基于BIM 技术的预制梁场施工全过程可视化建模监督方法

安熊

（中铁十一局集团第二工程有限公司，广东江门 529000）

0 引言

预制梁场在基础设施建设的过程中，对总体施工的进程有很大的影响，是总体施工的重要保障。预制梁场作为特有的较为大型的桥梁建设临时工程，相对比其他临时施工工程，建设投资大，成本高，运行周期短，桥梁的质量要求较高[1]。目前的预制梁场生产进度多是根据施工进度进行调整，但由于施工现场作业较为复杂，导致施工整体秩序混乱等问题的出现，并且大多的施工进度是工程人员根据经验制定的，但工程人员的经验不一致，导致预制梁场的进度合理度不高，可能出现时效性不高或者可视化水平低等问题，进而影响了总体的施工进度，不利于预制桥梁的建设，因此预制梁场的施工全过程如何实现科学高效的可视化监督管理，是施工中一项重要的研究课题。

新兴技术的研发不仅加速了预制梁场技术的交叉使用，还成功地将各个技术融合到施工过程中。加强对可视化管理过程的监督，BIM 技术作为施工工程中的一项重要技术，能够使建筑设施实现更高程度的数字化，从而加强建设项目的信息化与精细化水平，为梁场施工的转型升级奠定坚实基础。同时，作为建筑信息的关键技术，在工程施工中合理使用BIM 技术有助于优化工程规划。通过BIM 技术，项目得以实现全寿命周期的信息共享。借助模型设计，可以优化展示效果，并通过导入建筑节能信息，对力学性能进行分析，从而加强对能耗的把握。基于三维设计，将信息化管理贯穿于施工全过程，实现对施工过程的全面监督与管理。通过设计出图与现场配置的结合，有效避免了物料错缺等问题，增强了各环节之间的协同工作[2]。鉴于预制桥梁建筑工程的复杂性，将BIM 技术运用在预制桥梁施工全程，并对施工全过程进行建模，实现预制桥梁的可视化监督，将显著提高预制桥梁的施工效率。

1 基于BIM 技术的预制梁场施工全过程可视化建模监督

1.1 创建预制梁场施工监督模型

为了实现对预制梁场施工全过程的可视化建模监督，创建预制梁场施工监督模型。在基于场景可视化的需求下，构建施工的整体监督模型，为了实现对场景的直观展示和实时管理控制，主要依赖于从场景的可视化数据库中提取相关信息，使用剔除算法实行智慧梁场的可视化渲染，预制梁场的施工模型设计流程如图1 所示。

图1 预制梁场模型场景的模型设计流程图

在项目前期，根据施工模型设计，结合当前公路、铁路桥梁预制场的建造趋势，决定预制场总体采用液压模板固定预制区与可移动底模相结合的方式，并引入蒸汽养生、智能张拉和智能控制模型等先进技术，建立出智慧梁场的基本效果图，如图2 所示。

图2 智慧梁场基本效果图

根据项目中结构，智慧梁场主要包含钢筋加工区、预制梁浇筑区、蒸汽养护区、预应力施工区、箱梁封端横移区、喷淋养护区、梁表喷涂区、存梁区、现场办公区、工人生活区等多个功能区域。在管控信息集成方面，致力于实现梁场的智能化施工，从而构建智慧工地。在梁场施工过程中，用户能够根据系统操作各个参数，以BIM 技术为核心进行深度应用。通过中枢下达命令，加强对可视化场景的立体感知，并利用素材设计的数据指导现场施工生产。最终实现施工全过程的可视化建模与智能化监督，创建了预制梁场的厂区布置平面图，如图3 所示。

图3 预制梁场厂区布置平面图

在预制梁场的建模场景可视化过程中，运用侧视网膜图像差，对可视化的进程进行计算，设定相关的数据参数。同时根据参数，以构件族的方式，定位出标高，将桥梁搭建起来，获得预制梁场的施工监督模型。

1.2 基于BIM 技术监督预制梁场施工进度

基于预制梁场施工监督模型，利用BIM 的三维模型对预制梁桥的施工进度进行监督。在预制桥梁施工前期，在BIM 三维模型中加入时间维度，通过自动采集数据与人工补充相结合的方式，实现对预制梁场的全面数据采集[3]。随后，进一步处理和分析梁厂数据，结合现场硬件自动控制，向管理人员提供预警提示，并推动自动化业务流程，从而实现预制梁厂的数字化转型。借助BIM 技术，将传统的二维图纸转变成为BIM 模型，构建了一个覆盖施工全过程的检测系统。预制梁场的BIM 施工过程监测流程如图4 所示。

图4 预制梁场BIM 施工进度监测流程图

为了确保施工全过程监测的可靠性，在预制梁场的BIM 基础模型上，建立了不同截面高度与应力测点的模型，并将这些测点的编码及数值参数存储在BIM 模型中。在添加项目参数时，遵循子模型的存储要求，将参数名称及相关规格添加到选择结构列中。鉴于不同结构内力等参数的要求，将预制桥梁施工预警分为三个监测等级，并为每个等级设置了相应的数据处理系统类型，基于此，进一步规划了预制桥梁的环形生产线性施工流程，环形生产线施工工艺流程图如图5 所示。

