橋梁施工預(yù)力計(jì)算流程自動(dòng)化探討

摘要：近年來國內(nèi)積極推展工程自動(dòng)化，特別在橋梁工程自動(dòng)化工法的推動(dòng)已卓有成效，如支撐先進(jìn)工法、節(jié)塊推進(jìn)工法、懸臂工法等自動(dòng)化工法與施工技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)的累積。文章基于橋梁工程單元化的施工特性，對(duì)橋梁施工預(yù)力計(jì)算流程自動(dòng)化進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：橋梁施工；預(yù)力計(jì)算國；流程自動(dòng)化；支撐先進(jìn)工法；節(jié)塊推進(jìn)工法；懸臂工法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU997 文章編號(hào)：1009-2374（2015）30-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.054

1 資料處理標(biāo)準(zhǔn)化

資料處理標(biāo)準(zhǔn)化系將預(yù)力計(jì)算所需斷面資料、鋼腱配置資料，采取一致性的計(jì)算方式及單元格式，以利于后續(xù)自動(dòng)化計(jì)算作業(yè)的應(yīng)用，就信息標(biāo)準(zhǔn)化的說明，分成工具（軟件）的標(biāo)準(zhǔn)化、書（圖）面表達(dá)方式的標(biāo)準(zhǔn)化、電子檔案交換格式的標(biāo)準(zhǔn)化、信息表達(dá)與交換方式的標(biāo)準(zhǔn)化四個(gè)層次，也說明了信息標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于信息管理的必要性。

2 預(yù)力計(jì)算自動(dòng)化流程構(gòu)想的規(guī)劃

本系統(tǒng)從預(yù)力計(jì)算流程自動(dòng)化的角度出發(fā)，其自動(dòng)化內(nèi)容可分為五個(gè)部份：

2.1 前處理資料建立資料庫

在網(wǎng)頁上記錄施工單元的基本資料、計(jì)算箱梁斷面及配置鋼腱坐標(biāo)，并將所有計(jì)算得出的資料建立資料庫分別存放基本資料表、箱梁斷面資料表及鋼腱坐標(biāo)資料表。

2.2 鋼腱位置3D模型建立

傳統(tǒng)鋼腱配置僅能藉由X-Y、X-Z平面坐標(biāo)檢核鋼腱配置是否正確，本研究系將三維空間坐標(biāo)利用繪圖軟件（AutoCAD）提供的3D繪圖指令自動(dòng)匯入AutoCAD模型空間，用戶可以迅速藉由3D鋼腱配置模型檢核其配置位置是否正確。

2.3 產(chǎn)生ABI預(yù)力分析輸入檔

工程師在完成預(yù)力鋼腱配置后，可在Excel進(jìn)行預(yù)力分析施工步驟排程，即針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工步驟的模擬，每一混凝土節(jié)塊施筑分為三個(gè)步驟，移動(dòng)工作車至定位、組模及澆置混凝土，混凝土養(yǎng)護(hù)完成后施拉預(yù)力鋼腱。工程師安排好施工步驟，輔以撰寫宏程序產(chǎn)生ABI預(yù)力分析輸入檔。

2.4 預(yù)力計(jì)算后處理資料分析

由ABI預(yù)力分析程序輸出結(jié)果，檢核鋼腱預(yù)力是否符合設(shè)計(jì)值、混凝土應(yīng)力是否符合規(guī)范規(guī)定。

2.5 產(chǎn)生預(yù)力鋼腱配置施工圖

確認(rèn)鋼腱配置皆符合設(shè)計(jì)值后，可直接在繪圖軟件（AutoCAD）直接產(chǎn)生每一混凝土節(jié)塊鋼腱配置剖面圖，并可讀取3D鋼腱坐標(biāo)資料，自動(dòng)在Excel電子表格制作鋼腱配置坐標(biāo)表。

3 建立web-based application

進(jìn)行前處理計(jì)算本研究在“箱梁節(jié)塊的斷面計(jì)算”及“預(yù)力鋼腱配置的坐標(biāo)計(jì)算”采用web-based application概念，提供使用者在網(wǎng)際網(wǎng)路上操作，并將計(jì)算成果儲(chǔ)存于伺服端資料庫。

3.1 前處理計(jì)算的便利性

web-based application可跨平臺(tái)，任何操作系統(tǒng)只要能打開瀏覽器都能實(shí)時(shí)使用，不需要公司的IT人員維護(hù)每一臺(tái)PC上的軟件，可節(jié)省IT人員的時(shí)間以及維護(hù)成本，任何地點(diǎn)、任何時(shí)間都可以輕松操作，使用接口學(xué)習(xí)容易，資料集中管理。本研究將前處理資料計(jì)算建置在主從式網(wǎng)頁架構(gòu)的客戶端，將計(jì)算所得資料寫入伺服端的資料庫，讓不同使用者可以在網(wǎng)際網(wǎng)路上操作箱梁斷面及預(yù)力鋼腱配置等計(jì)算，其計(jì)算所得資料藉由已制定的資料庫格式分別儲(chǔ)存于資料表，以達(dá)成web-based application的便利性及資料處理的一致性。

