桥梁工程装配式智能建造全过程管理研究

姚子书

摘要：根据当前我国桥梁建设中装配式施工特征，以及建设项目的运营管理现状，本文从建设项目的各个阶段出发，论述了桥梁工程建设项目中装配式智能建造的整个流程，通过融合BIM、RFID、物联网络、北斗监控和CAM等技术，构建一种适合于我国桥梁施工全过程的集成管理模式，为促进我国桥梁工程的建设、运营和管理提供理论基础和技术支持。

关键词：桥梁工程；装配式智能建造；管理研究

前言：

目前，国内外对全装配式桥梁施工方法的研究和应用，主要是针对设计理论和设计方法、施工工艺和质量保证措施等具体的技术问题，但尚未形成一套完整的装配式桥梁施工体系。当前国内已经形成了一整套比较完备的装配式公路桥梁工程，并逐步付诸实施，但装配式公路桥梁的建设与管理还面临着许多难题，亟需将装配式公路桥梁与建筑信息化等新技术相结合，以"精益价值链"理念为指导，采用多学科交叉的技术手段，对其进行系统性研究，从而保障工程建设质量。 

1.精益价值链理论与桥梁工程装配式智能建造全过程管理概述

1.1精益价值链理论概述

美国学者迈克尔·波特首先提出了“价值链”的概念，将“基础”与“辅助”两级的有价值活动定义为“价值链”。在精益建设中，精益价值链指的是尽可能减少项目生命周期内不能产生任何增值的工作。对装配式项目施工企业来说，精益价值链就是把它与企业和工程特点相结合，通过集成管理的方法，对装配式项目建设的整个过程（主要包括建筑设计、预制构件生产、构件运输、现场吊装、运营维护等5个环节）进行管理，减少非增值活动，为企业创造利润。

1.2桥梁工程装配式智能建造全过程管理概述

装配式施工是以工厂制造的预制构件为主体，在施工现场组装的施工方法，它具有低劳动强度、快速施工和绿色环保的优点。桥梁工程的装配式智能建造全过程管理，指的是以精益价值链为基础，在装配式建造的设计、生产、运输、吊装、运营维护等各个方面，运用信息化的方法，减少甚至消除建造过程中的一些非附加值的活动，如深化设计、长途运输、二次搬运、施工偏差等，从而达到对项目安全、质量、进度和成本的控制目的，提高企业收益。

2.桥梁工程装配式智能建造全过程管理研究

2.1基于BIM的一体化设计管理

2.1.1多专业协同设计

以BIM协同设计为基础，从组件库中选择合适的标准化组件，进行多领域的协同设计，建立多领域融合的桥梁工程集成模式。基于BIM建模的模拟与分析，能够发现并修正不同类型之间存在的冲突，从而达到在设计阶段对冲突进行有效规避的目的。

2.1.2施工图设计

工程单位要利用BIM技术进行桥梁施工方案设计，基于多学科集成模型，确定预制件的种类，并根据标准件库参数，设置可拆卸设计参数（尺寸、重量等），完成桥梁三维智能拆卸及现浇节点的设计。然后，将预制件分解，将预制件进行二次抽取与分类。基于该模型，可以准确地计算出各种类型的组装零件的数量和预制率，从而减少设计工作量，提高设计效率。

2.1.3模型深化设计

设计人员将专业技术规范的要求、施工安装的实际需要、设计意图等因素结合起来，建立包含钢筋、管道、各种预埋件、孔洞等部件的参数化数学模型，用于机电一体化设计，并提出一种基于模糊聚类的新方法。利用PCMaker等装配式建造深化设计软件，将图纸的表达内容、布局、设计信息等与设计院的需求相结合，使图纸的精度满足设计和加工的要求，从而自主地产生一套完整的加工图纸。

2.2BIM+CAM技术在装配式智能制造中的应用

2.2.1信息化生产管理系统

与传统ERP、制造企业的生产流程执行系统、仓库管理系统等相结合，构成了桥梁预制构件的生产管理系统，主要包括预制构件的生产信息管理，生产计划和调度管理，材料采购管理，零件质量管理，零件堆放管理等。与无线电频率认证、无线网路及其它资讯科技结合，在预制件材料采购、生产调度、模具加工、库存查询等方面进行信息化管理。

2.2.2构件CAM智能化加工与生产

对构件的加工和生产流程进行标准化，并将装配式桥的BIM模型和自动化生产设备进行集成，从而突破BIM模型和工厂自动化生产线之间的协同瓶颈，实现装配式构件的CAM智能加工和自动化生产。将数字生产管理系统与车间CAM中心的控制系统相结合，自动识别提取BIM技术中的BIM设计信息，并以规定的格式输出数据，为生产线上的各数字化加工设备提供产品依据。加工装备计算机控制系统（PLC）能够对零件加工过程中所需要的数据信息进行自主识别，从而实现零件的数字化、智能化加工制造。

