BIM技术在沪通长江大桥智慧钢梁中的应用

2020-05-08刘伟张贵忠闫志刚

铁路技术创新 2020年1期

关键词：焊机钢梁功能模块

刘伟，张贵忠，闫志刚

（1.中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京 100081；2.中国国家铁路集团有限公司工程管理中心沪通长江大桥建设指挥部，北京 100844）

1 概述

在桥涵钢梁的建造过程中，多采用纸质文件进行信息流转，信息化程度不完善。同时，由于信息孤岛的存在，使钢梁厂各部门之间的工作衔接存在一定困难，大大降低了工作效率［1-3］。

BIM 技术在钢梁建造中具有重要的应用价值。BIM技术可以解决钢梁建造中的信息孤岛问题，将钢梁生产与管理等信息贯穿于模型的全生命周期，为桥梁的施工、运维提供基础信息数据，并给予辅助决策［4-5］。

沪通长江大桥是沪通铁路全线的控制性工程，该桥主桥为主跨1 092 m 的公铁两用斜拉桥。沪通长江大桥的钢梁制造规模大，采用箱桁组合新结构、两节间大节段悬拼架设新工法，对制造工艺、制造精度提出了更高要求［6-7］。为满足钢梁制造工艺、安全质量以及工效需要，考虑以“工厂化、专业化”制造模式为依托，探索BIM 技术等信息化手段，使智能化管理与传统制造工艺有机结合，对智慧钢梁建造进行有益尝试［8-9］。沪通长江大桥的钢梁制造建设管理体系保证了钢梁制造高精度、高质量、高产出，为优质高效的钢梁安装奠定了基础［10］。

采用智慧钢梁管理系统，能打破信息断层，完成对钢梁建造过程的数据分析。研究BIM 技术在智慧钢梁管理系统中的典型应用，主要涉及车间总体监控和模型信息管理2个功能模块。

2 车间总体监控

在智慧钢梁管理系统的车间总体监控界面，主要展示钢梁建造车间的整体信息，包含功能菜单及车间设备，可显示功耗、温度及效率等。子功能模块包括数控机床、焊机监测、人员管理等3部分（见图1）。

图1 车间总体监控界面

2.1 数控机床

在数控机床功能模块，利用三维模型显示的不同颜色表示机床的工作状态。同时，对机床的总体工作情况进行汇总统计，统计数据以百分比展示。工作人员可以按照时间、机器编号、工作状态等信息进行查询。每台机床均可以查看其任务列表，列表中详细记录着机器的工作信息（见图2）。

图2 机床任务列表

2.2 焊机监测

焊机监测功能主要通过建立焊机三维模型实现（见图3）。应用BIM软件建立车间的整体模型，在模型上点击焊机相应部位，弹出该部位的详细信息。在界面中转动模型，可查看焊机的不同部位和构造。

焊机监测功能模块可实时采集焊机的状态信息，包括电压、电流、焊接状态等（见图4）。

图3 焊机监测功能模块示意图

图4 焊机状态信息

2.3 人员管理

在钢梁建造车间内有不同的设备，需要不同专业的工作人员控制运作。人员管理功能模块可以展示各专业人员的运作、分布及工作任务等信息。人员管理功能模块示意见图5。

图5 人员管理功能模块示意图

3 模型信息管理

模型信息管理主要是根据目前工作情况进行进度推演，根据推演结果指导调整实际生产。智慧钢梁的模型信息管理界面见图6。

3.1 物料追溯

钢桥建造厂的物料（如零件、杆件等）最终拼装形成钢桥。智慧钢梁管理系统的物料追溯功能可对桥梁各个组成部分的物料信息进行追踪定位，展示该物料的产地、型号、品牌、性能及生产状态等参数。物料追溯功能模块示意见图7。

图6 智慧钢梁模型信息管理界面

图7 物料追溯功能模块示意图

3.2 焊缝管理

焊缝管理是将现代化的管理手段与先进的网络通信技术应用于焊接生产过程控制，通过计算机对焊机设定焊接工艺参数，并在给定范围内进行微调，防止焊工对焊接参数的误操作，提高焊接生产的自动化程度与管理水平，实现主要、关键产品的焊接过程监控。焊缝管理功能模块示意见图8。

在系统中点击相应的焊缝，可弹出该焊缝包含的详细信息，如焊缝编号、焊接开始时间、焊接结束时间、焊缝长度、焊缝宽度、焊缝周围环境、焊接时长、焊接人员等信息。

3.3 螺栓质量管理

螺栓质量管理功能主要采用二维码或电子标签的方式实现。电子标签配备标签识别模块，嵌入智能数显扭力扳手内，智能扳手将螺栓螺母的位置及编号等信息保存起来。在施工过程中，扳手将所施力的数据、施力值、操作时间、螺栓螺母位置、螺母编号、产品出厂资料等信息通过蓝牙方式上传至手机端，手机端将信息上传至终端大系统完成大数据保存分析监控及管理。

在螺栓模型上，可显示螺栓的位置（点击时高亮显示）及其他详细信息，如螺栓编号、阈值、实际值、单位、操作人、领取人、状态和生产商等。螺栓质量管理功能模块示意见图9。