基于BIM 技術的預制梁場施工全過程可視化建模監(jiān)督方法

安熊

（中鐵十一局集團第二工程有限公司，廣東江門 529000）

0 引言

預制梁場在基礎設施建設的過程中，對總體施工的進程有很大的影響，是總體施工的重要保障。預制梁場作為特有的較為大型的橋梁建設臨時工程，相對比其他臨時施工工程，建設投資大，成本高，運行周期短，橋梁的質量要求較高[1]。目前的預制梁場生產進度多是根據施工進度進行調整，但由于施工現場作業(yè)較為復雜，導致施工整體秩序混亂等問題的出現，并且大多的施工進度是工程人員根據經驗制定的，但工程人員的經驗不一致，導致預制梁場的進度合理度不高，可能出現時效性不高或者可視化水平低等問題，進而影響了總體的施工進度，不利于預制橋梁的建設，因此預制梁場的施工全過程如何實現科學高效的可視化監(jiān)督管理，是施工中一項重要的研究課題。

新興技術的研發(fā)不僅加速了預制梁場技術的交叉使用，還成功地將各個技術融合到施工過程中。加強對可視化管理過程的監(jiān)督，BIM 技術作為施工工程中的一項重要技術，能夠使建筑設施實現更高程度的數字化，從而加強建設項目的信息化與精細化水平，為梁場施工的轉型升級奠定堅實基礎。同時，作為建筑信息的關鍵技術，在工程施工中合理使用BIM 技術有助于優(yōu)化工程規(guī)劃。通過BIM 技術，項目得以實現全壽命周期的信息共享。借助模型設計，可以優(yōu)化展示效果，并通過導入建筑節(jié)能信息，對力學性能進行分析，從而加強對能耗的把握?；谌S設計，將信息化管理貫穿于施工全過程，實現對施工過程的全面監(jiān)督與管理。通過設計出圖與現場配置的結合，有效避免了物料錯缺等問題，增強了各環(huán)節(jié)之間的協(xié)同工作[2]。鑒于預制橋梁建筑工程的復雜性，將BIM 技術運用在預制橋梁施工全程，并對施工全過程進行建模，實現預制橋梁的可視化監(jiān)督，將顯著提高預制橋梁的施工效率。

1 基于BIM 技術的預制梁場施工全過程可視化建模監(jiān)督

1.1 創(chuàng)建預制梁場施工監(jiān)督模型

為了實現對預制梁場施工全過程的可視化建模監(jiān)督，創(chuàng)建預制梁場施工監(jiān)督模型。在基于場景可視化的需求下，構建施工的整體監(jiān)督模型，為了實現對場景的直觀展示和實時管理控制，主要依賴于從場景的可視化數據庫中提取相關信息，使用剔除算法實行智慧梁場的可視化渲染，預制梁場的施工模型設計流程如圖1 所示。

圖1 預制梁場模型場景的模型設計流程圖

在項目前期，根據施工模型設計，結合當前公路、鐵路橋梁預制場的建造趨勢，決定預制場總體采用液壓模板固定預制區(qū)與可移動底模相結合的方式，并引入蒸汽養(yǎng)生、智能張拉和智能控制模型等先進技術，建立出智慧梁場的基本效果圖，如圖2 所示。

圖2 智慧梁場基本效果圖

根據項目中結構，智慧梁場主要包含鋼筋加工區(qū)、預制梁澆筑區(qū)、蒸汽養(yǎng)護區(qū)、預應力施工區(qū)、箱梁封端橫移區(qū)、噴淋養(yǎng)護區(qū)、梁表噴涂區(qū)、存梁區(qū)、現場辦公區(qū)、工人生活區(qū)等多個功能區(qū)域。在管控信息集成方面，致力于實現梁場的智能化施工，從而構建智慧工地。在梁場施工過程中，用戶能夠根據系統(tǒng)操作各個參數，以BIM 技術為核心進行深度應用。通過中樞下達命令，加強對可視化場景的立體感知，并利用素材設計的數據指導現場施工生產。最終實現施工全過程的可視化建模與智能化監(jiān)督，創(chuàng)建了預制梁場的廠區(qū)布置平面圖，如圖3 所示。