2.2.3基于物联网+北斗的构件运输管理

以“物联网+北斗”为基础，在车载系统中植入“二维码”和“RFID”等信息，从而实现对预制件的智能交通管理。在零部件出库过程中，将车辆和预制件的数据连接起来，利用便携式数据处理终端对出库车辆进行扫描和识别，从而完成出库注册；在运输过程中，利用北斗的位置信息，以最短的运输时间和最短的运输路线为目标，对运输路线进行选择；当运输车到达场地时，通过对运输车的部件进行识别，得到运输车的相关信息，实现了自动化作业和入场登记；在装配到现场后，利用二维码的方式，可以得到装配的相关信息，从而可以将装配物进行合理的摆放，方便装配物的吊装管理。通过对运输车辆和运输部件的信息进行跟踪，确定部件运输的责任和部件运输的质量。

2.3基于BIM+移动技术的信息化吊装管理

2.3.1三维可视化模拟

利用BIM技术对施工机械的摆放位置、预制构件的堆放区、临时设施等进行布局，并对预制构件在施工场地的摆放位置和次序进行动态仿真，从而得到最优化的吊车摆放位置。采用Navisworks等BIM软件，结合吊装设备的吊装半径、吊装能力和安装位置、时间、工序等信息，对吊装方案进行精细化仿真，确定最优吊装方案和吊装路径。在BIM模型的可视性基础上，利用可视化技术引导，使工作人员能够更加直观地了解元素的节点和安装过程，对工作人员的操作进行规范，从而提高了工作效率和安装质量。

2.3.2构件质量管理

在预制构件的安装质量检验阶段，把BIM技术与移动技术结合起来，让技术人员能够用手持终端（平板、手机）来查看设计模型，并与实际完工情况进行比较，从而能够及时地发现并解决质量问题。另外，在BIM技术的支撑下，技术人员可以将已组装好的路面质量的检测与监控数据输入并上载到BIM系统中，并且可以与相关部件的质量控制指标相比较来验证。在此基础上，结合BIM和移动通讯技术，实现了对装配体质量的可追溯性管理。

2.3.3进度与成本管理

在施工阶段，利用BIM技术实现了工程的4 D/5 D可视化，并对施工过程进行了详尽的分析。在此基础上，建立基于BIM的构件代码系统，并将该系统与工程进度计划集成，实现工程变更的动态仿真，为工程建设的高效管理提供新思路。通过构建BIM模型，计算出建筑工程中所需要的资金、人工、材料、机械等要素的使用情况，并与实际的耗材进行比较，从而提高桥梁工程的质量和成本的控制水平。

2.4基于BIM+物联网的智能运维管理

2.4.1日常维护管理

结合物联网和BIM技术，实现了桥梁设备的空间定位和信息查询，满足了桥梁设备的日常维修需要。主要内容有：安全监控管理，在三维建模中加入重点受力点的信息，并记录每日监控数据，以便于对异常状况的分析与处理；隐蔽工程管理，查看施工结束后外面看不到的管道、线路信息与路径。

2.4.2设备维护管理

随着工程建设进程的推进，BIM模型中的生产日期、生产厂家、使用年限等非几何信息将不断被补充，并在运营管理平台上获得维护信息，可以看到设备的一些基本资料，比如设备的BIM参数，设备的运行记录，设备的维修记录等，方便工作人员对设备进行维修保养，提高设备维护的工作效率和信息完整性。

结语

随着国家对装配式建筑的大力推进，其具有施工速度快、噪音低、粉尘污染小、对周边交通环境影响小等优点，在国内外得到了广泛的推广和应用，为其提供了广阔的发展机遇和研究方向。结合我国桥梁工程装配式施工的特点和施工管理的实际情况，要从施工的每一个阶段开始，对智能化施工全过程管理模式进行研究，以提高施工质量，促进我国桥梁工程装配式施工的发展。

参考文献：

[1]闫林君,张经伟,罗奎.装配式多主梁钢-混组合梁桥的荷载横向分布研究[J].公路交通科技.2020,(3).8.

[2]邬晓光,秦发祥,肖凯龙,等.装配式T梁桥横隔板参数优化设计分析[J].公路工程.2020,(2).16.

[3]陈伟,武亚帅,邹松,等.基于SEM的装配式建筑建造成本影响因素分析[J].土木工程与管理学报.2021,(5).9.

[4]佚名.坚定不移发展装配式建筑 --第十七届全国装配式建筑交流大会在京召开[J].建设科技.2021,(20).17-19.

[5]向宇,孙君翠,侯立超,等.某装配式波形钢腹板组合小箱梁桥梁地震易损性分析[J].公路工程.2021,(4).7.