桥梁施工预力计算流程自动化探讨

摘要：近年来国内积极推展工程自动化，特别在桥梁工程自动化工法的推动已卓有成效，如支撑先进工法、节块推进工法、悬臂工法等自动化工法与施工技术及经验的累积。文章基于桥梁工程单元化的施工特性，对桥梁施工预力计算流程自动化进行了探讨。

关键词：桥梁施工；预力计算国；流程自动化；支撑先进工法；节块推进工法；悬臂工法 文献标识码：A

中图分类号：TU997 文章编号：1009-2374（2015）30-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.054

1 资料处理标准化

资料处理标准化系将预力计算所需断面资料、钢腱配置资料，采取一致性的计算方式及单元格式，以利于后续自动化计算作业的应用，就信息标准化的说明，分成工具（软件）的标准化、书（图）面表达方式的标准化、电子档案交换格式的标准化、信息表达与交换方式的标准化四个层次，也说明了信息标准化对于信息管理的必要性。

2 预力计算自动化流程构想的规划

本系统从预力计算流程自动化的角度出发，其自动化内容可分为五个部份：

2.1 前处理资料建立资料库

在网页上记录施工单元的基本资料、计算箱梁断面及配置钢腱坐标，并将所有计算得出的资料建立资料库分别存放基本资料表、箱梁断面资料表及钢腱坐标资料表。

2.2 钢腱位置3D模型建立

传统钢腱配置仅能藉由X-Y、X-Z平面坐标检核钢腱配置是否正确，本研究系将三维空间坐标利用绘图软件（AutoCAD）提供的3D绘图指令自动汇入AutoCAD模型空间，用户可以迅速藉由3D钢腱配置模型检核其配置位置是否正确。

2.3 产生ABI预力分析输入档

工程师在完成预力钢腱配置后，可在Excel进行预力分析施工步骤排程，即针对现场施工步骤的模拟，每一混凝土节块施筑分为三个步骤，移动工作车至定位、组模及浇置混凝土，混凝土养护完成后施拉预力钢腱。工程师安排好施工步骤，辅以撰写宏程序产生ABI预力分析输入档。

2.4 预力计算后处理资料分析

由ABI预力分析程序输出结果，检核钢腱预力是否符合设计值、混凝土应力是否符合规范规定。

2.5 产生预力钢腱配置施工图

确认钢腱配置皆符合设计值后，可直接在绘图软件（AutoCAD）直接产生每一混凝土节块钢腱配置剖面图，并可读取3D钢腱坐标资料，自动在Excel电子表格制作钢腱配置坐标表。

3 建立web-based application

进行前处理计算本研究在“箱梁节块的断面计算”及“预力钢腱配置的坐标计算”采用web-based application概念，提供使用者在网际网路上操作，并将计算成果储存于伺服端资料库。

3.1 前处理计算的便利性

web-based application可跨平台，任何操作系统只要能打开浏览器都能实时使用，不需要公司的IT人员维护每一台PC上的软件，可节省IT人员的时间以及维护成本，任何地点、任何时间都可以轻松操作，使用接口学习容易，资料集中管理。本研究将前处理资料计算建置在主从式网页架构的客户端，将计算所得资料写入伺服端的资料库，让不同使用者可以在网际网路上操作箱梁断面及预力钢腱配置等计算，其计算所得资料藉由已制定的资料库格式分别储存于资料表，以达成web-based application的便利性及资料处理的一致性。

此做法与工程师在自己的PC上计算及储存资料等作业方式大大不同，传统作业方式的计算成果的质量必须由工程师经验累积及细心程度决定，且计算成果是分散的资料，较难达到资料处理的一致性。如web-based application设在公司内部intranet的Server端，可提供给公司同仁使用，也能兼具教育训练的功能，新进同仁只要知道简单的输入值代表的意义就能上手，资深同仁如有更好的想法，想扩充功能，也可不断精进web-based application的应用范围。

3.2 资料保存的完整性

资料管理技术已从早先人工管理、文件系统管理等阶段，演进到现在的资料库管理系统。资料库是集中、统一的储存、管理资料系统，这个系统会规定资料之间的关联，可减少资料的重复性，避免同一时间对同一笔资料的更改及资料储存的唯一性。本研究的web-based application在计算所得箱梁断面及钢腱配置等3D空间坐标信息，皆储存于资料库，该资料库在后续2D、3D绘图应用及结构分析的前处理上，对预力计算作业的质量及效能有很大的提升。对不同的使用者可设定不同的管理权限，如结构分析的用户可新增及修改资料库内容，而绘图的使用者仅能阅读资料库内容。

4 自动化绘图系统的制作与整合

研究将商用绘图软件（AutoCAD）与箱梁断面及钢腱配置等3D空间坐标资料库整合，提供了自动化绘制“桥梁剖面图”及建立“预力钢腱配置3D空间模型”等功能。绘图是一件琐碎繁重的工作，因为工程师要熟知绘图功能的种种技巧，如像素指令line、circle、3Dface及编辑指令zoom、trim、extend等，且需以飞快的速度操控输入工具（如滑鼠、数位板），大量且重复使用绘图指令，才能迅速完成图面及符合工作上的要求，在此种紧绷的绘图状态下，工程师很容易工作疲劳而出错，且除了自己小心检视外，并无Double check机制。基于简化绘图程序及提升绘图效率，AutoCAD因此发展AutoCAD VBA整合开发环境，藉由撰写宏程序，将绘图指令所需的尺寸及参数由连结资料库取得该等参数，即可完成自动化绘图，此为参数化绘图的概念，且由于个人计算机近年来硬体效能显著提升，促使商用绘图软件AutoCAD参数化3D绘图功能更强化。以AutoCAD内建了整合开发环境VBA，整合箱梁断面及钢腱配置等在3D空间坐标资料库及参数化绘图技术，自动化绘制“桥梁剖面图”及建立“预力钢腱配置3D空间模型”，尤其在预力钢腱配置的3D空间模型的计算精度以实际尺寸每10厘米（考量硬件效能及用户可接受程度所定的值）取一点计算，这在传统人工绘图上是无可比拟的。

5 结语

本研究所建立的预力钢腱配置3D空间模型，可以在AutoCAD上操作各种功能，如实时缩放、3D环视、图层管理等，使用者可以把桥面板、腹板及底板设在不同图层，藉由关闭某一图层来观察不同面向的钢腱曲线变化及钢腱与桥梁内部空间的相对位置，仔细观察预力钢腱配置每一个角度的每一个细节，可满足虚拟环境的三大要件，即融入感（Immersion）、互动性（Interaction）、想象力（Imagination）等，可帮助发现预力钢腱配置是否错误，如钢腱相交、跳跃或外露于混凝土腹板。

参考文献

[1] 郑廷银.高层钢结构设计[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2] 钱若军，杨联萍.张力结构的分析·设计·施工[M].南京：东南大学出版社，2003.

作者简介：林佳培（1987-），男，供职于江苏金领建设发展有限公司，研究方向：道路桥梁施工。

（责任编辑：黄银芳）endprint