顧俊+程慶

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

關(guān)鍵詞：P3軟件;橋梁施工過程;實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真;工程施工優(yōu)化;工程數(shù)據(jù)庫

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

一、引言

大型橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)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(jìn)度難以用圖表和量化數(shù)值來表示。目前大型橋梁的施工方案的預(yù)期建設(shè)成果一般表現(xiàn)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(duì)大型橋梁工程施工過程宏觀上的直觀控制。計(jì)算機(jī)三維動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)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(xiàng)研究不僅僅停留在橋梁工程施工進(jìn)度控制中動(dòng)態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)上，還將橋梁工程動(dòng)態(tài)仿真施工過程中加入帶有時(shí)間軸的時(shí)空數(shù)據(jù)，以及橋梁工程施工進(jìn)度控制、工程實(shí)體和施工控制中復(fù)雜的動(dòng)態(tài)時(shí)空邏輯關(guān)系等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及信息轉(zhuǎn)化為可視化的動(dòng)態(tài)圖形。本文將P3軟件及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)應(yīng)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)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(wǎng)絡(luò)進(jìn)度計(jì)劃軟件，特別適合用于工程項(xiàng)目規(guī)模大、施工工序多、邏輯關(guān)系復(fù)雜的工程。大型橋梁工程施工具有分標(biāo)多、施工工序多、工程量大、工期緊、施工技術(shù)復(fù)雜等特點(diǎn)，這些因素決定了大型橋梁工程的施工進(jìn)度控制必須實(shí)行分層管理、動(dòng)態(tài)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(yōu)化

橋梁的施工根據(jù)施工工藝的不同可以制定不同的施工順序，但要協(xié)調(diào)好各單項(xiàng)工程項(xiàng)目的施工進(jìn)度，保證工程項(xiàng)目的順利銜接，這就要建立一個(gè)工程施工優(yōu)化系統(tǒng)。建立這個(gè)系統(tǒng)也是進(jìn)行大型橋梁工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真的基礎(chǔ)，能更準(zhǔn)確、逼真地描繪施工過程。

1.假設(shè)條件。在建立這個(gè)工程施工優(yōu)化系統(tǒng)時(shí)必須進(jìn)行一些假設(shè)，使之變成一個(gè)理想的工作模型。（1）施工材料的供應(yīng)是連續(xù)的;（2）施工過程連續(xù)不斷，工序的銜接順利不中斷;（3）施工隊(duì)的施工能力滿足施工工藝的要求。

2.橋梁工程數(shù)據(jù)庫。要使橋梁工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真更為逼真，就要求建立一個(gè)完整詳盡的原始工程數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)交互式輸入是否正確是系統(tǒng)正確、合理運(yùn)行的基礎(chǔ);另外，這些橋梁施工數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)積累原始數(shù)據(jù)，對(duì)今后施工有借鑒意義，因此符合真實(shí)和科學(xué)的數(shù)據(jù)對(duì)本數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行最為關(guān)鍵。

工程數(shù)據(jù)庫應(yīng)包括以下一些內(nèi)容：（1）橋梁所采用的形式;（2）施工形體數(shù)據(jù)：橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸，這部分?jǐn)?shù)據(jù)在施工圖上會(huì)準(zhǔn)確反映，可以參見施工圖;（3）以橋梁工程結(jié)構(gòu)具體施工數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用軟件系統(tǒng)生成仿真范圍內(nèi)所有施工結(jié)構(gòu)模型代號(hào)、混凝土方量、模板數(shù)量、鋼筋量、空間位置等原始數(shù)據(jù);（4）勞動(dòng)力安排，施工日志文件等;（5）機(jī)械設(shè)備及設(shè)施的性能和布置參數(shù);吊車、發(fā)電機(jī)、混凝土自動(dòng)計(jì)量配料機(jī)、混凝土自動(dòng)計(jì)量拌和機(jī)、混凝土輸送車、混凝土泵車、變壓器、鋼筋彎曲機(jī)、鋼筋切割機(jī)、閃光對(duì)焊機(jī)、搗固鏟、搗固棒、高壓水槍、水泵、角磨機(jī)、駁船等的運(yùn)行參數(shù)、生產(chǎn)率等，臨時(shí)碼頭、鋼筋加工場(chǎng)、混凝土拌和樓、預(yù)制構(gòu)件場(chǎng)等的生產(chǎn)規(guī)模和布置情況，以及供料線的布置情況;（6）橋梁施工規(guī)范數(shù)據(jù);預(yù)應(yīng)力梁張拉和放張的受力情況，錨固長(zhǎng)度，不同季節(jié)施工間歇時(shí)間、立模時(shí)間、鋼筋綁扎時(shí)間、混凝土澆筑時(shí)間、混凝土構(gòu)件蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)間、允許拆模時(shí)間等數(shù)據(jù);（7）施工方案數(shù)據(jù)、各種施工機(jī)械數(shù)量、施工機(jī)械的臺(tái)班數(shù)、施工機(jī)械裝拆時(shí)間、施工平臺(tái)的安裝時(shí)間、各種施工機(jī)械承擔(dān)施工范圍等。

