CN107220464A - 一种基于bim的桥梁施工过程仿真及风险控制方法 - Google Patents

一种基于bim的桥梁施工过程仿真及风险控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，包括如下步骤：一、建立桥梁的BIM模型并通过3D打印机将施工过程中所需构件模型打印出来；二、利用BIM模型及3D打印模型模拟桥梁施工的各工序及过程，对施工过程中各种可能影响桥梁结构安全的风险进行分析识别；三、对BIM模型通过有限元分析计算出各种风险下桥梁结构的变化情况，确定施工过程监测部位及监测控制数据；四、利用BIM模型及3D打印模型进行施工过程演示及人员培训，同时作为施工样板引路；五、在现场施工过程中对施工过程进行监测及风险控制。本发明在桥梁施工过程中可进行有效监测并对可能出现的各类风险进行防范控制，方法简洁，效果好，实用性强。

Description

一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法
技术领域
本发明属于建筑领域，具体涉及一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法。
背景技术
目前我国桥梁发展迅速，已建设了多座不同结构形式、大跨径、高墩柱的桥梁，取得了令世界瞩目的成就。如何准确地分析及识别桥梁施工过程中的风险，并制定相应的控制及监测措施，在保证安全的情况下确保桥梁施工质量、进度是桥梁施工单位面临研究难题。
建筑信息模型(BIM模型)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。BIM模型具有可视化，比较直观的优点，目前BIM的应用也越来越多，但是仍然具有实现不了像实体模型可以直接触摸操作的缺点，因而难以实现在施工过程中进行有效的监测并对可能出现的各类风险进行防范及控制；目前建筑工程的样板引路基本上是直接建造部分样板实体进行展示，虽然直观，但是实体模型具有重量大，体量大，占用空间多，建造及拆装麻烦，重复利用率底，成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，本方法利用建立的BIM模型结合有限元分析，按照BIM模型分析及识别出的各种施工风险进行模拟计算，达到指导施工及施工监测的目的。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
本发明一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，包括如下步骤：
步骤一：根据桥梁设计图纸中桥梁的设计参数利用建筑信息化技术建立桥梁的BIM模型，通过3D打印机将该BIM模型在施工过程中所需的构件模型打印出来；
步骤二：利用建立的BIM模型及3D打印模型模拟桥梁施工的各个工序及过程，对施工过程中的各种可能影响桥梁结构安全的风险进行分析识别；
步骤三：对建立的BIM模型通过有限元分析计算出各种风险下桥梁结构的变化情况，确定施工过程监测部位及监测控制数据，以降低现场施工过程中的各类风险；
步骤四：利用BIM模型及3D打印模型结合桥梁施工过程需监测的部位和监测控制数据进行施工过程的演示及人员培训，同时作为施工样板引路。
步骤五：在现场施工过程中对施工过程进行监测，实现施工过程中的风险控制。
进一步地，所述步骤二中的模拟桥梁施工的各个工序及过程，包括桥梁施工过程中所有的施工工序及过程或者选择所需要进行模拟的施工工序及过程。
进一步地，所述步骤二中各种可能影响桥梁结构安全的风险，包括由施工人员、施工设备、施工材料、施工方法、施工工序、施工时气温、施工过程中的恶劣天气、施工运输道路、社会公用道路中的单一因素或多个因素综合造成的风险。
进一步地，所述步骤二中的风险分析识别是通过BIM模型及3D模型的施工过程模拟，分析出所述风险的影响因素，建立风险清单，并制定相应的解决措施。
进一步地，所述步骤三中对建立的BIM模型通过有限元分析计算，是将BIM模型通过转换成有限元分析软件所需的计算模型或者利用相应的BIM模型软件的有限元计算软件进行所述风险条件下的分析计算。
进一步地，所述步骤三中施工过程监测部位及监测控制数据，是通过有限元分析计算确定的以及设计图纸中要求的施工过程中监测部位及监测控制数据。
进一步地，所述步骤四中利用BIM模型及3D打印模型结合桥梁施工过程需监测的部位和监测控制数据进行施工过程的演示及人员培训，是通过BIM模型的可视化、人机交互的特性进行虚拟的模拟演示及3D打印模型的可实体操作的特性进行现实操作演示，指导施工技术人员进行施工方案设计，对施工人员进行培训及技术交底；所述的施工样板引路，是将施工过程中质量及安全的控制要点，通过对BIM模型转换成多媒体显示、将BIM模型打印成所需的展示图片、将3D打印的构件模型进行样板展示来达到施工样板引路的目的，为所述的施工过程风险控制奠定基础。
