橋梁工程施工實時動態仿真研究綜述

顧俊+程慶

摘要：針對工程施工過程動態變化特性，研究將工程施工過程抽象為各個部件的建模及虛擬裝配過程，采用三維圖形技術，以三維模型的形式反映工程的計劃施工進度和實際施工進度情況，并采用視景仿真技術在工程任何位置沿任何方向觀看工程情況，更好地指導工程施工，以期使工程施工進度計劃管理得到進一步完善。

關鍵詞：P3軟件;橋梁施工過程;實時動態仿真;工程施工優化;工程數據庫

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）42-0075-02

一、引言

大型橋梁結構復雜，組成部分多，各部分的施工工藝多種多樣，施工工序重疊交織多，因此施工進度難以用圖表和量化數值來表示。目前大型橋梁的施工方案的預期建設成果一般表現為二維的平面圖、三維圖像、斷面圖等形式，這些并不能反映施工情況，并且很難做到對大型橋梁工程施工過程宏觀上的直觀控制。計算機三維動態實時可視化仿真為大型橋梁工程的施工管理提供了更直觀、更有效的方法。這項研究不僅僅停留在橋梁工程施工進度控制中動態仿真的實現上，還將橋梁工程動態仿真施工過程中加入帶有時間軸的時空數據，以及橋梁工程施工進度控制、工程實體和施工控制中復雜的動態時空邏輯關系等動態數據及信息轉化為可視化的動態圖形。本文將P3軟件及計算機仿真技術應用于大型橋梁工程施工的仿真過程，提出了橋梁工程施工實時動態仿真方法，為大型橋梁工程施工控制和管理提供了一種更加形象和有效的方法。

二、P3軟件適用性

P3軟件是使用最為廣泛的網絡進度計劃軟件，特別適合用于工程項目規模大、施工工序多、邏輯關系復雜的工程。大型橋梁工程施工具有分標多、施工工序多、工程量大、工期緊、施工技術復雜等特點，這些因素決定了大型橋梁工程的施工進度控制必須實行分層管理、動態控制，利用P3軟件就很好地解決了這方面的問題。

三、工程施工優化

橋梁的施工根據施工工藝的不同可以制定不同的施工順序，但要協調好各單項工程項目的施工進度，保證工程項目的順利銜接，這就要建立一個工程施工優化系統。建立這個系統也是進行大型橋梁工程施工實時動態仿真的基礎，能更準確、逼真地描繪施工過程。

1.假設條件。在建立這個工程施工優化系統時必須進行一些假設，使之變成一個理想的工作模型。（1）施工材料的供應是連續的;（2）施工過程連續不斷，工序的銜接順利不中斷;（3）施工隊的施工能力滿足施工工藝的要求。

2.橋梁工程數據庫。要使橋梁工程施工實時動態仿真更為逼真，就要求建立一個完整詳盡的原始工程數據庫。數據交互式輸入是否正確是系統正確、合理運行的基礎;另外，這些橋梁施工數據是基礎積累原始數據，對今后施工有借鑒意義，因此符合真實和科學的數據對本數據庫的運行最為關鍵。

工程數據庫應包括以下一些內容：（1）橋梁所采用的形式;（2）施工形體數據：橋梁上部結構和下部結構各構件的尺寸，這部分數據在施工圖上會準確反映，可以參見施工圖;（3）以橋梁工程結構具體施工數據為基礎，利用軟件系統生成仿真范圍內所有施工結構模型代號、混凝土方量、模板數量、鋼筋量、空間位置等原始數據;（4）勞動力安排，施工日志文件等;（5）機械設備及設施的性能和布置參數;吊車、發電機、混凝土自動計量配料機、混凝土自動計量拌和機、混凝土輸送車、混凝土泵車、變壓器、鋼筋彎曲機、鋼筋切割機、閃光對焊機、搗固鏟、搗固棒、高壓水槍、水泵、角磨機、駁船等的運行參數、生產率等，臨時碼頭、鋼筋加工場、混凝土拌和樓、預制構件場等的生產規模和布置情況，以及供料線的布置情況;（6）橋梁施工規范數據;預應力梁張拉和放張的受力情況，錨固長度，不同季節施工間歇時間、立模時間、鋼筋綁扎時間、混凝土澆筑時間、混凝土構件蒸汽養護時間、允許拆模時間等數據;（7）施工方案數據、各種施工機械數量、施工機械的臺班數、施工機械裝拆時間、施工平臺的安裝時間、各種施工機械承擔施工范圍等。

3.施工優化模型。橋梁工程各結構所采取的施工工藝直接影響工程施工工期、場地、材料、質量等，所以在進行大型橋梁工程施工實時動態仿真時，要對各工程施工進行優化組合，協調好工程施工的關系，保證各相關工程的施工進度，使工程施工在最優化狀態下進行。橋梁的上、下部結構施工在施工方案和施工能力允許的條件下盡量采取平行施工，利用P3的強大功能建立一個多層次的項目數據庫，便于協調好各工程之間的主次關系。