3.施工優(yōu)化模型。橋梁工程各結(jié)構(gòu)所采取的施工工藝直接影響工程施工工期、場(chǎng)地、材料、質(zhì)量等，所以在進(jìn)行大型橋梁工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，要對(duì)各工程施工進(jìn)行優(yōu)化組合，協(xié)調(diào)好工程施工的關(guān)系，保證各相關(guān)工程的施工進(jìn)度，使工程施工在最優(yōu)化狀態(tài)下進(jìn)行。橋梁的上、下部結(jié)構(gòu)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(qiáng)大功能建立一個(gè)多層次的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，便于協(xié)調(diào)好各工程之間的主次關(guān)系。

四、施工動(dòng)態(tài)仿真

大型橋梁工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真需要綜合考慮多方面的因素。橋梁結(jié)構(gòu)各部分施工具備一定的獨(dú)立性，在仿真過程中又要能有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真。

1.現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)是工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真的一個(gè)重要保證?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)包括一些隨機(jī)數(shù)據(jù)的測(cè)算和施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查，這對(duì)工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真的準(zhǔn)確性、逼真性非常重要。橋梁施工過程中有許多隨機(jī)事件需要進(jìn)行測(cè)算得到一個(gè)合理的數(shù)值以便在動(dòng)態(tài)仿真過程中精確描繪。例如鋼筋籠的吊裝、對(duì)接的時(shí)間;混凝土從攪拌地點(diǎn)運(yùn)往灌注位置的時(shí)間、每車混凝土的澆筑時(shí)間和振搗時(shí)間;架一片梁的時(shí)間等等隨機(jī)數(shù)據(jù)。這些都是影響工程施工時(shí)間的數(shù)據(jù)，同時(shí)也是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真的準(zhǔn)確性的約束條件。施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的一些約束工程施工進(jìn)度的邊界條件，例如當(dāng)?shù)氐臍夂驅(qū)蛄汗こ淌┕さ挠绊?、周圍地形的影響等等影響因素?/p>

