基于Unity3D技术的跨海特大型桥梁施工及其应用中的病害预防研究

杨尚青 朱志刚 彭波皓 朱著冬

摘要：文章针对跨海特大型桥梁施工及其应用中可能遇到的的病害预防进行了模拟，过程为将在BIM建模后桥梁导入Unity3D平台，在平台中对模型进行场景设置及动画渲染等操作后，导出为VR全景应用格式;工程人员可利用VR设备沉浸式虚拟施工，预判及规避设计不符合要求、构件布局不合理、发生脚手架搭设碰撞、以及应用中橋梁可能产生的冲击导致桥梁破坏等病害进行模拟并进行预防规避，探索施工及应用中 模型可视化，更可为加强相关工程施工中的安全生产管理提供技术思路和理论参考。

关键词：可视化;桥墩基础施工;Unity3D

一、引言

随着我国的经济的快速发展，各地区桥梁建设犹如蜘蛛网一样，跨海大桥的建设已经在国际水平中位于前列。海上建设必然面对着结构件的耐久性、大跨件、高强度等问题，所以跨海大桥的跨径、桥墩基础尺寸同时也在不断增大。由于海上施工环境更加复杂，且由于地质情况、风载及波浪的影响下，桥墩基础海上施工这一技术难点，阻碍了桥梁建设的发展。当前虚拟现实技术已经对制造业、工业、教育业产生了巨大的影响。目前环境极其复杂的工程建设，二维系统已经不能给予满足，

因此三维虚拟技术应用在工程施工中，必将带来革命性的改变。BIM+VR强大的功能体现在BIM 的三维模型结合VR的720度漫游视觉操作能把BIM的三维模型充分地

发挥到极致，只需通过Unity3D平台转化成VR格式，技术人员就能够身临其境地体验施工过程。从项目的设计阶段到施工阶段、验收阶段，运行阶段，或施工工序的小板块、小构件都能通过BIM+VR技术来提前体验并操作施工建成后的效果。虚拟现实的优势主要通过计划与现状情况的对照、分析、及时发现实施中的偏差，采取有效措施，保证工期顺利完成，让问题在施工前得以提前考虑，提前更改，有效的避免了资源浪费，为项目施工各个阶段的工人安全、优质质量提供了保证。

二、跨海大桥传统施工及应用中病害预防的困难

传统施工的特点是依图施工。拿到的施工图纸，仅是各个构件的信息在图纸上采用线条绘制表达，但是其真正的构造形式就需要工作人员去自行判断了。因此，在桥梁施工前很难发现由于地质情况、风载及波浪的影响对脚手架与模板之间是否会发生碰撞、脚手架螺栓的安装是否准确。模板之间转角处的链接是否清楚、脚手架是否存在安全隐患、桥墩基础是否有沉降缝等问题。

三、基于Unity3D技术的BIM+VR优势

由于跨海特大桥工程施工环境极其复杂，技术含量大，施工难度高，直接施工容易造成工程在后续的各种环境下所可能发生的桥墩基础出现沉降缝、脚手架螺栓的安装不准确、模板之间转角处的连接不清楚等施工问题。因此，为了保证施工顺利进行、不产生安全问题，利用BIM+VR全景技术针对跨海特大桥进行模拟施工，不仅具有BIM的优势，还能通过VR虚拟施工，人员可以直观、真实地沉浸式参与施工过程，使得施工和应用项目更具体、形象化，及时预测由于风载与波浪的影响、结点连接的问题、施工中存在的各类隐蔽技术盲点和施工死角，以及工程应用中因为冲击造成的螺丝脱落、桥体破坏等病害进行发现并及时预防规避，排除问题，保证施工及应用的可靠及安全。

四、施工及应用模拟

（一）桩基施工过程：应用BIM技术对施工过程进行建模，对钻孔灌注桩施工过程中，运用BIM+VR技术试验钻孔深度和宽度是否达标，钻孔过大会导致墩台不稳，过小会放不下去，施工过程中是否受到海洋的波浪荷载、台风、海水冲刷等影响，这些我们都可以运用BIM+VR技术进行施工模拟分析，成孔后在钻孔的边缘处安装挡板，有利于接下来的灌注施工。

（二）墩柱施工过程图：应用BIM平台建模，依据墩身的尺寸高度，采用钢管脚手架进行模拟搭设施工工作平台。提前检验脚手架搭建是否安全可靠，检查模板是否符合尺寸要求，是否在进行模板连接的时候发生碰撞。钢管之间的距离是否过大，工作人员是否能安全的从上面通过。并且预测在模板建设完成之，在墩体浇灌时脚手架与模板之间的位置是否会过大或者过小，过大是否会产生大块的落石掉落，过小会产生施工不便，对这些威胁问进行提前预测，并提前解决。

（三）梁板的安装过程：在架梁前，应用BIM+VR技术对支座位置、板梁端的位置进行测设;同时对支座位置进行结构尺寸、标高、支座、锚栓孔位置及锚栓进行检查，确保其相关件符合桥涵规范要求，同时支座安装到位，锚栓及其相关件要准备充足，避免在吊装预制板中出现误工及其他质量事故的发生。运用BIM+VR技术模拟梁板的安装过程进行试验，检查梁板是否能准确无误的安装到位、各尺寸是否合格、桥墩基础受力是否均匀，预制空心板顶面，锚固端面和铰缝面等新、旧砼结合面均凿毛机凿毛。

（四）桥梁应用;在实际应用中因为海风或者海水冲击等经常导致螺丝松动、脱落、桥体破坏等情况，但实际在工程应用中很难去详细检查，因此采用可视化模拟技术可以进行提前模拟并进行一定规避预防，在使用过程中上部结构产生碰撞等病害，因此要提前预留足够缝隙，防止产生破坏。

五、总结

1.文章基于Unity3D平台，利用BIM+VR技术对跨海特大桥施工过程及应用进行了研究，针对施工过程中风载与波浪的影响、设计不符合施工要求、工程构件空间布局不合理、工程应用中出现的螺丝脱落、桥体破坏等问题的解决、达到真实预判及可靠评价的效果，本文的研究对等相关土建施工及工程的应用提供了参考。

2.该技术避免了传统施工中操作检查的困难，且相对BIM+VR技术具有施工及应用虚拟过程更真实、立体、可靠的特点;综合考虑系统工程中各个单项工程之间的相互影响、相互制约、及整体的施工进度、施工强度、流程程度及应用中破坏等关键问题，为后期安全施工和应用打下坚实基础。

参考文献：

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[2]谭胜，王剑宾，吴涟，李阳.BIM+VR技术在建筑施工中的应[J].万方数据.2017（5）：72-74.

[3]谭喆，张成元，陈湘俊，刘国锋，易威.BIM+ VR 虚拟现实技术在施工中的应用[J].万方数据.2018（5）：73-74.

通讯作者：朱志刚;

项目名称：广东省科技创新战略专项资金立项项目：pdjh2020b0948