VR技术在钢结构桥梁施工管理中的应用

VR技术在钢结构桥梁施工管理中的应用

蔡静伟

江苏省昆山市交通工程发展中心，江苏昆山，215300

摘要：随着信息技术的飞速发展，传统的施工管理方式已经不能满足现代桥梁工程的需求，其局限性日益突显。为此，钢结构桥梁施工管理开始探索并引用虚拟现实（VR）技术，通过开发专业的施工软件，模拟钢结构桥梁施工过程，使得潜在的问题在施工开始之前就能被识别出来，从而制定相应的预防措施，有效避免在实际施工过程中出现质量与安全问题，并提高整个工程项目的施工管理水平。笔者就昆山市震川桥为例，探究钢结构桥梁施工建造的管理难点，分析VR技术在钢结构桥梁工程中应用，采取有效措施解决应用中的重难点，推动桥梁建设行业的进步。

关键词：VR技术；钢结构桥梁；施工管理

昆山市震川桥项目属申张线青阳港段航道整治工程中一座桥梁，项目起点位于黑龙江路平交口，路线上跨青阳港，其主桥为跨航道非对称钢拱塔斜拉桥，桥梁全长507米，跨径90+140m，塔柱采用蝶翼形钢拱塔，分别向岸侧倾斜25度，为苏州市内河最高桥梁，且首次采用钢拱塔竖向转体施工工艺，技术要求高，施工难度大。

震川桥效果图

在桥塔转体过程施工中，VR技术可以作为有效的施工交底方式，使得施工人员能够更加直观地理解施工任务和要求。为确保震川桥桥塔转体施工的安全性与精确性，进一步提升桥梁施工水平和效率，建立BIM三维模型，进行施工阶段化的模拟，准确直观地展示工程项目的施工进度，实现可视化施工动态模拟，同时也便于后续查看回顾不同阶段的施工过程，提高施工科学性和可实施性。该技术的应用还有助于提高钢结构桥梁工程质量，减少施工过程中的返工，确保施工方案的可行性和安全性，从而提高钢结构桥梁工程的质量和可靠性。

一、钢结构桥梁工程施工管理难点

1.1对钢结构桥梁的结构和施工工艺了解不足

震川大桥钢结构桥梁结构复杂，如果施工团队不深入理解和掌握结构特点和施工技术，就可能导致施工方案的不切实际、施工工艺的不当选择、工序安排的不合理以及对施工中可能出现的技术难题缺乏预见性，大大增加钢结构桥梁施工的复杂性，增大施工风险，影响施工管理的效果，还可能导致工程进度的延误、成本的增加以及工程质量的下降。

1.2缺乏形象直观的模拟工具，优化大桥中V墩施工工序费时费力

通常来说，V墩是大桥中的关键结构，其施工组织和工序安排对整个工程的进度和质量有着直接影响。然而，由于缺少能够直观展示施工过程和效果的模拟工具，施工团队在制定和调整V墩及其相邻结构的施工工序时，不得不依赖于传统的纸面推演和横道图比对等方法。这些方法不仅效率低下，而且难以准确预测施工过程中可能出现的问题和干扰。因此，项目部需要花费大量的时间和精力来反复推敲和验证施工方案，以确保施工进度的合理性和施工质量的可控性，极大程度上增加了项目管理的难度。

1.3管理与协调效率低

钢结构桥梁施工过程通常涉及多个专业领域和众多施工团队，需要在复杂的工程环境中进行高效的沟通和协调。如果施工信息传递不畅、决策流程繁琐、资源分配不合理或施工计划不周密，往往导致管理层面的决策迟缓和施工团队之间的协调不力，有很大可能引发安全事故或质量问题，影响整个工程的顺利完成。因此，提高管理与协调效率，优化决策流程，加强信息共享，以及建立有效的沟通机制，是确保钢结构桥梁工程顺利进行的关键。

二、VR技术在钢结构桥梁工程施工管理中的应用

2.1总体应用思路

VR技术在钢结构桥梁工程的应用应融合创新与实用性，创建与实际工程结构和周边地形相匹配的三维虚拟环境，项目管理人员能够以第一人称视角进行虚拟漫游，从而直观地了解工程的全貌和细节，提前预见桥梁施工中可能出现的问题，而且能够通过工序模拟演示，优化施工方案和工序安排，在施工过程中能够监测关键点位的关键参数信息并及时预警，保证施工时结构的安全与稳定。同时，VR技术的应用还允许管理人员通过直观的界面查询构件的尺寸、材料、重量等属性信息，以及施工进度和质量控制等管理信息，极大地提高了信息管理的效率和准确性。此外，通过共享虚拟建造环境，不同部门和团队成员能够实现实时的信息交流和工作协调，从而提高团队的协作效率。

2.2开发技术路线

1）开发工具选择及VR设备选择

选择Unity引擎作为VR开发工具，是因为它具备开发敏捷、技术门槛低、支持多平台迁移等优势，这些特点不仅满足了工程应用的需求，还与未来移动端VR/AR的发展规划相契合。Unity的灵活性和易用性，使得开发团队能够快速构建和迭代VR应用，同时，它对各种操作系统和设备的广泛支持，确保了开发的VR应用能够无缝迁移到不同的平台，增强了应用的可访问性和市场竞争力。在开发过程中，Unity与Visual Studio的结合使用，进一步提高了开发效率，Visual Studio作为强大的代码编辑器和编译器，提供了丰富的开发工具和调试功能，帮助开发者编写高质量、高效的代码，确保了应用的性能和稳定性。