2.P3軟件的進(jìn)度表達(dá)。首先把橋梁工程的下部結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的各單項(xiàng)工程施工工序細(xì)化。首先輸入各項(xiàng)目的最早開工時(shí)間、工期、項(xiàng)目間邏輯關(guān)系等基本數(shù)據(jù)，經(jīng)過進(jìn)度計(jì)算得出每個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵線路及非關(guān)鍵線路的自由時(shí)差，通過控制、管理資源及資源平衡得出較為合理的施工進(jìn)度，在實(shí)際施工中要進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，進(jìn)度及時(shí)更新。計(jì)劃安排橋梁工程整個(gè)項(xiàng)目過程中的時(shí)間進(jìn)度、資源和費(fèi)用，包括工程目標(biāo)和工作范圍（WBS（工程分解結(jié)構(gòu)））的建立、作業(yè)代碼的建立、作業(yè)分類碼、資源代碼和日歷代碼、每個(gè)工程項(xiàng)目的施工作業(yè)時(shí)間（包括計(jì)劃工期和作業(yè)日歷）的確定、每個(gè)工程施工作業(yè)的資源量的確定、項(xiàng)目間邏輯關(guān)系的建立、費(fèi)用預(yù)算等，經(jīng)過進(jìn)度計(jì)算中得出工程完工日期最長(zhǎng)的連續(xù)的作業(yè)路徑或自由時(shí)差為零的作業(yè)線路即為關(guān)鍵線路。在工程實(shí)際施工中，實(shí)際進(jìn)度總是與計(jì)劃進(jìn)度有一定的出入，需要對(duì)實(shí)際工程進(jìn)度進(jìn)行跟蹤，收集并及整理反饋施工現(xiàn)場(chǎng)的信息，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)傳遞工程進(jìn)展信息。而工程控制的目的是對(duì)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行比較，分析和評(píng)估當(dāng)前施工的執(zhí)行情況，并根據(jù)當(dāng)前施工的實(shí)際情況及目前時(shí)間坐標(biāo)提出新的關(guān)鍵線路，為確定工程新計(jì)劃提出可行性的依據(jù)和建議。對(duì)工程計(jì)劃管理過程中出現(xiàn)的示警信息應(yīng)及時(shí)分析形成的原因，研究應(yīng)對(duì)措施，爭(zhēng)取主動(dòng)解決問題。科學(xué)合理處理工程變更，將變更信息反饋到P3計(jì)劃中，并對(duì)邏輯關(guān)系、資源配置、非關(guān)鍵工作項(xiàng)目進(jìn)行合理調(diào)整，各個(gè)工序之間銜接關(guān)系修正，優(yōu)化施工資源配置，在不影響總工期的前提下公正合理地評(píng)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(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)采集和初始。讀取各分部分項(xiàng)工程和單位工程的施工進(jìn)度、各類工程機(jī)械的性能參數(shù)和施工能力、橋梁樁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及施工工藝所需滿足的一些參數(shù)（振搗能力、預(yù)應(yīng)力梁鋼筋張拉和放張程度、錨固長(zhǎng)度等）。（2）確定仿真相關(guān)變量。以樁基處理為整個(gè)工程的開工日期為仿真起點(diǎn)，同時(shí)在模型中建立多個(gè)子項(xiàng)目，輸入每個(gè)子項(xiàng)目的起訖日期、施工流程和工程量，同時(shí)還要與相關(guān)工程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)調(diào)，保證相關(guān)工程的橋梁工程分項(xiàng)工程施工進(jìn)度。（3）結(jié)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(shí)，判斷該天是否已到仿真終止時(shí)間，是則仿真結(jié)束，否則繼續(xù)判斷該天是否可以施工，可以施工則繼續(xù)推進(jìn)，不可施工則順延至下一天。（4）每日工程完工情況仿真。根據(jù)仿真施工步距和施工進(jìn)度安排，利用仿真技術(shù)把每日施工工程量變成工程實(shí)體的三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真，同時(shí)還要對(duì)各平行施工項(xiàng)目進(jìn)行仿真。

五、實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)態(tài)圖形模擬

橋梁施工三維仿真模擬結(jié)果采用圖形來描述施工管理內(nèi)涵，雖然施工參數(shù)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(wǎng)絡(luò)圖和橫道圖來描述工程進(jìn)度，便于施工進(jìn)度和成本分析和管理，但表達(dá)方式不夠形象。橋梁工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真以三維圖形動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)工程施工進(jìn)度，并采用視景仿真技術(shù)在工程任何位置沿任何方向觀看工程情況，更好地指導(dǎo)工程施工，以期使工程施工進(jìn)度計(jì)劃管理得到進(jìn)一步完善。橋梁工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真要表現(xiàn)的圖形主要有三維工程施工形象圖、工程施工進(jìn)度演示、橋梁各部位結(jié)構(gòu)圖形。

利用P3軟件計(jì)算得到的數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)仿真軟件能夠生成工程主體任意時(shí)刻的施工面貌，將生成的圖形按照時(shí)間順序在屏幕上依次顯示出來，便可產(chǎn)生動(dòng)態(tài)效果。其中工程施工仿真系統(tǒng)的三維動(dòng)態(tài)效果圖是由工程系統(tǒng)各施工單元的形體參數(shù)、時(shí)間t以及t時(shí)刻各施工單元的施工進(jìn)度來確定的。隨著施工進(jìn)度的推進(jìn)，及時(shí)更新施工現(xiàn)場(chǎng)的工程施工參數(shù)，同時(shí)在屏幕上以三維圖形方式實(shí)時(shí)顯示出來，這樣就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工程施工過程的動(dòng)態(tài)仿真。

六、結(jié)束語

結(jié)合P3軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)大型橋梁工程施工實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真是本文的特點(diǎn)。將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和P3軟件運(yùn)用到橋梁工程的施工過程中，不僅實(shí)現(xiàn)了如橋梁工程這類系統(tǒng)復(fù)雜工程仿真模擬和工程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理和利用，又提供了較為真實(shí)且利用便利的橋梁模型數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度的可視化，給橋梁工程施工進(jìn)度檢查和修正選擇提供了一個(gè)科學(xué)、形象、直觀的分析軟件，推進(jìn)了橋梁工程的施工與管理工作的可視化、數(shù)字化發(fā)展。本文方法的推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

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