張洪飛

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710021）

在我國高速鐵路大規(guī)模規(guī)劃與建設的形勢下，橋梁作為高速鐵路線路的主要構(gòu)成部分，在高鐵工程中占據(jù)著很大比重，其中預制簡支箱梁、T 梁是橋梁的主要構(gòu)件，預制梁場作為高鐵線路中的大型臨時工程，在高速鐵路施工中具有重要的作用，為了提升高鐵梁場生產(chǎn)系統(tǒng)運行效率，確保所生產(chǎn)的構(gòu)件質(zhì)量與性能達到要求，需要加強對生產(chǎn)系統(tǒng)的設計與優(yōu)化，將仿真技術(shù)全面應用在系統(tǒng)設計中，能夠有效提升生產(chǎn)工作效率與質(zhì)量，推動高速鐵路工程建設。

1 仿真技術(shù)的基本內(nèi)涵分析

仿真技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)中一項全新的實用技術(shù)，虛擬仿真技術(shù)為多個學科融合的技術(shù)形式，主要包括計算機技術(shù)、電子信息技術(shù)以及仿真技術(shù)，在仿真技術(shù)實現(xiàn)過程中，利用計算機技術(shù)構(gòu)建虛擬的環(huán)境，在該環(huán)境中以現(xiàn)實物體為基礎，構(gòu)建一個虛擬的“物體”，該物體與現(xiàn)實物體相同，所以可以通過對該物體的調(diào)整，顯示出現(xiàn)實物體調(diào)整的效果，而不需要對現(xiàn)實物體進行調(diào)整，只需要通過計算機對相關數(shù)據(jù)進行調(diào)整，從而能夠節(jié)約大量的資源與時間。從該技術(shù)的理論角度來看，虛擬仿真技術(shù)能夠創(chuàng)建一個虛擬化的環(huán)境，該虛擬環(huán)境為技術(shù)生成，但是環(huán)境中融合了實際數(shù)據(jù)，所以與實際情況相同；虛擬場景中是與現(xiàn)實數(shù)據(jù)結(jié)合構(gòu)成的三維模型，將現(xiàn)實數(shù)據(jù)輸入對應的系統(tǒng)中，系統(tǒng)則能夠生成對應的模型，模型內(nèi)容既可以是現(xiàn)實場景，也可以是完全虛構(gòu)的場景，通過三維模型將其表現(xiàn)，能夠提高場景真實性和表現(xiàn)力[1]。由于仿真技術(shù)具有多項優(yōu)勢，所以在現(xiàn)代工程建設、機械生產(chǎn)等領域中得以廣泛的應用，將其應用在工程構(gòu)件的產(chǎn)品生產(chǎn)中，可以通過對仿真模型調(diào)整的方式，實現(xiàn)對工程構(gòu)件的設計優(yōu)化，在仿真模型優(yōu)化完成后，依據(jù)仿真模型進行工程構(gòu)件產(chǎn)品生產(chǎn)，從而能夠提升工程構(gòu)件產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化過程中還能夠減少資源消耗，提升整體生產(chǎn)效率與質(zhì)量，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 基于仿真技術(shù)的高鐵梁場生產(chǎn)系統(tǒng)設計

2.1 基本設計思路與流程

依據(jù)高鐵工程制存梁場的定位與要求，構(gòu)建梁場實體模型、應用仿真模型，從而能夠有效避免工期延誤的風險問題發(fā)生，提升梁場建設信息化水平。梁場的規(guī)模與位置，按照高鐵工程的項目的工期、施工組織、梁生產(chǎn)與存儲數(shù)量、生產(chǎn)能力、存儲時間以及工程規(guī)劃等多項因素，結(jié)合工程實際情況進行技術(shù)比選和確定。在鐵路工程梁場仿真設計項目中，其主要設計流程包括如下幾項：（1）確定高鐵梁場仿真模型設計標準、設計原則以及編碼原則。（2）分析高鐵工程項目中包含的主要仿真庫構(gòu)件，建設參數(shù)標準幾何模型構(gòu)件庫。（3）構(gòu)件地形仿真模型、地坪仿真模型，對高鐵梁場仿真模型進行裝配。（4）進行仿真模型碰撞檢查與仿真模型調(diào)試。（5）對仿真技術(shù)的模型應用進行研究。

2.2 仿真技術(shù)高鐵梁場設計流程

采用仿真技術(shù)對高鐵梁場的生產(chǎn)系統(tǒng)進行設計，其主要流程包括如下幾項。

2.2.1 確定高鐵梁場仿真模型設計標準與原則

按照高鐵工程預制梁場的工程要求，依據(jù)鐵路項目仿真技術(shù)規(guī)范與標準中的規(guī)定，確定高鐵梁場的設計內(nèi)容、設計深度以及編碼原則等，并確定仿真模型的基本信息、交付精度以及模型編碼等前置性工作[2]。

2.2.2 梁場構(gòu)建庫分析與仿真模型構(gòu)建

在高鐵梁場中工裝設備模型建設時，采用Revit 軟件，依靠其強大的族功能，構(gòu)建梁生產(chǎn)期間需要采用的機械設備參數(shù)仿真模型，給予對應族庫的工程屬性與可變參數(shù)尺寸設置，從而能夠為后期維護工作提供便利的支持。

在高鐵梁場主要生產(chǎn)設施處理中，高鐵梁場主要的生產(chǎn)設施包括制梁臺座、制梁模板、鋼筋加工設施、混凝土拌和設施以及高鐵梁場內(nèi)道路等；按照高鐵梁場的設計方案，構(gòu)建不同類型的制作與存儲梁臺座仿真構(gòu)件模型，按照現(xiàn)場實際情況，完成制作與存儲梁臺座的布置；構(gòu)建高鐵梁場制梁模板族庫，形成箱梁模板構(gòu)建庫；按照地形的基本狀態(tài)，建設連接制梁區(qū)域、存梁區(qū)域以及生活區(qū)域的道路仿真模型。結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，構(gòu)建混凝土拌和設施的模型，包含砂石料堆放倉庫、消防水質(zhì)等，確保仿真模型的準確性[3]。

在辦公與生活設施區(qū)域中，按照高鐵梁場的設計方案，建設辦公區(qū)域、實驗室區(qū)域以及生活設施的基本仿真模型，并對區(qū)域中綠化、場坪等硬化設施進行優(yōu)化設計。

2.3 地形模型與模型裝配

按照相關專業(yè)提供的地理信息模型，在CAD 軟件中對其進行一定處理，將無關與沒有價值的數(shù)據(jù)信息去除，保留高鐵梁場周圍的地形信息，將其導入Revit軟件中，構(gòu)建高鐵梁場地形仿真模型，采用軟件中的地形模型構(gòu)建功能，構(gòu)建高鐵梁場模型。在Rvvit 軟件中新建項目信息，在項目文件中設定統(tǒng)一的基準高層、定位軸網(wǎng)以及項目單位等基本數(shù)據(jù)，在高鐵梁場地形模型加載之后，耦合既有的橋梁模型，實現(xiàn)對高鐵梁場仿真模型的構(gòu)建。

3 仿真技術(shù)在高鐵梁場生產(chǎn)系統(tǒng)中的應用實例

3.1 項目概況

本次項目為H 市高速鐵路建設工程，占地面積為185 畝，高鐵梁場主要分為制梁區(qū)域、存梁區(qū)域、提梁區(qū)域、鋼筋加工區(qū)域、辦公生活區(qū)域、生活區(qū)域以及拌和區(qū)域；主要的大型臨時設施包括制梁區(qū)、存梁區(qū)、鋼筋加工區(qū)與拌和站；高鐵梁場應用提梁機跨線提梁上橋，運架一體化運梁架梁的方式對橋梁進行架設。該高鐵梁場的主要工程如表1 所示。

表1 該高鐵梁場的主要工程

根據(jù)項目的基本信息來看，在本次高鐵梁場建設過程中，存在著幾項施工難點問題：（1）較多的基礎設施、生產(chǎn)設施以及配合關系較為復雜，在傳統(tǒng)的設計方案中主要以平面的方式體現(xiàn)，結(jié)構(gòu)平面不夠立體直觀，針對部分關鍵設施的特點等難以準確描述，不利于施工人員理解高鐵梁場建設的基本表結(jié)構(gòu)特點。（2）高鐵梁場的整體建設較為復雜，包括建筑物、生產(chǎn)設施、生活設施以及多種機械設備等，施工人員在傳統(tǒng)的設計模式下無法準確掌握。如果施工沒有掌握高鐵梁場建設的基本要求與要點，則無法進行高質(zhì)量的施工建設，所以需要加強仿真技術(shù)的應用，但是在基礎設施建設數(shù)量較多的情況，整體仿真建模工作難度較大。（3）高鐵梁場質(zhì)量、安全等性能評價指標內(nèi)容較多，影響高鐵梁場質(zhì)量和使用的因素較多，不同性能指標的影響規(guī)律以及影響因素等較為復雜，施工人員在作業(yè)過程中面臨著許多難點，設計人員在無法準確掌握評價指標與影響因素的情況下，則難以得到準確的評價結(jié)果，對于高鐵梁場施工建設會造成很大的不利影響。

為了解決上述本次高鐵梁場工程中存在的問題，需要合理應用仿真技術(shù)，構(gòu)建高鐵梁場的仿真模型，以此為基礎對其進行整體性優(yōu)化設計與模擬，從而提升施工質(zhì)量。

3.2 在場地平整中的應用

采用Civil 3D 軟件中的曲面建模功能，能夠快速獲取高鐵梁場場地三維地形，并得到土方三維效果、平面圖開挖以及填方線的具體示意圖，自動化完成對場地平整土方的計算，具體流程：（1）采用航拍提供的專業(yè)化地形資料，構(gòu)建高鐵梁場初始地形模型的曲面。（2）采用Civil 3D 軟件中的專業(yè)放坡功能，依據(jù)高鐵梁場設計方案，對現(xiàn)場場地進行平整，獲取經(jīng)過平整后的地形曲面模型。（3）依據(jù)場地平整前與平整后的曲面模型，采用Civil 3D 軟件中的土方分析功能，獲取高鐵梁場平整的土方工程數(shù)量，并生成計算結(jié)果數(shù)據(jù)。

3.3 在工程量計算中的應用

工程量計算是高鐵梁場預算編制的基礎，同時也是項目投資建設的主要依據(jù)，所以需要確保工程量計算準確性，才能夠確保投資充足，同時提升經(jīng)濟效益。在高鐵梁場仿真模型建設完成后，按照高鐵梁場的仿真模型，對工程中的工程數(shù)量進行計算；對高鐵梁場中的土方工程、制作與存儲梁臺座、場坪道路、辦公區(qū)域以及綠化區(qū)域等構(gòu)建仿真構(gòu)件模型，能夠快速且準確地獲得對應的構(gòu)件模型工程數(shù)量，以此為基礎對投資進行預算，能夠提升預算結(jié)果準確性。

3.4 梁場布設與仿真漫游

在高鐵梁場傳統(tǒng)的建設模式下，一般采用施工平面布置圖的方式，以平面圖紙將工程設計成果進行展現(xiàn)，但是二維圖紙存在著一定的缺陷問題，難以直觀、清晰地展現(xiàn)出高鐵梁場的實際情況，從而會對后續(xù)的施工建設造成負面影響。在高速鐵路項目建設規(guī)模與復雜程度提升的情況下，傳統(tǒng)二維圖紙對于高鐵梁場建設的指導存在局限性，無法滿足實際建設需求，所以需要加強對仿真技術(shù)的應用，能夠有效補充傳統(tǒng)模式下存在的問題，進而為高鐵梁場建設提供支持，主要應用要點包括：（1）構(gòu)建高鐵梁場地形模型，同時構(gòu)建現(xiàn)場既有的建筑物仿真模型，能夠有效解決高鐵梁場現(xiàn)場與周圍環(huán)境、建筑物沖突的問題，實現(xiàn)對設計方案的優(yōu)化。（2）采用Revit 中族庫內(nèi)的單元構(gòu)件，靈活設置高鐵梁場中各功能分區(qū)與工裝設施，按照地形三維模型實現(xiàn)高鐵梁場仿真實體模型的建設。（3）將動態(tài)時間屬性給予各個仿真實體模型，能夠完成對各對象的實時交互，按照時間屬性構(gòu)件4D 高鐵梁場模型。（4）對仿真實體模型中的各個實體位置、造型等進行優(yōu)化調(diào)整，確保其能夠與高鐵梁場項目實際情況更加符合；采用仿真模型漫游可視化的功能，能夠確?，F(xiàn)場布局、設計不合理之處及時發(fā)現(xiàn)，從而能夠避免由于設計方案存在問題在實際建設過程中出現(xiàn)錯誤情況，提升高鐵梁場建設質(zhì)量[4]。

3.5 在運架梁施工中的應用

在預制梁仿真信息模型基礎上，附加施工建設過程、施工流程等基本數(shù)據(jù)，能夠?qū)Ω哞F梁場施工建設流程進行可視化模擬；仿真模擬箱梁的預制、搬運以及架設施工技術(shù)，全面采用仿真模擬對設計方案進行優(yōu)化，能夠提升施工方案準確性，確保施工過程中存在的問題及時發(fā)現(xiàn)。在本次高鐵梁場項目中，采用仿真模擬后，發(fā)現(xiàn)部分環(huán)節(jié)采用既有的施工技術(shù)無法完成，因此對施工技術(shù)進行優(yōu)化，對于一些優(yōu)化后依然無法完成的施工項目，對施工設計方案進行調(diào)整，從而避免后期施工遇到問題時臨時進行調(diào)整，有效提升了高鐵梁場建設效率，還避免由于返工引起的成本浪費問題。同時，在高鐵梁場模型中增加450t 提梁機與900t 提梁機以及龍門吊等施工設備的運行路徑和工作狀態(tài)信息，對提梁上橋的關鍵施工技術(shù)進行模擬，有效避免機械設備之間的干擾問題，使得各項機械設備的運行路徑得以優(yōu)化，從而提升施工協(xié)調(diào)性，按照設計方案對機械設備的運行提供指導。

3.6 在構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應用

本次高鐵梁場項目中，除了基礎的生產(chǎn)設施之外，還存在著大量的構(gòu)筑物，為了能夠提升整體項目質(zhì)量，需要加強對仿真技術(shù)的應用。在高鐵梁場結(jié)構(gòu)設計中應用數(shù)字手段與虛擬仿真技術(shù)，能夠幫助工作人員更加明確各區(qū)域的配合方式，使得工作人員對高鐵梁場的內(nèi)部構(gòu)成情況更加清晰，工作人員在高鐵梁場設計時，則能夠依據(jù)構(gòu)筑物的基本結(jié)構(gòu)進行分析，進而能夠提升實際施工質(zhì)量。由此可以看出，仿真技術(shù)在高鐵梁場構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設計應用過程中，通過 輸入構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)參數(shù)的方式，能夠構(gòu)建立體化構(gòu)筑物模型，為高鐵梁場構(gòu)筑物施工打下堅實的基礎，能夠有效提高高鐵梁場構(gòu)筑物施工質(zhì)量，確保施工順利開展。通過采用仿真技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程化指導，使得高鐵梁場設計能夠通過網(wǎng)絡平臺開展，打破了傳統(tǒng)模式下受到的空間限制，為設計人員提供更加充足的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，且采用仿真技術(shù)構(gòu)建構(gòu)筑物模型后，施工人員對于構(gòu)筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)掌握將會更加充分，能夠在仿真環(huán)境中對構(gòu)筑物進行施工模擬，具有良好的應用效果，是仿真技術(shù)具有的重要優(yōu)勢[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，仿真技術(shù)在現(xiàn)代高鐵工程建設中具有重要的作用，將其應用在梁場生產(chǎn)系統(tǒng)中，能夠有效解決傳統(tǒng)系統(tǒng)中存在的問題，對梁場生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，提升生產(chǎn)工作效率，所以需要不斷完善梁場生產(chǎn)系統(tǒng)功能，充分發(fā)揮仿真技術(shù)的優(yōu)勢。