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      BIM技術(shù)在石濟(jì)黃河橋施工安全管理中的應(yīng)用

      2015-02-11 17:56:20張曉洋林佳瑞方繼杜伸云胡振中張建平梁崇雙
      鐵路技術(shù)創(chuàng)新 2015年6期
      關(guān)鍵詞:監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)橋梁

      ■ 張曉洋 林佳瑞 方繼 杜伸云 胡振中 張建平 梁崇雙

      BIM技術(shù)在石濟(jì)黃河橋施工安全管理中的應(yīng)用

      ■ 張曉洋 林佳瑞 方繼 杜伸云 胡振中 張建平 梁崇雙

      研究針對(duì)石濟(jì)黃河公鐵兩用橋工程體量大、制造精度高、施工工期緊、安全風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn),探索BIM技術(shù)在橋梁施工安全管理方面的創(chuàng)新性應(yīng)用,重點(diǎn)闡述基于BIM的工況管理、安全監(jiān)控管理及分析等內(nèi)容。研究結(jié)果表明,基于BIM進(jìn)行橋梁的施工安全監(jiān)測(cè)與管理,可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)集成及可視化,有效保障橋梁施工質(zhì)量和安全,具有較為深遠(yuǎn)的應(yīng)用意義和推廣價(jià)值。

      BIM;工況管理;安全監(jiān)控;橋梁施工;信息集成;石濟(jì)黃河橋;施工安全管理

      0 引言

      眾所周知,B I M的出現(xiàn),引發(fā)整個(gè)A/E/C(Architecture/Engineering/Construction)領(lǐng)域的一次徹底的變革[1]。近年來,我國橋梁建設(shè)突飛猛進(jìn),橋梁施工安全逐漸成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。將BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路橋梁中,能有效提高施工安全管理成效。

      石濟(jì)黃河公鐵兩用橋位于山東省濟(jì)南市,跨越黃河主槽,其下層鐵路為石濟(jì)、邯濟(jì)、膠濟(jì)聯(lián)絡(luò)線鐵路左、右線,上層公路為雙向六車道公路。采用(128+3×180+128)m剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁跨越黃河主槽,全長798.3 m,總質(zhì)量36 249 t,是我國首次建造的大跨度剛性懸索加勁連續(xù)鋼桁梁公鐵兩用橋。由于面臨工程體量大、制造精度高、施工工期緊、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題,引入BIM技術(shù)對(duì)施工安全進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的管控。下面結(jié)合本工程就BIM技術(shù)在橋梁施工安全管理方面的創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行介紹。

      1 基于BIM的工況管理

      多年來,國內(nèi)外對(duì)頂推施工進(jìn)行了大量研究[3]和推廣,頂推施工法在我國業(yè)已得到廣泛發(fā)展。本項(xiàng)目中主橋采用頂推施工,頂推工況復(fù)雜,多達(dá)62個(gè)工況,每個(gè)工況所涉及的工況文件、數(shù)據(jù)、信息冗雜,管理難度大。

      項(xiàng)目以BIM技術(shù)為基礎(chǔ),利用BIM模型統(tǒng)一管理各工況信息,并建立與三維模型的關(guān)聯(lián)。管理人員可以直觀查詢工況的基本信息,上傳、查詢和刪除工況附件,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的統(tǒng)一管理和可追溯性。同時(shí),可通過時(shí)間點(diǎn)直接在三維平臺(tái)中查詢當(dāng)前工況下的施工模型,進(jìn)行可視化的交流和溝通,為用戶帶來極大便利,也為后續(xù)基于工況的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)集成和監(jiān)控量測(cè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      2 基于BIM的安全監(jiān)控

      安全監(jiān)控一直以來都是橋梁施工過程的一大難題,本研究從測(cè)點(diǎn)布置、數(shù)據(jù)集成、分析評(píng)估三大方面進(jìn)一步闡述BIM技術(shù)在安全監(jiān)控管理中的應(yīng)用,為施工安全提供保障。

      2.1 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置

      應(yīng)力監(jiān)測(cè)是橋梁施工監(jiān)控中重要的一環(huán),監(jiān)測(cè)方案中對(duì)測(cè)點(diǎn)的合理選取和布置至關(guān)重要。將測(cè)點(diǎn)與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián),可以進(jìn)行三維可視化的測(cè)點(diǎn)布置和查詢(見圖1),對(duì)于導(dǎo)梁、主橋及臨設(shè)結(jié)構(gòu)上的測(cè)點(diǎn)可進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)查詢及管理,同時(shí)也為后續(xù)監(jiān)控信息的動(dòng)態(tài)集成奠定基礎(chǔ)。

      2.2 監(jiān)控信息動(dòng)態(tài)集成

      實(shí)際施工過程中,隨著各個(gè)工況的進(jìn)行,會(huì)產(chǎn)生大量的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),如何對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行合理管理和分析尤為重要。動(dòng)態(tài)集成各個(gè)工況下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),進(jìn)行統(tǒng)一管理。