四、施工動態仿真

大型橋梁工程施工實時動態仿真需要綜合考慮多方面的因素。橋梁結構各部分施工具備一定的獨立性，在仿真過程中又要能有機地結合在一起，實現工程施工實時動態仿真。

1.現場觀測?，F場觀測是工程施工實時動態仿真的一個重要保證?，F場觀測包括一些隨機數據的測算和施工現場實地調查，這對工程施工實時動態仿真的準確性、逼真性非常重要。橋梁施工過程中有許多隨機事件需要進行測算得到一個合理的數值以便在動態仿真過程中精確描繪。例如鋼筋籠的吊裝、對接的時間;混凝土從攪拌地點運往灌注位置的時間、每車混凝土的澆筑時間和振搗時間;架一片梁的時間等等隨機數據。這些都是影響工程施工時間的數據，同時也是實時動態仿真的準確性的約束條件。施工現場實地調查是對施工現場的一些約束工程施工進度的邊界條件，例如當地的氣候對橋梁工程施工的影響、周圍地形的影響等等影響因素。

2.P3軟件的進度表達。首先把橋梁工程的下部結構和上部結構的各單項工程施工工序細化。首先輸入各項目的最早開工時間、工期、項目間邏輯關系等基本數據，經過進度計算得出每個項目的關鍵線路及非關鍵線路的自由時差，通過控制、管理資源及資源平衡得出較為合理的施工進度，在實際施工中要進行動態跟蹤，進度及時更新。計劃安排橋梁工程整個項目過程中的時間進度、資源和費用，包括工程目標和工作范圍（WBS（工程分解結構））的建立、作業代碼的建立、作業分類碼、資源代碼和日歷代碼、每個工程項目的施工作業時間（包括計劃工期和作業日歷）的確定、每個工程施工作業的資源量的確定、項目間邏輯關系的建立、費用預算等，經過進度計算中得出工程完工日期最長的連續的作業路徑或自由時差為零的作業線路即為關鍵線路。在工程實際施工中，實際進度總是與計劃進度有一定的出入，需要對實際工程進度進行跟蹤，收集并及整理反饋施工現場的信息，發現問題，及時傳遞工程進展信息。而工程控制的目的是對實際進度與計劃進度進行比較，分析和評估當前施工的執行情況，并根據當前施工的實際情況及目前時間坐標提出新的關鍵線路，為確定工程新計劃提出可行性的依據和建議。對工程計劃管理過程中出現的示警信息應及時分析形成的原因，研究應對措施，爭取主動解決問題?？茖W合理處理工程變更，將變更信息反饋到P3計劃中，并對邏輯關系、資源配置、非關鍵工作項目進行合理調整，各個工序之間銜接關系修正，優化施工資源配置，在不影響總工期的前提下公正合理地評估工程變更的影響。endprint

3.綜合模型。綜合模型主要是完成下列工作內容：（1）數據采集和初始。讀取各分部分項工程和單位工程的施工進度、各類工程機械的性能參數和施工能力、橋梁樁基礎數據及施工工藝所需滿足的一些參數（振搗能力、預應力梁鋼筋張拉和放張程度、錨固長度等）。（2）確定仿真相關變量。以樁基處理為整個工程的開工日期為仿真起點，同時在模型中建立多個子項目，輸入每個子項目的起訖日期、施工流程和工程量，同時還要與相關工程項目進行協調，保證相關工程的橋梁工程分項工程施工進度。（3）結合施工日志與施工仿真模擬。施工仿真以1d為施工步距，每天起始時，判斷該天是否已到仿真終止時間，是則仿真結束，否則繼續判斷該天是否可以施工，可以施工則繼續推進，不可施工則順延至下一天。（4）每日工程完工情況仿真。根據仿真施工步距和施工進度安排，利用仿真技術把每日施工工程量變成工程實體的三維實時動態仿真，同時還要對各平行施工項目進行仿真。

五、實現三維動態圖形模擬

橋梁施工三維仿真模擬結果采用圖形來描述施工管理內涵，雖然施工參數列表可提供大量的重要信息，但它無法直觀和分析比較，工程中常常采用網絡圖和橫道圖來描述工程進度，便于施工進度和成本分析和管理，但表達方式不夠形象。橋梁工程施工實時動態仿真以三維圖形動態地表現工程施工進度，并采用視景仿真技術在工程任何位置沿任何方向觀看工程情況，更好地指導工程施工，以期使工程施工進度計劃管理得到進一步完善。橋梁工程施工實時動態仿真要表現的圖形主要有三維工程施工形象圖、工程施工進度演示、橋梁各部位結構圖形。

利用P3軟件計算得到的數據和計算機仿真軟件能夠生成工程主體任意時刻的施工面貌，將生成的圖形按照時間順序在屏幕上依次顯示出來，便可產生動態效果。其中工程施工仿真系統的三維動態效果圖是由工程系統各施工單元的形體參數、時間t以及t時刻各施工單元的施工進度來確定的。隨著施工進度的推進，及時更新施工現場的工程施工參數，同時在屏幕上以三維圖形方式實時顯示出來，這樣就實現了整個工程施工過程的動態仿真。

六、結束語

結合P3軟件平臺實現大型橋梁工程施工實時動態仿真是本文的特點。將計算機仿真技術和P3軟件運用到橋梁工程的施工過程中，不僅實現了如橋梁工程這類系統復雜工程仿真模擬和工程結構數據庫管理和利用，又提供了較為真實且利用便利的橋梁模型數據，并實現了施工進度的可視化，給橋梁工程施工進度檢查和修正選擇提供了一個科學、形象、直觀的分析軟件，推進了橋梁工程的施工與管理工作的可視化、數字化發展。本文方法的推廣應用前景十分廣闊。

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