預(yù)制箱梁施工全過(guò)程中的信息化技術(shù)應(yīng)用

黎開(kāi)政

(中鐵二十三局集團(tuán)軌道交通工程有限公司,上海 201399)

1 信息化技術(shù)管理

為滿足客運(yùn)專線列車(chē)的高速運(yùn)行，對(duì)預(yù)制箱梁的平順性和耐久性都提出了很高的要求，因此按期保質(zhì)的完成箱梁生產(chǎn)任務(wù)，成為預(yù)制箱梁的重點(diǎn)控制內(nèi)容[1]。但是預(yù)制箱梁體施工工序復(fù)雜、一次澆筑混凝土數(shù)量多、高性能混凝土施工工藝要求高、預(yù)應(yīng)力要求精確等一系列問(wèn)題都是箱梁預(yù)制的難點(diǎn)[2]。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是一種創(chuàng)建并利用數(shù)字模型對(duì)建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)管理的新技術(shù)[3]。在住建部的大力推動(dòng)下，各省市相繼出臺(tái)BIM推廣應(yīng)用政策，到目前我國(guó)已初步形成BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和政策體系[4]。BIM技術(shù)的應(yīng)用，為建筑業(yè)全生命周期中的所有信息數(shù)據(jù)提供集成載體，大大推動(dòng)了建筑行業(yè)的信息化建設(shè)，同時(shí)促進(jìn)了行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和管理水平提升[5]。

在這樣一種背景下，本文通過(guò)BIM技術(shù)，針對(duì)預(yù)制箱梁在施工中的高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求和信息化管理手段的需要，建立了梁場(chǎng)場(chǎng)地、預(yù)制箱梁、生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備等模型，提供直觀和真實(shí)的三維視覺(jué)呈現(xiàn)方式，提高決策的科學(xué)性和效率[6]。同時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)，提出了預(yù)制箱梁施工全過(guò)程中的信息化技術(shù)解決方案和實(shí)施流程體系，使得項(xiàng)目各參與方均可以基于模型進(jìn)行更加高效的溝通與理解，了解設(shè)計(jì)意圖，減少溝通成本[7](圖1、圖2)。

圖1 BIDE流程化技術(shù)體系介紹

圖2 預(yù)制箱梁施工全過(guò)程信息管理平臺(tái)架構(gòu)

2 項(xiàng)目應(yīng)用背景

成都軌道交通10號(hào)線二期工程全線預(yù)制箱梁共337片，梁場(chǎng)占地面積約11.33 ha，設(shè)鋼筋加工存放區(qū)、制梁區(qū)、存梁區(qū)、混凝土拌合區(qū)、辦公生活區(qū)和其他生產(chǎn)輔助區(qū)等6個(gè)區(qū)域，預(yù)制箱梁跨度25～30 m不等。

本次預(yù)制箱梁的難點(diǎn)在于：

(1)對(duì)于此類大型預(yù)制項(xiàng)目，傳統(tǒng)的項(xiàng)目決策基于多次會(huì)議，多次討論，再進(jìn)行決策，存在效率較低、準(zhǔn)確性難把握的缺點(diǎn)。因此本次施工通過(guò)BIM的可視化分析，可以直觀的了解項(xiàng)目情況，非常有助于快速、準(zhǔn)確的做出決策[8]。

(2)預(yù)制箱梁自重大、施工工序多、工藝復(fù)雜，若施工方法及施工工藝不當(dāng)易使箱梁產(chǎn)生裂縫，因此需對(duì)每道工序都需要制定合理的控制措施，對(duì)梁場(chǎng)的生產(chǎn)管理技術(shù)水平要求高；

(3)在箱梁運(yùn)輸、架設(shè)過(guò)程中，要求嚴(yán)格控制支撐和吊點(diǎn)位置，避免產(chǎn)生較大的震動(dòng)或荷載沖擊出現(xiàn)裂縫.