      將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)集成后,針對(duì)主橋和臨設(shè)結(jié)構(gòu),可自動(dòng)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)和分析,包括實(shí)測(cè)值、預(yù)警值的直觀對(duì)比,可視化呈現(xiàn)監(jiān)控結(jié)果等。基于清華大學(xué)4D-BIM系統(tǒng)[4],不僅可以查詢單個(gè)工況下所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的受力情況,還可以分析單個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同工況下的受力情況對(duì)比及該監(jiān)測(cè)點(diǎn)所包含的基本信息和實(shí)測(cè)理論應(yīng)力對(duì)比信息(見圖2),實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的應(yīng)力對(duì)比分析,從而輔助施工管理人員現(xiàn)場(chǎng)決策。

      在監(jiān)控信息動(dòng)態(tài)集成的基礎(chǔ)上,根據(jù)項(xiàng)目需求,實(shí)現(xiàn)了分類自動(dòng)報(bào)表導(dǎo)出功能。系統(tǒng)可導(dǎo)出任一工況下主橋結(jié)構(gòu)或臨設(shè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)控、工況三維效果等數(shù)據(jù),形成監(jiān)控報(bào)告,輔助現(xiàn)場(chǎng)施工管理及資料存儲(chǔ)(見圖3),從而有效避免數(shù)據(jù)及信息的丟失,方便統(tǒng)一管理。

      2.3 綜合分析及評(píng)估

      在監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),從而真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息集成的價(jià)值,同時(shí)也支持前后協(xié)同工作。從分級(jí)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)搜索及安全評(píng)估三方面進(jìn)一步進(jìn)行探索和應(yīng)用,發(fā)揮其價(jià)值。

      2.3.1 分級(jí)預(yù)警

      在數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上,針對(duì)每個(gè)工況下所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)受力情況,根據(jù)實(shí)測(cè)值、理論值及預(yù)警值三者的關(guān)系,制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),分為紅色預(yù)警、橙色預(yù)警、黃色預(yù)警和安全狀態(tài),自動(dòng)進(jìn)行分級(jí)預(yù)警,快速定位危險(xiǎn)點(diǎn)在模型中的位置,方便現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)查詢、分析(見圖4)。

      2.3.2 風(fēng)險(xiǎn)搜索

      將Midas理論計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果全部集成于平臺(tái)中,進(jìn)行理論和實(shí)測(cè)分析:既可分析全部工況下最危險(xiǎn)桿件及其對(duì)應(yīng)工況情況,并快速定位;也可分析指定工況下最危險(xiǎn)桿件及其基本受力信息,并快速定位(見圖5)。這樣基于理論和實(shí)測(cè)分析的風(fēng)險(xiǎn)搜索,一方面實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)測(cè)情況的對(duì)比,另一方面又能夠快速定位問題桿件,輔助現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)審核。

      2.3.3 安全評(píng)估

      將數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)集成后,可根據(jù)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及報(bào)告模板,綜合分析各工況監(jiān)控情況,并自動(dòng)導(dǎo)出各工況所對(duì)應(yīng)的安全分析報(bào)告,包括主橋安全分析報(bào)告和臨設(shè)結(jié)構(gòu)安全分析報(bào)告(見圖6),輔助現(xiàn)場(chǎng)施工決策。

      3 結(jié)束語

      將BIM技術(shù)運(yùn)用于橋梁施工中,探索其在安全管理方面的創(chuàng)新性研究與應(yīng)用。提出基于BIM的工況管理及安全管控,并進(jìn)一步針對(duì)橋梁施工安全,從測(cè)點(diǎn)布置、數(shù)據(jù)集成及安全評(píng)估三大方面展開深入研究及應(yīng)用,為施工現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全管理帶來新的手段和管理工具,有效提高質(zhì)量安全管控效率。實(shí)際研究及應(yīng)用表明:以BIM技術(shù)為基礎(chǔ),采用三維可視化實(shí)現(xiàn)有效溝通、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)集成支持?jǐn)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)分析與查詢、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持前后方協(xié)同分析等手段,可切實(shí)提高橋梁施工成效,改善施工質(zhì)量安全。在類似項(xiàng)目中推廣并深化其相關(guān)應(yīng)用,將進(jìn)一步發(fā)揮其價(jià)值。

      [1] YOUNG N W,JONES S A,BERNSTEIN H M,et al.The business value of BIM-getting building information modeling to the bottom line[R]. Bedford:McGraw-Hill Construction,2009.

      [2] 劉海營. 橋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)施工工況分析[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè),2012(19):100-101.

      [3] 陳天艷. 黃河路高架橋頂推施工分析及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究[J].鐵道建筑技術(shù),2015(9):18-21.

      [4] 林佳瑞,張建平,鐘耀鋒. 基于4D-BIM的施工進(jìn)度-資源均衡模型自動(dòng)構(gòu)建與應(yīng)用[J]. 土木建筑工程信息技術(shù),2014(6):44-49.

      張曉洋:清華大學(xué),碩士研究生,北京,100084

      林佳瑞:清華大學(xué),博士研究生,北京,100084

      方 繼:中國中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司,教授級(jí)高級(jí)工程師,安徽 合肥,230000

      杜伸云: 中國中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司,工程師,安徽 合肥,230000

      胡振中:清華大學(xué),副教授,北京,100084

      張建平:清華大學(xué),教授,北京,100084

      梁崇雙: 中國中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司,工程師,安徽 合肥,230000

      責(zé)任編輯 苑曉蒙

      U44;TP319

      B

      1672-061X(2015)06-0074-03

      國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51478249;51278274)。

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