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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(tài)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(tài)仿真的實現(xiàn)上，還將橋梁工程動態(tài)仿真施工過程中加入帶有時間軸的時空數(shù)據(jù)，以及橋梁工程施工進度控制、工程實體和施工控制中復(fù)雜的動態(tài)時空邏輯關(guān)系等動態(tài)數(shù)據(jù)及信息轉(zhuǎn)化為可視化的動態(tài)圖形。本文將P3軟件及計算機仿真技術(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時動態(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)進度計劃軟件，特別適合用于工程項目規(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多、施工工序多、工程量大、工期緊、施工技術(shù)復(fù)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(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(yōu)化系統(tǒng)。建立這個系統(tǒng)也是進行大型橋梁工程施工實時動態(tài)仿真的基礎(chǔ)，能更準確、逼真地描繪施工過程。

1.假設(shè)條件。

在建立這個工程施工優(yōu)化系統(tǒng)時必須進行一些假設(shè)，使之變成一個理想的工作模型。（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時動態(tài)仿真更為逼真，就要求建立一個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)，對今后施工有借鑒意義，因此符合真實和科學(xué)的數(shù)據(jù)對本數(shù)據(jù)庫的運行最為關(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，這部分數(shù)據(jù)在施工圖上會準確反映，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、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）勞動力安排，施工日志文件等；（5）機械設(shè)備及設(shè)施的性能和布置參數(shù)；吊車、發(fā)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(shù)、生產(chǎn)率等，臨時碼頭、鋼筋加工場、混凝土拌和樓、預(yù)制構(gòu)件場等的生產(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，錨固長度，不同季節(jié)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(gòu)件蒸汽養(yǎng)護時間、允許拆模時間等數(shù)據(jù)；（7）施工方案數(shù)據(jù)、各種施工機械數(shù)量、施工機械的臺班數(shù)、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(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、場地、材料、質(zhì)量等，所以在進行大型橋梁工程施工實時動態(tài)仿真時，要對各工程施工進行優(yōu)化組合，協(xié)調(diào)好工程施工的關(guān)系，保證各相關(guān)工程的施工進度，使工程施工在最優(yōu)化狀態(tài)下進行。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的強大功能建立一個多層次的項目數(shù)據(jù)庫，便于協(xié)調(diào)好各工程之間的主次關(guān)系。

四、施工動態(tài)仿真

大型橋梁工程施工實時動態(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立性，在仿真過程中又要能有機地結(jié)合在一起，實現(xiàn)工程施工實時動態(tài)仿真。

1.現(xiàn)場觀測。

現(xiàn)場觀測是工程施工實時動態(tài)仿真的一個重要保證。現(xiàn)場觀測包括一些隨機數(shù)據(jù)的測算和施工現(xiàn)場實地調(diào)查，這對工程施工實時動態(tài)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(shù)值以便在動態(tài)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(shù)據(jù)。這些都是影響工程施工時間的數(shù)據(jù)，同時也是實時動態(tài)仿真的準確性的約束條件。施工現(xiàn)場實地調(diào)查是對施工現(xiàn)場的一些約束工程施工進度的邊界條件，例如當?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軟件的進度表達。

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(guān)系等基本數(shù)據(jù)，經(jīng)過進度計算得出每個項目的關(guān)鍵線路及非關(guān)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(tài)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(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、每個工程項目的施工作業(yè)時間（包括計劃工期和作業(yè)日歷）的確定、每個工程施工作業(yè)的資源量的確定、項目間邏輯關(guān)系的建立、費用預(yù)算等，經(jīng)過進度計算中得出工程完工日期最長的連續(xù)的作業(yè)路徑或自由時差為零的作業(yè)線路即為關(guān)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(xiàn)場的信息，發(fā)現(xiàn)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(zhí)行情況，并根據(jù)當前施工的實際情況及目前時間坐標提出新的關(guān)鍵線路，為確定工程新計劃提出可行性的依據(jù)和建議。對工程計劃管理過程中出現(xiàn)的示警信息應(yīng)及時分析形成的原因，研究應(yīng)對措施，爭取主動解決問題?？茖W(xué)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(guān)系、資源配置、非關(guān)鍵工作項目進行合理調(diào)整，各個工序之間銜接關(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估工程變更的影響。

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。讀取各分部分項工程和單位工程的施工進度、各類工程機械的性能參數(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、錨固長度等）。（2）確定仿真相關(guān)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(guān)工程項目進行協(xié)調(diào)，保證相關(guān)工程的橋梁工程分項工程施工進度。（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，判斷該天是否已到仿真終止時間，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，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度安排，利用仿真技術(shù)把每日施工工程量變成工程實體的三維實時動態(tài)仿真，同時還要對各平行施工項目進行仿真。

五、實現(xiàn)三維動態(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(tài)仿真以三維圖形動態(tài)地表現(xiàn)工程施工進度，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，以期使工程施工進度計劃管理得到進一步完善。橋梁工程施工實時動態(tài)仿真要表現(xiàn)的圖形主要有三維工程施工形象圖、工程施工進度演示、橋梁各部位結(jié)構(gòu)圖形。利用P3軟件計算得到的數(shù)據(jù)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(chǎn)生動態(tài)效果。其中工程施工仿真系統(tǒng)的三維動態(tài)效果圖是由工程系統(tǒng)各施工單元的形體參數(shù)、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(xiàn)場的工程施工參數(shù)，同時在屏幕上以三維圖形方式實時顯示出來，這樣就實現(xiàn)了整個工程施工過程的動態(tài)仿真。

六、結(jié)束語

結(jié)合P3軟件平臺實現(xiàn)大型橋梁工程施工實時動態(tài)仿真是本文的特點。將計算機仿真技術(shù)和P3軟件運用到橋梁工程的施工過程中，不僅實現(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，又提供了較為真實且利用便利的橋梁模型數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)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(xué)、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(shù)字化發(fā)展。本文方法的推廣應(yīng)用前景十分廣闊。

作者：顧俊 程慶 單位：江蘇省無錫交通高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校