì)信息。

3.1 可視化施工管理

在工程施工中，將GIS軟件系統(tǒng)、設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)地形圖進(jìn)行了整合，并使用3D軟件創(chuàng)建了模型（模型運(yùn)行流程見圖2）。將三維模型與二維平面圖表進(jìn)行融合處理，生成一個(gè)可供分析使用的數(shù)據(jù)文件，再導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中進(jìn)行存儲，以滿足對不同應(yīng)用系統(tǒng)的要求。在地形和BIM模型構(gòu)建完成之后，將依靠軟件程序來推動(dòng)和加載這些建模。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，采用這種方法集成管理鋼筋混凝土構(gòu)件在其生產(chǎn)全生命周期中各個(gè)階段的數(shù)據(jù)信息。通過應(yīng)用Unity3D技術(shù)，成功地將梁場的實(shí)際場景布局進(jìn)行了可視化展示，提供一種“場地漫游，身臨其境”的獨(dú)特體驗(yàn)。基于實(shí)際應(yīng)用案例，發(fā)現(xiàn)本技術(shù)能夠確保施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)的高效整合和共享，并且直觀展現(xiàn)整個(gè)工程項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到實(shí)施再到竣工驗(yàn)收的全過程。圖3～4展示了本次工程實(shí)際應(yīng)用案例中的三維梁場的視覺呈現(xiàn)和預(yù)制T梁的可視化施工模擬過程。在圖4中，1～18分別表示的是建筑物剖面圖中不同位置的梁。每個(gè)數(shù)字都對應(yīng)一個(gè)特定的梁，用于支撐和構(gòu)建建筑物的結(jié)構(gòu)。1～4為建筑物底層或較低樓層的梁，5為施工連接點(diǎn)，6～14為支撐梁，15～18則為高層梁。圖中B、C為實(shí)際施工范圍劃分。

此外，不同的軟件在進(jìn)行可視化建模時(shí)，所需的性能標(biāo)準(zhǔn)也會有所不同。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該根據(jù)具體的需求對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐渲煤透倪M(jìn)。在執(zhí)行大規(guī)模的工程建設(shè)項(xiàng)目過程中，選擇適當(dāng)?shù)墓ぞ咭詷?gòu)建項(xiàng)目所需的各類地理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的，并需要將這些數(shù)據(jù)整合到一個(gè)統(tǒng)一的平臺中，以滿足工程建設(shè)的各種業(yè)務(wù)需求。本文針對這一問題提出了一種基于組件技術(shù)的三維仿真模擬建模軟件，其主要功能是通過建立不同類型的數(shù)據(jù)模型，以及對數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)信息進(jìn)行編輯處理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜場景的可視化操作。通過實(shí)際案例的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)所提出的建模軟件在處理大規(guī)模地形加載的情況下反應(yīng)非常迅速，能夠適應(yīng)多種不同的格式，能夠輸出相同類型的模型文件。該技術(shù)還能夠?qū)η帻垐鲋撩忌铰范蔚恼鎸?shí)地理環(huán)境及施工環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

3.2 可視化質(zhì)量管理

在施工質(zhì)量和安全管理方面，傳統(tǒng)的溝通和記錄方式存在明顯的缺陷，這導(dǎo)致后續(xù)的責(zé)任往往難以追溯，經(jīng)常出現(xiàn)推卸責(zé)任的情況。為了克服這一挑戰(zhàn)，提出了一種創(chuàng)新的質(zhì)量安全管理策略，即可視化智慧梁場管理法。通過實(shí)際案例應(yīng)用可視化質(zhì)量管理技術(shù)，當(dāng)項(xiàng)目的質(zhì)量檢查員和安全人員在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，可以用手機(jī)拍照，然后上傳到云端。在這一流程中，工作人員會對各種問題進(jìn)行細(xì)致地分類，并通過豐富的圖像和文字進(jìn)行描述，同時(shí)明確地將責(zé)任分配給每一個(gè)人，以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理的可視化目標(biāo)。緊接著，施工團(tuán)隊(duì)將會實(shí)時(shí)收到有關(guān)質(zhì)量和安全方面的提醒信息，并在規(guī)定期限內(nèi)完成必要的整改措施，隨后會及時(shí)上傳整改完成后的照片以及相關(guān)的描述資料。在質(zhì)量事故發(fā)生的情況下，相關(guān)的管理團(tuán)隊(duì)能夠迅速了解事故的原因，并給出相應(yīng)的處理方案，從而為管理層提供有力的決策支持。此外，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)有能力在任何給定的時(shí)間和地點(diǎn)，通過在線客戶端來獲取必要的信息。

3.3 可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)

利用物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的尖端技術(shù)，本文為試驗(yàn)場所成功地搭建了一個(gè)動(dòng)態(tài)的可視化監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了車輛識別和施工地點(diǎn)的即時(shí)監(jiān)控功能。利用此系統(tǒng)對施工現(xiàn)場進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)分析，不僅可以及時(shí)掌握現(xiàn)場情況，還能對安全風(fēng)險(xiǎn)做出有效預(yù)警。這個(gè)系統(tǒng)主要是由車牌辨識系統(tǒng)和施工點(diǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控子系統(tǒng)構(gòu)成。其中，車牌識別系統(tǒng)是整個(gè)項(xiàng)目的核心部分，其能對進(jìn)入施工現(xiàn)場的車輛進(jìn)行有效地管理，為后續(xù)各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)的有序開展提供可靠保障。基于此，車牌識別系統(tǒng)能夠及時(shí)捕捉車輛信息，然后基于收集到的信息發(fā)出相應(yīng)指令（見圖5）。施工地點(diǎn)會根據(jù)現(xiàn)場的具體狀況來確定相應(yīng)的工作任務(wù)和時(shí)間表。在此過程中，需要將各部分設(shè)備與后臺數(shù)據(jù)庫連接才能完成相關(guān)任務(wù)，因此也稱之為施工點(diǎn)的動(dòng)態(tài)控制模塊。

此外，本文還設(shè)計(jì)了一套基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智慧工地管理系統(tǒng)（見圖6）。通過實(shí)際案例的應(yīng)用，以施工現(xiàn)場人員反饋為依據(jù)，發(fā)現(xiàn)本研究的可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程傳輸施工現(xiàn)場人員的視頻和圖像信息，同時(shí)也能實(shí)時(shí)查看其位置和工作狀況，這有助于管理層更好地掌握整個(gè)工程項(xiàng)目的進(jìn)度，從而減少安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。通過施工場所動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的反饋結(jié)果可以看出，本技術(shù)還能將采集到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給管理中心，以便管理人員隨時(shí)查閱歷史數(shù)據(jù)，分析各方面數(shù)據(jù)變化情況以及發(fā)展趨勢，進(jìn)而指導(dǎo)工程施工。因此，實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個(gè)快速了解各施工地點(diǎn)建設(shè)進(jìn)度的工具，能夠全面掌握施工進(jìn)度、所需的設(shè)備和材料等核心信息。

4 結(jié)語

綜上所述，本研究采用了BIM可視化技術(shù)，并以青龍梁場工程為研究對象，實(shí)施了一套動(dòng)態(tài)可視化的科學(xué)管理策略，以此使得公路施工現(xiàn)場能夠?qū)崟r(shí)掌握各工序施工進(jìn)度以及各個(gè)構(gòu)件的實(shí)際使用狀態(tài)，從而提升了公路橋梁預(yù)制梁場的現(xiàn)場管理效能，實(shí)現(xiàn)了“智慧梁場”管理的標(biāo)準(zhǔn)化、細(xì)致化和科學(xué)化。

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