本发明所述方法利用桥梁的BIM模型结合有限元分析，按照桥梁BIM模型分析及识别出的各种施工风险进行模拟计算，达到指导施工及施工监测并能对施工的各类风险进行控制的目的；本发明所述方法利用3D打印技术，将BIM模型按照需要缩放打印，具有模型大小可控，且模型材质一般为塑料，比较轻便，可以直接让人上手操作演示，达到与实体同等的效果。
本发明所述的方法不仅限于桥梁施工，对其它方面的建设工程施工均可借鉴，并能达到同样的目的，满足施工过程仿真及风险控制的需要。
附图说明
图1是本发明所述方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，包括如下步骤：
步骤一：根据桥梁设计图纸中桥梁的设计参数利用建筑信息化技术建立桥梁的BIM模型，通过3D打印机将该BIM模型在施工过程中所需的构件模型打印出来；打印构件模型时可以使用塑料材质的耗材，并按照需要进行缩放打印，这样打印出来的构件模型轻便，适合进行演示操作，达到与实体同等的效果；
步骤二：利用建立的BIM模型及3D打印模型模拟桥梁施工的各个工序及过程，对施工过程中的各种可能影响桥梁结构安全的风险进行分析识别；利用桥梁的BIM模型以及3D打印模型模拟施工过程时，具有可视性，直观性，实操性，有利于施工风险的分析识别；
步骤三：对建立的BIM模型通过有限元分析计算出各种风险下桥梁结构的变化情况，确定施工过程监测部位及监测控制数据；
步骤四：利用BIM模型及3D打印模型结合桥梁施工过程需监测的部位和监测控制数据进行施工过程的演示及人员培训，同时作为施工样板引路。
步骤五：在现场施工过程中对施工过程进行监测，实现施工过程中的风险防范及控制。
本实施例中所述步骤二中的模拟桥梁施工的各个工序及过程为桥梁施工过程中所有的施工工序及过程或者选择所需要进行模拟的施工工序及过程。也就是说本发明所述方法适合桥梁施工的整个过程，也可以对桥梁施工的某个特定过程应用本发明所述方法；
本实施例中所述步骤二中各种可能影响桥梁结构安全的风险，包括由施工人员、施工设备、施工材料、施工方法、施工工序、施工时气温、施工过程中的恶劣天气、施工运输道路、社会公用道路等因素中的单一因素或多个因素综合造成的各类风险。
本实施例中所述步骤二中的风险分析识别是通过BIM模型及3D模型的施工过程模拟，分析出所述风险的影响因素，建立风险清单，并制定相应的解决措施。
本实施例中所述步骤三中对建立的BIM模型通过有限元分析计算，是将BIM模型通过转换成有限元分析软件所需的计算模型或者利用相应的BIM模型软件的有限元计算软件进行所述风险条件下的分析计算。
本实施例中所述步骤三中施工过程监测部位及监测控制数据，是通过有限元分析计算确定的监测部位及监测控制数据以及设计图纸中要求的施工过程中监测部位及监测控制数据。
本实施例中所述步骤四中利用BIM模型及3D打印模型结合桥梁施工过程需监测的部位和监测控制数据进行施工过程的演示及人员培训，是通过BIM模型的可视化、人机交互的特性进行虚拟的模拟演示及3D打印模型的可实体操作的特性进行现实操作演示，指导施工技术人员进行施工方案设计，对施工人员进行培训及技术交底；所述的施工样板引路，是将施工过程中质量及安全的控制要点，通过对BIM模型转换成多媒体显示、将BIM模型打印成所需的展示图片、将3D打印的构件模型进行样板展示来达到施工样板引路的目的，为所述的施工过程风险控制奠定基础。
下面以本发明应用于山区高墩柱刚构桥梁悬臂浇筑法施工过程为例对本发明作进一步说明。
悬臂浇筑法指的是在桥墩两侧设置工作平台，平衡地逐段向跨中悬臂浇筑水泥混凝土梁体，并逐段施加预应力的施工方法。
悬臂浇筑法主要设备是一对能行走的挂篮，挂篮在已经张拉锚固并与墩身连成整体的梁段上移动，绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土、施预应力都在其上进行。完成本段施工后，挂篮对称向前各移动一节段，进行下一对梁段施工，循序前行，直至悬臂梁段浇筑完成。
悬臂浇筑法技术目前已经比较成熟，在国内桥梁中的应用也较多，但是不可否认的是：悬臂浇筑法对施工工艺的掌握熟练程度，梁体两端施工的平衡性，挂篮设备的稳定性，多跨悬臂梁体合拢前梁体的稳定性，分段施工梁体的预拱度控制，预应力张拉控制，气温的影响，风力的影响，施工环境的影响等等，都是施工过程中风险控制的重点及难点，一处控制不好都可能造成非常严重的后果，因此悬臂浇筑法施工中的施工风险的防范、施工监测、作业人员培训等尤其显得重要。
其具体实施步骤是：