3 BIDE流程化技術(shù)體系介紹

面對(duì)本項(xiàng)目的高難度施工要求和加強(qiáng)信息化管理水平的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，項(xiàng)目技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出了一套集“BIM輔助深化設(shè)計(jì)(BIM Design)、工業(yè)化生產(chǎn)(Industrial Production)、數(shù)字化堆場(chǎng)(Digital Storage)與高效化施工(Efficient Construction)”的“預(yù)制箱梁施工BIDE流程化技術(shù)體系”，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制工程一體化實(shí)施流程體系(圖1)，以及預(yù)制箱梁施工全過(guò)程的信息化管理平臺(tái)應(yīng)用(圖2)。

3.1 BIM輔助深化設(shè)計(jì)

3.1.1 設(shè)計(jì)方案比選

梁場(chǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)方案對(duì)后期的生產(chǎn)效率有著非常重大的影響，本文通過(guò)三維可視化的方式對(duì)場(chǎng)地規(guī)劃方案進(jìn)行合理分析，提前消除隱患、優(yōu)化存梁點(diǎn)設(shè)計(jì)和提梁機(jī)行走道路，如圖3所示。在驗(yàn)證方案的合理性和準(zhǔn)確性的同時(shí)，能讓非專業(yè)人員“看懂”設(shè)計(jì)，降低溝通的成本。此外，在方案比選中，利用BIDE流程化技術(shù)，可進(jìn)行多項(xiàng)施工模擬。并通過(guò)快速出量，可從方案的造價(jià)、安全性等各方面對(duì)方案進(jìn)行比較，擬定多個(gè)可行的實(shí)施方案。在初設(shè)會(huì)審中可快速切換、比選不同方案的線位及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，便于議會(huì)人員判斷最佳方案(圖3)。

圖3 梁場(chǎng)場(chǎng)地布置模擬

3.1.2 碰撞檢查

預(yù)制箱梁的鋼筋安裝密度大，常與預(yù)應(yīng)力鋼束碰撞，存在施工空間不足的難題。為避免沖突和保證施工空間滿足規(guī)范，BIDE流程化技術(shù)體系可實(shí)現(xiàn)通過(guò)碰撞檢查找出設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)中的空間碰撞。而傳統(tǒng)的方法需各專業(yè)根據(jù)CAD圖紙進(jìn)行對(duì)比。并且二維圖紙交付各專業(yè)時(shí)，需召開(kāi)大量的交底會(huì)議，效率較低。此時(shí)利用BIM軟件進(jìn)行碰撞檢查，可針對(duì)碰撞點(diǎn)進(jìn)行可視化討論，有助于提前發(fā)現(xiàn)碰撞問(wèn)題，并在正式施工前解決問(wèn)題，節(jié)省工時(shí)和材料，避免不必要的變更和浪費(fèi)。

3.1.3 精準(zhǔn)算量

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程量統(tǒng)計(jì)是基于平面圖紙統(tǒng)計(jì)的，人為干預(yù)因素影響較大，數(shù)據(jù)無(wú)法反查到模型。而預(yù)制箱梁又造型復(fù)雜，尤其是箱梁腹部的體積難以進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致箱梁的混凝土與鋼筋更難以準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)。模型完成后，可利用模型精確算量，避免傳統(tǒng)做法中人為因素的干預(yù)和工程量的誤差。此時(shí)采用BIDE流程化技術(shù)，可通過(guò)對(duì)預(yù)制箱梁進(jìn)行精細(xì)化建模，以構(gòu)件形式區(qū)分混凝土、鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼絞線等組成部分，從而獲取精準(zhǔn)的BIM模型構(gòu)件算量清單，利用模型實(shí)現(xiàn)精確算量。在箱梁生產(chǎn)階段，結(jié)合生產(chǎn)計(jì)劃可為原材料的采購(gòu)安排、項(xiàng)目資金管理等提供依據(jù)。

3.2 工業(yè)化生產(chǎn)