圖3 預制梁場廠區(qū)布置平面圖

在預制梁場的建模場景可視化過程中，運用側視網膜圖像差，對可視化的進程進行計算，設定相關的數據參數。同時根據參數，以構件族的方式，定位出標高，將橋梁搭建起來，獲得預制梁場的施工監(jiān)督模型。

1.2 基于BIM 技術監(jiān)督預制梁場施工進度

基于預制梁場施工監(jiān)督模型，利用BIM 的三維模型對預制梁橋的施工進度進行監(jiān)督。在預制橋梁施工前期，在BIM 三維模型中加入時間維度，通過自動采集數據與人工補充相結合的方式，實現對預制梁場的全面數據采集[3]。隨后，進一步處理和分析梁廠數據，結合現場硬件自動控制，向管理人員提供預警提示，并推動自動化業(yè)務流程，從而實現預制梁廠的數字化轉型。借助BIM 技術，將傳統(tǒng)的二維圖紙轉變成為BIM 模型，構建了一個覆蓋施工全過程的檢測系統(tǒng)。預制梁場的BIM 施工過程監(jiān)測流程如圖4 所示。

圖4 預制梁場BIM 施工進度監(jiān)測流程圖

為了確保施工全過程監(jiān)測的可靠性，在預制梁場的BIM 基礎模型上，建立了不同截面高度與應力測點的模型，并將這些測點的編碼及數值參數存儲在BIM 模型中。在添加項目參數時，遵循子模型的存儲要求，將參數名稱及相關規(guī)格添加到選擇結構列中。鑒于不同結構內力等參數的要求，將預制橋梁施工預警分為三個監(jiān)測等級，并為每個等級設置了相應的數據處理系統(tǒng)類型，基于此，進一步規(guī)劃了預制橋梁的環(huán)形生產線性施工流程，環(huán)形生產線施工工藝流程圖如圖5 所示。

圖5 預制橋梁環(huán)形生產線施工工業(yè)流程圖

在環(huán)形生產線施工工業(yè)的基礎上，將管理平臺與視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相融合，并結合施工工業(yè)流程，搭建出三維模型。根據實際攝像頭設置情況，在平臺內設置虛擬攝像頭，并將實際設備與平臺設備結合起來，形成一一對應關系，便于后期在平臺中控制攝像頭的視角和畫面，同時設置了虛擬攝像頭進行實時同步，以便將虛擬模型與施工現場的對比情況實時發(fā)送到系統(tǒng)平臺，通過這一平臺，能夠實時掌握施工狀況，便于后期處理[4]。通過數據接口開發(fā)，形成了BIM 技術下完整的預制梁場施工數據監(jiān)測結構。對承包單位承包的施工總體進度計劃進行了詳細分解，制定了與工作能力和實際情況相匹配的進度控制目標，根據進度目標對模型進行分解，并編制了相應的編碼，將這些編碼添加到模型的屬性信息中，并通過專門的插件強化了編碼的傳輸功能[5]。通過模塊的預留接口，根據軟件的配置信息，將自定義的字段與進度信息和模型進行了關聯，這一步驟大大加強了進度信息與模型信息的集成度。在此基礎上，進一步構建了預制梁場的各個功能布局，并根據預制梁場各施工區(qū)域的數據進行了數據之間的轉化工作，Xm表示施工區(qū)m 的橫坐標；Ym表示施工區(qū)m 的縱坐標；Xn、Yn分別表示施工區(qū)n 的寬度數據和長度數據；0.5 表示施工區(qū)m 與施工區(qū)n 之間必須保留的間隔數據；c 表示功能區(qū)之間的物料搬運需要的成本；d 表示施工區(qū)m 與施工區(qū)n 直降的中心距離。通過優(yōu)化目標，構架出求最小值的多目標函數表示：

根據最小的功能區(qū)之間的函數數值，設置Q 的量化值，量化值的關系等級如表1 所示。

表1 Q 量化值關系等級表

根據關系等級量化表，將對應的量化表數值與最小值目標數據進行加權求和，并對單目標函數數值進行轉化，得到預制梁場三維施工進度的數據矢量，函數表達為：

根據最終的數值和相應的數據權重，能夠在程序中精確地選取所需的數據，同時，結合預制梁場的多個監(jiān)測數據，完成預制梁場施工監(jiān)督模型中對預制梁橋施工進度的監(jiān)督。