(1)建立高墩柱刚构桥梁的BIM模型，包括桥梁的墩柱、0#块、分节浇筑的梁段、钢筋、预应力管道、钢绞线、挂篮、塔吊、运输电梯等，通过测量的地形数据，建立地形数字模型；
(2)按照悬臂法施工顺序，用3D打印机打印出挂篮设备、桥梁的桥墩、梁段、钢筋及预应力管道等各个构件模型；
(3)利用BIM模型、地形数字模型及3D打印模型，进行悬臂法施工过程仿真模拟；
(4)通过施工过程模拟，进行风险分析及识别，如：设计图纸中存在的错误或不合理，分节浇筑的梁段对称施工的失衡，挂篮设备超重、挂篮设备的安装及行走时的不对称、失稳，梁段混凝土浇筑的顺序错误、悬臂梁体合拢前梁体的稳定性，预应力张拉的顺序，梁体合拢时的气温影响，风力的影响，山区复杂地形环境对施工的影响等；
(5)对识别的风险进行分类，对于影响桥梁结构的风险，用有限元分析计算在这些风险下，施工过程中挂篮设备、桥墩、梁块等结构的应力及位移变化情况，为编制桥梁施工方案提供依据并确定施工监测部位及监测的控制数据；
(6)利用BIM模型及3D打印模型指导施工技术方案设计；通过演示及实际操作，对作业人员进行交底及培训；用BIM模型及3D模型作为施工样板达到样板引路的目的。
(7)按照制定的施工技术方案指导施工并对施工过程进行监测，实现施工实施过程中的风险防范及控制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，包括如下步骤：
步骤一：根据桥梁设计图纸中桥梁的设计参数利用建筑信息化技术建立桥梁的BIM模型，通过3D打印机将该BIM模型在施工过程中所需的构件模型打印出来；
步骤二：利用建立的BIM模型及3D打印模型模拟桥梁施工的各个工序及过程，对施工过程中的各种可能影响桥梁结构安全的风险进行分析识别；
步骤三：对建立的BIM模型通过有限元分析计算出各种风险下桥梁结构的变化情况，确定施工过程监测部位及监测控制数据，以降低现场施工过程中的各类风险；
步骤四：利用BIM模型及3D打印模型结合桥梁施工过程需监测的部位和监测控制数据进行施工过程的演示及人员培训，同时作为施工样板引路。
步骤五：在现场施工过程中对施工过程进行监测，实现施工过程中的风险控制。
2.根据权利要求1所述一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，其特征在于：所述步骤二中的模拟桥梁施工的各个工序及过程为桥梁施工过程中所有的施工工序及过程或者选择所需要进行模拟的施工工序及过程。
3.根据权利要求1所述一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，其特征在于：所述步骤二中各种可能影响桥梁结构安全的风险，包括由施工人员、施工设备、施工材料、施工方法、施工工序、施工时气温、施工过程中的恶劣天气、施工运输道路、社会公用道路中的单一因素或多个因素综合造成的各类风险。
4.根据权利要求1所述一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，其特征在于：所述步骤二中的风险分析识别是通过BIM模型及3D模型的施工过程模拟，分析出所述风险的影响因素，建立风险清单，并制定相应的解决措施。
5.根据权利要求1所述一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，其特征在于：所述步骤三中对建立的BIM模型通过有限元分析计算，是将BIM模型通过转换成有限元分析软件所需的计算模型或者利用相应的BIM模型软件的有限元计算软件进行所述风险条件下的分析计算。
6.根据权利要求1所述一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，其特征在于：所述步骤三中施工过程监测部位及监测控制数据，是通过有限元分析计算确定的监测部位及监测控制数据以及设计图纸中要求的施工过程中监测部位及监测控制数据。
7.根据权利要求1所述一种基于BIM的桥梁施工过程仿真及风险控制方法，其特征在于：所述步骤四中利用BIM模型及3D打印模型结合桥梁施工过程需监测的部位和监测控制数据进行施工过程的演示及人员培训，是通过BIM模型的可视化、人机交互的特性进行虚拟的模拟演示及3D打印模型的可实体操作的特性进行现实操作演示，指导施工技术人员进行施工方案设计，对施工人员进行培训及技术交底；所述的施工样板引路，是将施工过程中质量及安全的控制要点，通过对BIM模型转换成多媒体显示、将BIM模型打印成所需的展示图片、将3D打印的构件模型进行样板展示来达到施工样板引路的目的，为所述的施工过程风险控制奠定基础。
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