3.2.1 深化出圖

基于碰撞檢查和空間分析優(yōu)化后的預(yù)制箱梁模型，可通過(guò)BIM建模軟件輸出直觀的鋼筋翻樣圖紙和下料單，并包含鋼筋長(zhǎng)度、彎曲角度和彎曲直徑等具體信息，以此交付給鋼筋加工車(chē)間的技術(shù)人員進(jìn)行加工，有效提高了鋼筋翻樣效率和準(zhǔn)確度，避免箱梁在鋼筋綁扎時(shí)需要二次加工的情況。設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化，使施工返工大大減少，減少了施工階段不必要的施工停滯。各項(xiàng)施工模擬考慮了施工的可行性，在施工前使用虛擬建造的手段提前進(jìn)行工程建造預(yù)演，特別是復(fù)雜專項(xiàng)施工方案的可視化分析和施工模擬，有利于施工推進(jìn)，并有效降低了施工成本。并且各專業(yè)可以在BIM平臺(tái)上一體化設(shè)計(jì)，通過(guò)可視化明確空間關(guān)系、設(shè)計(jì)難點(diǎn)與重點(diǎn)，大大提高設(shè)計(jì)的整體度和設(shè)計(jì)效率。

3.2.2 三維BIM模型交底

由于預(yù)制箱梁對(duì)成品質(zhì)量的要求十分嚴(yán)格且施工工序復(fù)雜，所以對(duì)施工作業(yè)人員的技術(shù)水平也有著高要求。而通常的施工作業(yè)交底書(shū)以及施工技術(shù)方案需要花費(fèi)大量時(shí)間才能吃透，影響施工進(jìn)度。通過(guò)BIDE流程化技術(shù)，結(jié)合三維BIM模型，可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵施工工藝流程的動(dòng)態(tài)化，并賦予帶有語(yǔ)音講解的視頻動(dòng)畫(huà)。相比只有文字說(shuō)明的施工技術(shù)方案，更容易讓施工作業(yè)人員理解，提高施工人員對(duì)項(xiàng)目及施工技術(shù)的了解程度，從而提高施工交底質(zhì)量，并減少安全事故發(fā)生可能性。

3.2.3 信息關(guān)聯(lián)

在BIM模型中每片箱梁都擁有唯一的構(gòu)件ID，信息管理平臺(tái)為這些不同的ID都提供了一個(gè)類似于“文件夾”的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存空間，可將箱梁的三維模型、生產(chǎn)圖紙、生產(chǎn)計(jì)劃等信息和資料都分類儲(chǔ)存在這里。利用二維碼技術(shù)，為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的每一片梁都提供唯一的一個(gè)“身份證”，作為與虛擬“文件夾”關(guān)聯(lián)的橋梁。二維碼為現(xiàn)場(chǎng)施工與信息管理平臺(tái)提供了交互的接口，是獲取施工數(shù)據(jù)的重要途經(jīng)(圖4)。

圖4 箱梁二維碼

有了二維碼，在生產(chǎn)過(guò)程中就能快速的定位信息管理平臺(tái)中的構(gòu)件和其中所集成的信息數(shù)據(jù)和資料，以滿足快速進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工作的需要(圖4)，其中包括：質(zhì)量和安全問(wèn)題發(fā)布、表單資料和圖紙查看，物料跟蹤情況等。

箱梁在生產(chǎn)過(guò)程中的流程信息(包含生產(chǎn)流程中的狀態(tài)、人員信息、驗(yàn)收情況、安裝位置信息等)是實(shí)現(xiàn)梁場(chǎng)信息化管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，而二維碼則為信息數(shù)據(jù)的采集提供了便捷的途徑，通過(guò)移動(dòng)設(shè)備采集二維碼上傳至信息管理平臺(tái)，反映到BIM三維模型(圖4)。

3.2.4 進(jìn)度管控

將箱梁施工的重要節(jié)點(diǎn)分為：鋼筋加工、鋼筋驗(yàn)收、模板整理、混凝土澆筑、脫模、初張拉、存梁養(yǎng)護(hù)、終張拉、壓漿、封錨、架梁共11個(gè)流程節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)以派工單任務(wù)的形式分配到個(gè)人，任務(wù)執(zhí)行人根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況及時(shí)反饋任務(wù)完成情況到信息管理平臺(tái)中(圖5)。

