本發(fā)明屬于建筑領(lǐng)域，具體涉及一種基于bim的橋梁施工過程仿真及風(fēng)險控制方法。

背景技術(shù)：

目前我國橋梁發(fā)展迅速，已建設(shè)了多座不同結(jié)構(gòu)形式、大跨徑、高墩柱的橋梁，取得了令世界矚目的成就。如何準(zhǔn)確地分析及識別橋梁施工過程中的風(fēng)險，并制定相應(yīng)的控制及監(jiān)測措施，在保證安全的情況下確保橋梁施工質(zhì)量、進度是橋梁施工單位面臨研究難題。

建筑信息模型(bim模型)是以建筑工程項目的各項相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立起三維的建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息。bim模型具有可視化，比較直觀的優(yōu)點，目前bim的應(yīng)用也越來越多，但是仍然具有實現(xiàn)不了像實體模型可以直接觸摸操作的缺點，因而難以實現(xiàn)在施工過程中進行有效的監(jiān)測并對可能出現(xiàn)的各類風(fēng)險進行防范及控制；目前建筑工程的樣板引路基本上是直接建造部分樣板實體進行展示，雖然直觀，但是實體模型具有重量大，體量大，占用空間多，建造及拆裝麻煩，重復(fù)利用率底，成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于bim的橋梁施工過程仿真及風(fēng)險控制方法，本方法利用建立的bim模型結(jié)合有限元分析，按照bim模型分析及識別出的各種施工風(fēng)險進行模擬計算，達到指導(dǎo)施工及施工監(jiān)測的目的。

本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明一種基于bim的橋梁施工過程仿真及風(fēng)險控制方法，包括如下步驟：

步驟一：根據(jù)橋梁設(shè)計圖紙中橋梁的設(shè)計參數(shù)利用建筑信息化技術(shù)建立橋梁的bim模型，通過3d打印機將該bim模型在施工過程中所需的構(gòu)件模型打印出來；

步驟二：利用建立的bim模型及3d打印模型模擬橋梁施工的各個工序及過程，對施工過程中的各種可能影響橋梁結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險進行分析識別；

步驟三：對建立的bim模型通過有限元分析計算出各種風(fēng)險下橋梁結(jié)構(gòu)的變化情況，確定施工過程監(jiān)測部位及監(jiān)測控制數(shù)據(jù)，以降低現(xiàn)場施工過程中的各類風(fēng)險；

步驟四：利用bim模型及3d打印模型結(jié)合橋梁施工過程需監(jiān)測的部位和監(jiān)測控制數(shù)據(jù)進行施工過程的演示及人員培訓(xùn)，同時作為施工樣板引路。

步驟五：在現(xiàn)場施工過程中對施工過程進行監(jiān)測，實現(xiàn)施工過程中的風(fēng)險控制。

進一步地，所述步驟二中的模擬橋梁施工的各個工序及過程，包括橋梁施工過程中所有的施工工序及過程或者選擇所需要進行模擬的施工工序及過程。

進一步地，所述步驟二中各種可能影響橋梁結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險，包括由施工人員、施工設(shè)備、施工材料、施工方法、施工工序、施工時氣溫、施工過程中的惡劣天氣、施工運輸?shù)缆?、社會公用道路中的單一因素或多個因素綜合造成的風(fēng)險。

進一步地，所述步驟二中的風(fēng)險分析識別是通過bim模型及3d模型的施工過程模擬，分析出所述風(fēng)險的影響因素，建立風(fēng)險清單，并制定相應(yīng)的解決措施。

進一步地，所述步驟三中對建立的bim模型通過有限元分析計算，是將bim模型通過轉(zhuǎn)換成有限元分析軟件所需的計算模型或者利用相應(yīng)的bim模型軟件的有限元計算軟件進行所述風(fēng)險條件下的分析計算。

進一步地，所述步驟三中施工過程監(jiān)測部位及監(jiān)測控制數(shù)據(jù)，是通過有限元分析計算確定的以及設(shè)計圖紙中要求的施工過程中監(jiān)測部位及監(jiān)測控制數(shù)據(jù)。