图5 预制桥梁环形生产线施工工业流程图

在环形生产线施工工业的基础上，将管理平台与视频监控系统、环境监测系统相融合，并结合施工工业流程，搭建出三维模型。根据实际摄像头设置情况，在平台内设置虚拟摄像头，并将实际设备与平台设备结合起来，形成一一对应关系，便于后期在平台中控制摄像头的视角和画面，同时设置了虚拟摄像头进行实时同步，以便将虚拟模型与施工现场的对比情况实时发送到系统平台，通过这一平台，能够实时掌握施工状况，便于后期处理[4]。通过数据接口开发，形成了BIM 技术下完整的预制梁场施工数据监测结构。对承包单位承包的施工总体进度计划进行了详细分解，制定了与工作能力和实际情况相匹配的进度控制目标，根据进度目标对模型进行分解，并编制了相应的编码，将这些编码添加到模型的属性信息中，并通过专门的插件强化了编码的传输功能[5]。通过模块的预留接口，根据软件的配置信息，将自定义的字段与进度信息和模型进行了关联，这一步骤大大加强了进度信息与模型信息的集成度。在此基础上，进一步构建了预制梁场的各个功能布局，并根据预制梁场各施工区域的数据进行了数据之间的转化工作，Xm表示施工区m 的横坐标；Ym表示施工区m 的纵坐标；Xn、Yn分别表示施工区n 的宽度数据和长度数据；0.5 表示施工区m 与施工区n 之间必须保留的间隔数据；c 表示功能区之间的物料搬运需要的成本；d 表示施工区m 与施工区n 直降的中心距离。通过优化目标，构架出求最小值的多目标函数表示：

根据最小的功能区之间的函数数值，设置Q 的量化值，量化值的关系等级如表1 所示。

表1 Q 量化值关系等级表

根据关系等级量化表，将对应的量化表数值与最小值目标数据进行加权求和，并对单目标函数数值进行转化，得到预制梁场三维施工进度的数据矢量，函数表达为：

根据最终的数值和相应的数据权重，能够在程序中精确地选取所需的数据，同时，结合预制梁场的多个监测数据，完成预制梁场施工监督模型中对预制梁桥施工进度的监督。

1.3 监督预制梁场施工可视化平台信息

在掌握预制梁桥施工进度的基础上，基于预制梁场施工监督模型，对预制梁桥的可视化平台信息进行了全面监督。在构建施工数据监测结构的过程中，利用预制梁场可视化信息监督管理模型，对可视化平台信息进行监督，方便查看预制梁场的存梁方向以及架梁进度等关键信息[6]。此外，还提取了施工模型将梁片的生产状况信息，用于查询各个生产线对应的生产详情。通过一物一码的关联制造信息，进一步细化了数据粒度，生成了BIM 监测模型，从而获取了丰富的电子数据。基于这些模型，录入了材料的设备参数、施工信息等重要数据，并与相应的工程设计图纸进行了连接，录入了三维模型数据，施工进度数据平台的预制梁场信息如表2 所示。

表2 施工全过程的平台主要信息

基于相关的施工监督平台，为各个设备和构件贴上二维码，并将这些二维码录入到施工监督管理平台，形成了明确的对应的关系，这些数据共同组成了构件信息数据库，极大地方便了后期监管人员进行验收或者质量检查[7]。在此基础上，设置施工信息平台的协同管理平台端口，并确定了监管模式。在监管过程中，一旦发现施工质量问题，可以实时上传至监管系统。监管系统通过对数据的深入分析，能够得出精准的监管质量数据，实现数据平台的信息集成和高效后续管理，通过这些信息，完成了对预制梁桥的可视化平台信息监督。

2 实验论证分析

2.1 实验过程

利用专业软件精心编制了施工进度计划，明确了施工各个环节的信息数据，设定了固定的工程量信息。在此基础上，进一步确定了施工过程的持续时间和劳动量等数据。为了更直观地展示施工情况，将施工模拟结果以动画的形式呈现[8]。通过模拟施工进度的过程，及时发现并纠正潜在的作业次序错误，通过调整施工进度或计划，有效指导了实际施工工作。同时，精心配置了生产区的资源配置，得出了主要的实验资源配备参数，其生产区的主要的生产资源配备信息如表3 所示。

表3 预置梁桥生产区的主要生产资源配备表

在施工过程中，充分利用BIM 技术进行建模，以实现对实际施工进度的精确检测。提取了生产线上的工厂流水化信息监督管理数据，建立了相关模型，并与参数数据形成对比，使用参数化建模和点云建模等监督方法进行检查，得到不同方法下的数据结果。

2.2 实验结果与分析

基于上述实验过程，基于BIM 技术的梁桥全过程可视化建模监督方法与传统监督方法进行对比分析，并对监督精准度进行测试，最后得出的实验测试结果如图6 所示。

图6 不同方法下的预置梁桥施工模型精准度比较

从图6 可以看出，基于BIM 技术对预制梁桥施工全过程的监督精准度相较于其他建模监督方法更为优越，能够准确地反映出施工全过程的真实状况，满足对预制梁场施工全过程进行监督的需求。

3 结语

BIM 技术极大地推动了预制梁场施工从传统的人工作业向机械化转型的进程。通过BIM 技术，施工过程的可视化监督也变得更加智能，施工机械化也进一步向自动化升级。结合BIM可视化云平台技术，从材料进场、试验检测、各工序施工、成品检测、成品梁出库等各个环节，实现了预制梁场的三维可视化过程。通过软件的二次开发，能够有效地控制预制梁场的施工进程，从而显著提高了预制梁场的生产效率，并提升了预制梁场的管理水平。