为了提供最佳的用户体验，可以选择性能先进的HTC Vive Pro作为VR设备。HTC Vive Pro以其高分辨率显示屏、宽广的视野和精确的追踪能力，为用户提供了沉浸式的VR体验，同时，其优化的设计减少了长时间使用时可能产生的眩晕感，确保了用户在使用VR应用时的舒适度和满意度，有利于开发出既高效又用户友好的VR应用，满足钢结构桥梁工程施工管理的精细化和系统化需求。

2）BIM模型准备

钢结构桥梁模型的构建是在Autodesk Revit这一先进的建筑信息模型(BIM)软件中完成的，该模型的精细度达到了LOD5级别，即模型的每一个细节都经过精心设计和精确表示，从而确保了模型的高保真度和实用性。这种高度的精细度不仅使得模型能够精确反映实际桥梁的构造和特征，而且为现场施工管理提供了强大的支持，使得施工团队能够根据模型进行更加精确的规划和决策。同时，LOD5级别的模型也为VR软件提供了丰富的数据和信息，使得VR应用能够根据这些数据生成逼真的虚拟环境，从而为用户提供沉浸式的体验。

3）模型减面优化与成组

技术人员采用了Autodesk 3ds Max软件对钢结构桥梁的模型进行了细致的优化工作，目的是为了增强Unity VR程序在模拟建造过程中的性能表现，提升了模型的渲染效率，还确保了在虚拟现实环境中的流畅交互体验。进一步地，技术人员将优化后的桥梁模型与实际的工程结构紧密结合，将它们合并成逻辑组，为后续施工工序的设置和施工流程的模拟提供了坚实的基础。与此同时，面对Unity软件在处理Revit模型时所遇到的效率低下和兼容性不足的问题，开发团队可以对模型构件进行简化和合并，有效减少了模型的面数，从而大大降低了模型对计算资源的需求，显著提升了VR软件的运行效率，并且成功解决了因模型复杂度高而引起的内存溢出问题，为项目管理人员提供了稳定且功能强大的虚拟现实模拟建造平台。

4）拼装工序设置

在Unity环境中，开发人员编写了工序判别脚本，这些脚本能够精确地指导模型构件的拼装。为了进一步增强桥梁模型的实用性和交互性，开发人员为每个模型构件赋予了独特的ID和详尽的详细信息，这些信息包括构件的尺寸、材料、位置等关键参数。当用户使用VR设备进入虚拟环境时，他们能够实时查看构件的详细信息和工序流程，从而能够准确判断并实施当前的施工步骤，为用户提供了高度直观和互动的平台，使得施工人员能够在虚拟环境中进行预演和模拟，从而更好地理解钢结构桥梁施工过程，优化施工方案，提高施工效率。

5）构件磁力吸附

VR应用的核心目标是通过构件拼装与工序模拟，帮助用户深入理解复杂的钢结构桥梁工程结构和施工工序。为此，应用中创新性地引入了磁力吸附机制，极大地简化了用户在虚拟环境中安放构件的过程，用户可以更加轻松地将构件放置到正确的位置，从而更专注于施工工序的学习与理解。在实现构建磁力吸附的过程中，开发团队深入分析了构件的特性，并进行了反复的调试，最终制定了合理的吸附判定标准，确保了吸附机制既符合工程实际，又能提供流畅和直观的用户体验，还增强了用户对工程结构和施工流程的掌握，使得用户能够在模拟真实施工环境的虚拟空间中，从而更好地配合钢结构桥梁施工管理工作。

6）施工过程监控

基于虚拟现实（VR）技术建立桥梁施工过程监控的三维模型，可以实现桥梁施工中过程监控的三维可视化功能，使得桥梁施工过程的全貌得以直观、形象地呈现。震川桥桥梁结构复杂，钢拱塔竖向转体施工是本次施工管理过程的关键节点。基于VR技术搭建施工过程监控的BIM模型，进行施工阶段化的模拟，准确直观地展示工程项目的施工进度，实现可视化施工动态模拟，同时也便于后续查看回顾不同阶段的施工过程。同时，BIM模型可实时监测关键部位应力和变形，发现异常及时预警，实现了桥塔转体施工过程监控的数字化、精细化、智慧化，提高施工科学性和可实施性。

三、结语

综上所述，虚拟现实（VR）技术在钢结构桥梁施工管理中的应用，提供了全新的、直观的、互动的手段来模拟和分析施工过程。管理人员可以利用VR技术深入理解工程结构和工艺，通过在虚拟环境中模拟施工过程，优化施工方案和工序，确保施工的顺利进行，提升了施工管理水平，还增强了施工团队的协作和沟通，为钢结构桥梁施工管理带来了更多的便利和优势，是推动建筑行业创新发展的重要力量。

参考文献：

[1]王占飞,冯瑾,梁伟,等.BIM虚拟施工技术在装配式钢结构桥梁中的应用研究[J].北方交通,2020(7):9-13.

[2]吴露方,杨京鹏.BIM技术在大跨度钢拱桥中的应用与研究[C].第九届海峡两岸及香港钢及组合结构技术研讨会论文集.2021:95-110.