圖5 派工單任務(wù)流程

信息管理平臺(tái)可自動(dòng)以樹(shù)狀圖、和餅狀圖等形式對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，準(zhǔn)確的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，梁場(chǎng)的生產(chǎn)管理人員結(jié)合架梁工期安排與梁場(chǎng)存放能力，及時(shí)調(diào)整箱梁生產(chǎn)計(jì)劃，提前進(jìn)行原材料采購(gòu)、加工計(jì)劃調(diào)整，確保按期完成生產(chǎn)任務(wù)。

3.3 數(shù)字化堆場(chǎng)

在箱梁完場(chǎng)預(yù)應(yīng)力初張拉后需運(yùn)至存梁區(qū)存放并進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，在充分考慮其后期運(yùn)梁時(shí)最便利條件的前提下，存梁點(diǎn)的選擇需結(jié)合架梁工期計(jì)劃在BIM三維可視化環(huán)境下確定。如圖5所示，在信息管理平臺(tái)中，對(duì)養(yǎng)護(hù)完成、待架梁的預(yù)制箱梁進(jìn)行不同顏色的標(biāo)識(shí)，并查看其相應(yīng)的構(gòu)件信息，使箱梁的倉(cāng)儲(chǔ)狀態(tài)一目了然，實(shí)現(xiàn)了堆場(chǎng)數(shù)字化管理。同時(shí)對(duì)于正處于養(yǎng)護(hù)狀態(tài)的箱梁，通過(guò)傳感器使信息管理平臺(tái)與灑水養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化養(yǎng)護(hù)。

3.4 高效化施工

對(duì)于一些重難點(diǎn)施工方案，如制、運(yùn)、架梁方案、施工場(chǎng)地臨建方案、設(shè)備吊裝方案等一系列專項(xiàng)施工方案，結(jié)合三維BIM模型，把重要的施工工藝流程做成動(dòng)畫(huà)模擬預(yù)演，核查方案中的不合理之處，及時(shí)對(duì)不合理之處提出修改意見(jiàn)，直觀的分析施工方案的布局、安全、工作面、機(jī)械就位及規(guī)范的遵守情況。根據(jù)施工方案的預(yù)演結(jié)果，做出細(xì)節(jié)推敲并可分析施工中可能需要應(yīng)對(duì)的問(wèn)題并提前做出解決方案，使作業(yè)時(shí)能夠更高效的實(shí)施，確保整體施工進(jìn)度與質(zhì)量要求。

同時(shí)可視化成果展示，可直觀表現(xiàn)各階段的項(xiàng)目情況。借助BIDE流程化技術(shù)更有利于項(xiàng)目各參建單位加深建筑造型及空間、設(shè)計(jì)的理解，提高溝通交流的效率，決策更加科學(xué)合理。此外通過(guò)施工進(jìn)度模擬可預(yù)演施工時(shí)間、進(jìn)度安排等事項(xiàng)，進(jìn)而優(yōu)化整個(gè)施工過(guò)程，達(dá)到縮短工期的效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)基于BIM技術(shù)提出的“BIDE流程化技術(shù)體系”和箱梁施工全過(guò)程信息管理平臺(tái)的應(yīng)用，有效解決了傳統(tǒng)技術(shù)手段和管理方式不能有效滿足現(xiàn)階段預(yù)制箱梁施工需求的難題。同時(shí)為建設(shè)過(guò)程提供了高效的施工技術(shù)手段與管理方式，使梁場(chǎng)管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，提高企業(yè)的信息化管理水平。通過(guò)本次工程實(shí)踐，證明BIDE流程化技術(shù)是值得在預(yù)制箱梁領(lǐng)域推廣的新型施工方式，具有廣闊的應(yīng)用前景。