進一步地，所述步驟四中利用bim模型及3d打印模型結(jié)合橋梁施工過程需監(jiān)測的部位和監(jiān)測控制數(shù)據(jù)進行施工過程的演示及人員培訓(xùn)，是通過bim模型的可視化、人機交互的特性進行虛擬的模擬演示及3d打印模型的可實體操作的特性進行現(xiàn)實操作演示，指導(dǎo)施工技術(shù)人員進行施工方案設(shè)計，對施工人員進行培訓(xùn)及技術(shù)交底；所述的施工樣板引路，是將施工過程中質(zhì)量及安全的控制要點，通過對bim模型轉(zhuǎn)換成多媒體顯示、將bim模型打印成所需的展示圖片、將3d打印的構(gòu)件模型進行樣板展示來達到施工樣板引路的目的，為所述的施工過程風(fēng)險控制奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明所述方法利用橋梁的bim模型結(jié)合有限元分析，按照橋梁bim模型分析及識別出的各種施工風(fēng)險進行模擬計算，達到指導(dǎo)施工及施工監(jiān)測并能對施工的各類風(fēng)險進行控制的目的；本發(fā)明所述方法利用3d打印技術(shù)，將bim模型按照需要縮放打印，具有模型大小可控，且模型材質(zhì)一般為塑料，比較輕便，可以直接讓人上手操作演示，達到與實體同等的效果。

本發(fā)明所述的方法不僅限于橋梁施工，對其它方面的建設(shè)工程施工均可借鑒，并能達到同樣的目的，滿足施工過程仿真及風(fēng)險控制的需要。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述方法的流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例1：

如圖1所示，一種基于bim的橋梁施工過程仿真及風(fēng)險控制方法，包括如下步驟：

步驟一：根據(jù)橋梁設(shè)計圖紙中橋梁的設(shè)計參數(shù)利用建筑信息化技術(shù)建立橋梁的bim模型，通過3d打印機將該bim模型在施工過程中所需的構(gòu)件模型打印出來；打印構(gòu)件模型時可以使用塑料材質(zhì)的耗材，并按照需要進行縮放打印，這樣打印出來的構(gòu)件模型輕便，適合進行演示操作，達到與實體同等的效果；

步驟二：利用建立的bim模型及3d打印模型模擬橋梁施工的各個工序及過程，對施工過程中的各種可能影響橋梁結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險進行分析識別；利用橋梁的bim模型以及3d打印模型模擬施工過程時，具有可視性，直觀性，實操性，有利于施工風(fēng)險的分析識別；

步驟三：對建立的bim模型通過有限元分析計算出各種風(fēng)險下橋梁結(jié)構(gòu)的變化情況，確定施工過程監(jiān)測部位及監(jiān)測控制數(shù)據(jù)；

步驟四：利用bim模型及3d打印模型結(jié)合橋梁施工過程需監(jiān)測的部位和監(jiān)測控制數(shù)據(jù)進行施工過程的演示及人員培訓(xùn)，同時作為施工樣板引路。

步驟五：在現(xiàn)場施工過程中對施工過程進行監(jiān)測，實現(xiàn)施工過程中的風(fēng)險防范及控制。

本實施例中所述步驟二中的模擬橋梁施工的各個工序及過程為橋梁施工過程中所有的施工工序及過程或者選擇所需要進行模擬的施工工序及過程。也就是說本發(fā)明所述方法適合橋梁施工的整個過程，也可以對橋梁施工的某個特定過程應(yīng)用本發(fā)明所述方法；

本實施例中所述步驟二中各種可能影響橋梁結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險，包括由施工人員、施工設(shè)備、施工材料、施工方法、施工工序、施工時氣溫、施工過程中的惡劣天氣、施工運輸?shù)缆?、社會公用道路等因素中的單一因素或多個因素綜合造成的各類風(fēng)險。

本實施例中所述步驟二中的風(fēng)險分析識別是通過bim模型及3d模型的施工過程模擬，分析出所述風(fēng)險的影響因素，建立風(fēng)險清單，并制定相應(yīng)的解決措施。

本實施例中所述步驟三中對建立的bim模型通過有限元分析計算，是將bim模型通過轉(zhuǎn)換成有限元分析軟件所需的計算模型或者利用相應(yīng)的bim模型軟件的有限元計算軟件進行所述風(fēng)險條件下的分析計算。

本實施例中所述步驟三中施工過程監(jiān)測部位及監(jiān)測控制數(shù)據(jù)，是通過有限元分析計算確定的監(jiān)測部位及監(jiān)測控制數(shù)據(jù)以及設(shè)計圖紙中要求的施工過程中監(jiān)測部位及監(jiān)測控制數(shù)據(jù)。