此做法與工程師在自己的PC上計(jì)算及儲(chǔ)存資料等作業(yè)方式大大不同，傳統(tǒng)作業(yè)方式的計(jì)算成果的質(zhì)量必須由工程師經(jīng)驗(yàn)累積及細(xì)心程度決定，且計(jì)算成果是分散的資料，較難達(dá)到資料處理的一致性。如web-based application設(shè)在公司內(nèi)部intranet的Server端，可提供給公司同仁使用，也能兼具教育訓(xùn)練的功能，新進(jìn)同仁只要知道簡(jiǎn)單的輸入值代表的意義就能上手，資深同仁如有更好的想法，想擴(kuò)充功能，也可不斷精進(jìn)web-based application的應(yīng)用范圍。

3.2 資料保存的完整性

資料管理技術(shù)已從早先人工管理、文件系統(tǒng)管理等階段，演進(jìn)到現(xiàn)在的資料庫管理系統(tǒng)。資料庫是集中、統(tǒng)一的儲(chǔ)存、管理資料系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)規(guī)定資料之間的關(guān)聯(lián)，可減少資料的重復(fù)性，避免同一時(shí)間對(duì)同一筆資料的更改及資料儲(chǔ)存的唯一性。本研究的web-based application在計(jì)算所得箱梁斷面及鋼腱配置等3D空間坐標(biāo)信息，皆儲(chǔ)存于資料庫，該資料庫在后續(xù)2D、3D繪圖應(yīng)用及結(jié)構(gòu)分析的前處理上，對(duì)預(yù)力計(jì)算作業(yè)的質(zhì)量及效能有很大的提升。對(duì)不同的使用者可設(shè)定不同的管理權(quán)限，如結(jié)構(gòu)分析的用戶可新增及修改資料庫內(nèi)容，而繪圖的使用者僅能閱讀資料庫內(nèi)容。

4 自動(dòng)化繪圖系統(tǒng)的制作與整合

研究將商用繪圖軟件（AutoCAD）與箱梁斷面及鋼腱配置等3D空間坐標(biāo)資料庫整合，提供了自動(dòng)化繪制“橋梁剖面圖”及建立“預(yù)力鋼腱配置3D空間模型”等功能。繪圖是一件瑣碎繁重的工作，因?yàn)楣こ處熞熘L圖功能的種種技巧，如像素指令line、circle、3Dface及編輯指令zoom、trim、extend等，且需以飛快的速度操控輸入工具（如滑鼠、數(shù)位板），大量且重復(fù)使用繪圖指令，才能迅速完成圖面及符合工作上的要求，在此種緊繃的繪圖狀態(tài)下，工程師很容易工作疲勞而出錯(cuò)，且除了自己小心檢視外，并無Double check機(jī)制?；诤?jiǎn)化繪圖程序及提升繪圖效率，AutoCAD因此發(fā)展AutoCAD VBA整合開發(fā)環(huán)境，藉由撰寫宏程序，將繪圖指令所需的尺寸及參數(shù)由連結(jié)資料庫取得該等參數(shù)，即可完成自動(dòng)化繪圖，此為參數(shù)化繪圖的概念，且由于個(gè)人計(jì)算機(jī)近年來硬體效能顯著提升，促使商用繪圖軟件AutoCAD參數(shù)化3D繪圖功能更強(qiáng)化。以AutoCAD內(nèi)建了整合開發(fā)環(huán)境VBA，整合箱梁斷面及鋼腱配置等在3D空間坐標(biāo)資料庫及參數(shù)化繪圖技術(shù)，自動(dòng)化繪制“橋梁剖面圖”及建立“預(yù)力鋼腱配置3D空間模型”，尤其在預(yù)力鋼腱配置的3D空間模型的計(jì)算精度以實(shí)際尺寸每10厘米（考量硬件效能及用戶可接受程度所定的值）取一點(diǎn)計(jì)算，這在傳統(tǒng)人工繪圖上是無可比擬的。

5 結(jié)語

本研究所建立的預(yù)力鋼腱配置3D空間模型，可以在AutoCAD上操作各種功能，如實(shí)時(shí)縮放、3D環(huán)視、圖層管理等，使用者可以把橋面板、腹板及底板設(shè)在不同圖層，藉由關(guān)閉某一圖層來觀察不同面向的鋼腱曲線變化及鋼腱與橋梁內(nèi)部空間的相對(duì)位置，仔細(xì)觀察預(yù)力鋼腱配置每一個(gè)角度的每一個(gè)細(xì)節(jié)，可滿足虛擬環(huán)境的三大要件，即融入感（Immersion）、互動(dòng)性（Interaction）、想象力（Imagination）等，可幫助發(fā)現(xiàn)預(yù)力鋼腱配置是否錯(cuò)誤，如鋼腱相交、跳躍或外露于混凝土腹板。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭廷銀.高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2] 錢若軍，楊聯(lián)萍.張力結(jié)構(gòu)的分析·設(shè)計(jì)·施工[M].南京：東南大學(xué)出版社，2003.

作者簡(jiǎn)介：林佳培（1987-），男，供職于江蘇金領(lǐng)建設(shè)發(fā)展有限公司，研究方向：道路橋梁施工。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint