周 坤

（廣西新恒通高速公路有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)交通領(lǐng)域的不斷開(kāi)發(fā)與建設(shè)，對(duì)大型及特大型橋梁的施工技術(shù)提出了更高的要求，橋梁施工的過(guò)程監(jiān)控對(duì)于橋梁整體質(zhì)量以及竣工后的使用壽命均具有重要意義。過(guò)程監(jiān)控的準(zhǔn)確性、有效性和及時(shí)性是衡量這一體系性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。當(dāng)前我國(guó)橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)仍以圖形、報(bào)表等二維模式為主，且此過(guò)程多為人工干預(yù)，對(duì)于橋梁施工進(jìn)度的時(shí)空特性而言，無(wú)法做到全面、準(zhǔn)確、系統(tǒng)的展示。例如在一座公路橋梁的施工過(guò)程中，有多個(gè)工程部分同時(shí)進(jìn)行，為獲取各施工部分及施工階段的詳細(xì)工程數(shù)據(jù)，應(yīng)建立一個(gè)實(shí)時(shí)、可視、全局、三維的過(guò)程監(jiān)控場(chǎng)景，使工程進(jìn)度的時(shí)空特性得以體現(xiàn)，因此，以往傳統(tǒng)的報(bào)表式二維圖形監(jiān)控方法將不再適用［1］。報(bào)表式二維施工監(jiān)控流程如圖1所示。

圖1 報(bào)表式二維施工監(jiān)控流程圖

本文將三維建模技術(shù)引入到橋梁施工的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)各施工部分節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的有效分析，充分掌握當(dāng)前工程進(jìn)度，形成直觀的過(guò)程監(jiān)控界面，既有對(duì)工程宏觀上的把握，又可詳細(xì)地分析每個(gè)施工部分的具體細(xì)節(jié)，并對(duì)工程后期的進(jìn)度進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文所提出的三維建模技術(shù)，對(duì)于我國(guó)當(dāng)前橋梁施工過(guò)程中的監(jiān)控系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1．1 功能需求分析

橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中所應(yīng)用的三維建模技術(shù)，通常所體現(xiàn)的工程信息主要包括橋體本身的結(jié)構(gòu)屬性、施工進(jìn)度信息以及施工周邊的環(huán)境狀況三個(gè)方面，以上工程參數(shù)共同構(gòu)成了橋梁施工過(guò)程中的三維監(jiān)控系統(tǒng)，在橋體本身的結(jié)構(gòu)屬性中還包含原始的橋梁設(shè)計(jì)方案、圖紙以及竣工后的維修和養(yǎng)護(hù)記錄等，如表1所示。在橋體部分中分為整體結(jié)構(gòu)、局部結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)參數(shù)類(lèi)別，以整體結(jié)構(gòu)為例，其所包含的工程監(jiān)控信息主要有施工材料的種類(lèi)、名稱(chēng)、數(shù)量，具體來(lái)說(shuō)通過(guò)文字及圖像等方式進(jìn)行表達(dá)［2］。不同的施工參數(shù)對(duì)應(yīng)不同的工程監(jiān)控信息以及實(shí)際的表達(dá)方式。

表1 橋梁施工過(guò)程監(jiān)控參數(shù)表

1．2 系統(tǒng)架構(gòu)

為合理滿足上述功能需求，擬采用數(shù)據(jù)庫(kù)將各類(lèi)三維模型及信息進(jìn)行存儲(chǔ)，將系統(tǒng)架構(gòu)分為五個(gè)主要部分：人機(jī)交互界面；橋梁施工過(guò)程監(jiān)控模塊（三維可視化演示模塊）；信息輸入接口；信息輸出接口以及橋梁施工信息數(shù)據(jù)庫(kù)。為良好地實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁施工遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求，三維建模的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)成客戶端－服務(wù)器模式，客戶端含有三維監(jiān)控控件、操作界面以及信息錄入等功能模塊，橋梁施工的全部信息部署在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行連接［3］［4］。

2 系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案

2．1 底層信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于三維建模技術(shù)的橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)環(huán)境主要為Windows平臺(tái)，鑒于建模場(chǎng)景中所分析和處理的數(shù)據(jù)量巨大，因此，為保證監(jiān)控系統(tǒng)可以正常工作，管理平臺(tái)應(yīng)選取大型的數(shù)據(jù)庫(kù)，可處理至少10GB以上的數(shù)據(jù)，本部分設(shè)計(jì)中擬采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)及VB系統(tǒng)來(lái)作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)［5］。

2．2 橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的三維可視化

此部分屬于橋梁施工過(guò)程監(jiān)控的核心模塊，主要通過(guò)三維建模技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中三維參數(shù)的顯示問(wèn)題需要通過(guò)交互界面以及各類(lèi)接口來(lái)完成。過(guò)程監(jiān)控信息的展示前提是三維參數(shù)的可視化問(wèn)題，這其中包括展示以及查詢等環(huán)節(jié)，三維控件主要實(shí)現(xiàn)查詢結(jié)果可視化的功能，其余文字、聲音以及圖像等信息則顯示在用戶視圖中，如圖2所示。

圖2 橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)的三維視圖

2．3 交互界面及施工過(guò)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

為更加直觀地獲取施工過(guò)程的三維監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)結(jié)果，使工程各部分的進(jìn)度和施工細(xì)節(jié)得以呈現(xiàn)，規(guī)定了施工進(jìn)度三維監(jiān)控模擬的查詢規(guī)則，包括用戶期望獲得的所有工程內(nèi)容，分別從五個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)：

（1）查詢橋梁已完工部分的歷史數(shù)據(jù)；

（2）預(yù)制件施工環(huán)節(jié)的三維模擬分析；

（3）查詢物料使用、分配情況；

（4）查詢施工人員、組織管理人員部署情況；

（5）施工進(jìn)度、危險(xiǎn)點(diǎn)分析以及事故預(yù)警三維模擬分析。

以T型梁模板施工的三維監(jiān)控模擬效果為例，將此部分施工的進(jìn)度和狀態(tài)信息輸入到系統(tǒng)中并進(jìn)行計(jì)算、分析，將模擬結(jié)果存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中［6］。T型梁模板三維監(jiān)控效果模擬如圖3所示。

圖3 三維T型梁模板監(jiān)控效果模擬示例圖

在施工進(jìn)度查詢的三維模塊中包括日歷表，用于選擇原始計(jì)劃以及實(shí)際狀態(tài)的施工時(shí)段，并包括原始計(jì)劃以及實(shí)際狀態(tài)的查詢模塊，查詢模塊將施工進(jìn)度的時(shí)段轉(zhuǎn)化為SQL語(yǔ)句，便于橋梁施工過(guò)程監(jiān)控信息的查詢，將查詢結(jié)果傳送到施工過(guò)程監(jiān)控的三維控件中，以此來(lái)完成施工進(jìn)度的可視化［7］。

3 工程實(shí)例分析

以北海市境內(nèi)北鐵一級(jí)公路海陸村段2＃大橋施工為例，將本文所提出的三維建模技術(shù)應(yīng)用到此大橋的施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中。值得注意的是，在應(yīng)用本文提出的三維建模技術(shù)時(shí)，三維模型的輸入以及工程附屬信息的自動(dòng)關(guān)聯(lián)是關(guān)鍵，如果在不具備三維建模的條件下，也可使用比較權(quán)威的、獲業(yè)內(nèi)認(rèn)可的三維地形模擬軟件來(lái)進(jìn)行計(jì)算和分析。而本文所提出的三維監(jiān)控架構(gòu)，設(shè)計(jì)了支持3DS以及DXF等多種格式的三維監(jiān)控模型，且兼容3DSM以及AutoCAD等軟件，具有良好的用戶體驗(yàn)和交互模式。北鐵一級(jí)公路海陸村段2＃大橋施工過(guò)程三維監(jiān)控系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 北鐵一級(jí)公路海陸村段2＃大橋施工過(guò)程三維監(jiān)控系統(tǒng)示例圖

基于三維建模技術(shù)的北鐵一級(jí)公路海陸村段2＃大橋施工過(guò)程三維監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)有多個(gè)串行任務(wù)處理接口以及一個(gè)三維模型輸入模塊，主要實(shí)現(xiàn)3DS以及DXF文件的分析、解讀和處理功能，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果自動(dòng)存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，方便用戶的查詢和分析?；谌S建模技術(shù)的橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，在施工的過(guò)程管理和工程質(zhì)量的控制方面，相比于以往傳統(tǒng)的二維報(bào)表施工監(jiān)控模式，具有諸多優(yōu)勢(shì)，如表2所示。

通過(guò)表2的詳細(xì)對(duì)比可知，基于三維建模技術(shù)的橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，在大型、復(fù)雜的橋梁工程建設(shè)中應(yīng)用較多，其監(jiān)控過(guò)程具有直觀、準(zhǔn)確、施工質(zhì)量高等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也存在工程造價(jià)高、成本大、運(yùn)行配置要求高等諸多問(wèn)題，其中還包括三維監(jiān)控軟件在各部分施工中與設(shè)備基礎(chǔ)架構(gòu)的兼容性問(wèn)題。

表2 橋梁施工過(guò)程監(jiān)控方式以及優(yōu)、劣勢(shì)對(duì)比分析表

4 結(jié)語(yǔ)

基于三維建模技術(shù)的橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，其底層信息部分的架構(gòu)通過(guò)穩(wěn)定性級(jí)別較高的數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)支撐，橋梁施工全過(guò)程的三維數(shù)據(jù)以及施工材料、技術(shù)人員等工程屬性均部署在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而良好的人機(jī)交互界面可便于用戶查詢各種數(shù)據(jù)，并迅速獲得有關(guān)橋梁施工過(guò)程詳細(xì)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算結(jié)果，使橋梁施工過(guò)程的全貌得以直觀、形象地呈現(xiàn)。本文對(duì)橋梁施工的過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)作了深入研究，將三維建模技術(shù)應(yīng)用到此系統(tǒng)架構(gòu)中，通過(guò)分析系統(tǒng)的實(shí)際需求來(lái)實(shí)現(xiàn)橋梁施工中過(guò)程監(jiān)控的三維可視化功能，并通過(guò)北海市境內(nèi)的實(shí)際橋梁工程加以論證，證明了所提出的三維建模技術(shù)應(yīng)用到橋梁施工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)中的可行性，工程應(yīng)用前景廣闊。