1.3 監(jiān)督預制梁場施工可視化平臺信息

在掌握預制梁橋施工進度的基礎上，基于預制梁場施工監(jiān)督模型，對預制梁橋的可視化平臺信息進行了全面監(jiān)督。在構建施工數據監(jiān)測結構的過程中，利用預制梁場可視化信息監(jiān)督管理模型，對可視化平臺信息進行監(jiān)督，方便查看預制梁場的存梁方向以及架梁進度等關鍵信息[6]。此外，還提取了施工模型將梁片的生產狀況信息，用于查詢各個生產線對應的生產詳情。通過一物一碼的關聯制造信息，進一步細化了數據粒度，生成了BIM 監(jiān)測模型，從而獲取了豐富的電子數據?；谶@些模型，錄入了材料的設備參數、施工信息等重要數據，并與相應的工程設計圖紙進行了連接，錄入了三維模型數據，施工進度數據平臺的預制梁場信息如表2 所示。

表2 施工全過程的平臺主要信息

基于相關的施工監(jiān)督平臺，為各個設備和構件貼上二維碼，并將這些二維碼錄入到施工監(jiān)督管理平臺，形成了明確的對應的關系，這些數據共同組成了構件信息數據庫，極大地方便了后期監(jiān)管人員進行驗收或者質量檢查[7]。在此基礎上，設置施工信息平臺的協(xié)同管理平臺端口，并確定了監(jiān)管模式。在監(jiān)管過程中，一旦發(fā)現施工質量問題，可以實時上傳至監(jiān)管系統(tǒng)。監(jiān)管系統(tǒng)通過對數據的深入分析，能夠得出精準的監(jiān)管質量數據，實現數據平臺的信息集成和高效后續(xù)管理，通過這些信息，完成了對預制梁橋的可視化平臺信息監(jiān)督。

2 實驗論證分析

2.1 實驗過程

利用專業(yè)軟件精心編制了施工進度計劃，明確了施工各個環(huán)節(jié)的信息數據，設定了固定的工程量信息。在此基礎上，進一步確定了施工過程的持續(xù)時間和勞動量等數據。為了更直觀地展示施工情況，將施工模擬結果以動畫的形式呈現[8]。通過模擬施工進度的過程，及時發(fā)現并糾正潛在的作業(yè)次序錯誤，通過調整施工進度或計劃，有效指導了實際施工工作。同時，精心配置了生產區(qū)的資源配置，得出了主要的實驗資源配備參數，其生產區(qū)的主要的生產資源配備信息如表3 所示。

表3 預置梁橋生產區(qū)的主要生產資源配備表

在施工過程中，充分利用BIM 技術進行建模，以實現對實際施工進度的精確檢測。提取了生產線上的工廠流水化信息監(jiān)督管理數據，建立了相關模型，并與參數數據形成對比，使用參數化建模和點云建模等監(jiān)督方法進行檢查，得到不同方法下的數據結果。

2.2 實驗結果與分析

基于上述實驗過程，基于BIM 技術的梁橋全過程可視化建模監(jiān)督方法與傳統(tǒng)監(jiān)督方法進行對比分析，并對監(jiān)督精準度進行測試，最后得出的實驗測試結果如圖6 所示。

圖6 不同方法下的預置梁橋施工模型精準度比較

從圖6 可以看出，基于BIM 技術對預制梁橋施工全過程的監(jiān)督精準度相較于其他建模監(jiān)督方法更為優(yōu)越，能夠準確地反映出施工全過程的真實狀況，滿足對預制梁場施工全過程進行監(jiān)督的需求。

3 結語

BIM 技術極大地推動了預制梁場施工從傳統(tǒng)的人工作業(yè)向機械化轉型的進程。通過BIM 技術，施工過程的可視化監(jiān)督也變得更加智能，施工機械化也進一步向自動化升級。結合BIM可視化云平臺技術，從材料進場、試驗檢測、各工序施工、成品檢測、成品梁出庫等各個環(huán)節(jié)，實現了預制梁場的三維可視化過程。通過軟件的二次開發(fā)，能夠有效地控制預制梁場的施工進程，從而顯著提高了預制梁場的生產效率，并提升了預制梁場的管理水平。