本實施例中所述步驟四中利用bim模型及3d打印模型結(jié)合橋梁施工過程需監(jiān)測的部位和監(jiān)測控制數(shù)據(jù)進行施工過程的演示及人員培訓(xùn)，是通過bim模型的可視化、人機交互的特性進行虛擬的模擬演示及3d打印模型的可實體操作的特性進行現(xiàn)實操作演示，指導(dǎo)施工技術(shù)人員進行施工方案設(shè)計，對施工人員進行培訓(xùn)及技術(shù)交底；所述的施工樣板引路，是將施工過程中質(zhì)量及安全的控制要點，通過對bim模型轉(zhuǎn)換成多媒體顯示、將bim模型打印成所需的展示圖片、將3d打印的構(gòu)件模型進行樣板展示來達到施工樣板引路的目的，為所述的施工過程風(fēng)險控制奠定基礎(chǔ)。

下面以本發(fā)明應(yīng)用于山區(qū)高墩柱剛構(gòu)橋梁懸臂澆筑法施工過程為例對本發(fā)明作進一步說明。

懸臂澆筑法指的是在橋墩兩側(cè)設(shè)置工作平臺，平衡地逐段向跨中懸臂澆筑水泥混凝土梁體，并逐段施加預(yù)應(yīng)力的施工方法。

懸臂澆筑法主要設(shè)備是一對能行走的掛籃，掛籃在已經(jīng)張拉錨固并與墩身連成整體的梁段上移動，綁扎鋼筋、立模、澆筑混凝土、施預(yù)應(yīng)力都在其上進行。完成本段施工后，掛籃對稱向前各移動一節(jié)段，進行下一對梁段施工，循序前行，直至懸臂梁段澆筑完成。

懸臂澆筑法技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，在國內(nèi)橋梁中的應(yīng)用也較多，但是不可否認(rèn)的是：懸臂澆筑法對施工工藝的掌握熟練程度，梁體兩端施工的平衡性，掛籃設(shè)備的穩(wěn)定性，多跨懸臂梁體合攏前梁體的穩(wěn)定性，分段施工梁體的預(yù)拱度控制，預(yù)應(yīng)力張拉控制，氣溫的影響，風(fēng)力的影響，施工環(huán)境的影響等等，都是施工過程中風(fēng)險控制的重點及難點，一處控制不好都可能造成非常嚴(yán)重的后果，因此懸臂澆筑法施工中的施工風(fēng)險的防范、施工監(jiān)測、作業(yè)人員培訓(xùn)等尤其顯得重要。

其具體實施步驟是：

(1)建立高墩柱剛構(gòu)橋梁的bim模型，包括橋梁的墩柱、0#塊、分節(jié)澆筑的梁段、鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、鋼絞線、掛籃、塔吊、運輸電梯等，通過測量的地形數(shù)據(jù)，建立地形數(shù)字模型；

(2)按照懸臂法施工順序，用3d打印機打印出掛籃設(shè)備、橋梁的橋墩、梁段、鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道等各個構(gòu)件模型；

(3)利用bim模型、地形數(shù)字模型及3d打印模型，進行懸臂法施工過程仿真模擬；

(4)通過施工過程模擬，進行風(fēng)險分析及識別，如：設(shè)計圖紙中存在的錯誤或不合理，分節(jié)澆筑的梁段對稱施工的失衡，掛籃設(shè)備超重、掛籃設(shè)備的安裝及行走時的不對稱、失穩(wěn)，梁段混凝土澆筑的順序錯誤、懸臂梁體合攏前梁體的穩(wěn)定性，預(yù)應(yīng)力張拉的順序，梁體合攏時的氣溫影響，風(fēng)力的影響，山區(qū)復(fù)雜地形環(huán)境對施工的影響等；

(5)對識別的風(fēng)險進行分類，對于影響橋梁結(jié)構(gòu)的風(fēng)險，用有限元分析計算在這些風(fēng)險下，施工過程中掛籃設(shè)備、橋墩、梁塊等結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及位移變化情況，為編制橋梁施工方案提供依據(jù)并確定施工監(jiān)測部位及監(jiān)測的控制數(shù)據(jù)；

(6)利用bim模型及3d打印模型指導(dǎo)施工技術(shù)方案設(shè)計；通過演示及實際操作，對作業(yè)人員進行交底及培訓(xùn)；用bim模型及3d模型作為施工樣板達到樣板引路的目的。

(7)按照制定的施工技術(shù)方案指導(dǎo)施工并對施工過程進行監(jiān)測，實現(xiàn)施工實施過程中的風(fēng)險防范及控制。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。