轻量化BIM与预制装配式隧道结构智能建造系统

来源: 铁路BIM联盟

轻量化BIM与预制装配式隧道结构智能建造系统-BIMBANK

近年来,装配式建筑在我国步入高速发展阶段。实践证明,预制、装配的工艺不仅可应用于传统住宅,也可应用于铁路隧道的修建。目前,多国开展了装配式隧道的试验或应用,如瑞士费尔艾那隧道(上图)、澳大利亚悉尼地下铁路隧道、日本盘龙公路隧道及仙台地下铁路隧道、苏联明斯克马蹄形装配式铁路隧道、我国西康铁路秦岭Ⅰ线隧道等

当前,我国铁路隧道建造以钻爆法施工工艺为主,机械化与信息化程度与欧美发达国家具有一定差距。相对于既有技术,预制装配式隧道结构具有工期短、施工方便、质量高、环保、成本易控制等优势,其标准化设计、工厂化生产、装配式施工、智能化管理及专业化协同等特点可适应更高的铁路隧道建设要求。

不同于盾构法或TBM法开挖的隧道,预制装配式铁路隧道是将隧道拱墙、轨下结构、沟槽盖板等分模预制、分块安装,关键接头部件可靠连接的一种新型结构体系。

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预制装配式隧道结构体系

发展预制装配式隧道新型结构是隧道建造方式的重大改革,是通过工厂化预制构件、机械化过程拼装、专业化施工、信息化系统管理技术的一种新型隧道结构体系,可有效降低过程造价、提升生产效率和施工安全。

目前,既有的预制PC 构件生产方式相对落后,装配式建筑全产业链信息化管理水平低。既有研究成果对于预制装配式隧道结构的制造、运输、拼装、监测检测等技术尚未深入系统研究,借助BIM技术实现设计、施工拼装模拟,过程进度管理及可视化监控量测;借助RFID技术链接生产制造与运输、拼装、运维检测;基于ERP系统实现合同管理、采购管理、构件生产、构件仓储、物流管理。

依托RFID、物联网、BIM等技术,建立上述三者深度融合的预制装配式隧道结构全生命周期智能建造系统架构,可涵盖管理、建设、设计、施工单位的标准化预制装配式铁路隧道管理、生产、设计模式,最大程度践行隧道智能建造。基于轻量化BIM的隧道建造期综合信息管理平台

隧道工程线性空间体量巨大、地质信息多元、BIM基础数据庞大冗余,当模型以多维度、多功能形式展示时,海量信息会造成高端民用配置计算机运行缓慢、可操性差,对计算机图形处理能力提出严峻考验。

轻量化BIM模型可较好地解决上述问题。通过从几何转换和渲染处理2个环节进行优化,将复杂网格切分、重复网格合并、几何数据压缩,其核心技术为“参数化几何描述+相似性图元合并”“遮挡剔除+批量绘制+LOD(Levels of Detail) ”,通过上述技术实现几何轻量化。同时,合并、剔除等技术大幅度减少模型单元信息轻量化的输入与输出,最大程度减少对计算机资源的占用,达到轻便快捷、合理易用的效果。

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BIM轻量化技术手段

基于物联网技术、数据库管理技术及Web网络技术,建立集拼装模拟、过程进度管理及可视化监控量测为一体的BIM平台。基于Eclipse编程平台编写Web客户端,编程语言为Java,数据操作方式为前端界面选择传值,服务器端安装Apache Tomcat轻量级应用服务器实现后台操作数据库数据读写。数据框架设计分为前台、后台2部分,前台为用户交互界面,后台负责数据库操作,前台操作命令传值控制后台数据库操作。基于轻量化BIM的隧道建造期综合信息管理平台融信息管理、施工进度管理、监控量测及风险预警、图纸管理、虚拟建造为一体,为隧道建造的智慧化提供助力。

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隧道建造期综合信息管理平台架构

基于轻量化BIM的隧道建造期综合信息管理平台,通过系统扩展、接口标准化管理、实体定义,可接入RFID技术采集的各类信息,同时与ERP管理系统融合,显示于同一平台。RFID技术与ERP系统功能及价值分析

RFID技术

无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID) 通过无线射频方式进行非接触双向数据通信,利用无线射频方式对记录媒体进行读写,从而实现识别目标和数据交换。

预制构件制造过程中,为实现钢筋混凝土装配式构件在设计、生产、运输、现场装配全过程的质量追溯,关键是在全过程物质流基础上建立相应信息流。RFID技术通过自动统计,对全生命周期数据进行记录及统计,并生成相关报表。

ERP系统

企业资源计划(Enterprise Resource Planning,ERP) 具备生产资源计划、制造、财务、销售、采购、质量管理,实验室管理,业务流程管理,产品数据管理,存货、分销与运输管理,人力资源管理和定期报告系统。

预制装配式构件制造厂的信息化建造,要求功能涵盖基础管理(基本信息和基本业务流程)、业务运行(企业的各类业务功能) 和战略管理(辅助决策和企业控制) 等方面,涉及预制装配式构件制造厂的财务管理、成本管理、人力资源管理、仓储与库存管理、销售管理、采购管理、制造管理、计划管理、战略分析等模块。因此,预制装配式构件制造厂的信息化建设离不开ERP系统。

预制装配式构件的制造采用ERP进行信息化管理, 可优化一系列环节和流程, 缩短货物运输与储存周期, 降低库存资金积压, 形成额外现金流;减少仓库管理中材料丢失或浪费, 量化采购流程, 使采购流程可追溯;控制生产和安装过程的材料用量;减少产品购买、货物接收、支付流程的处理成本;信息化管理业务流程和关键控制点;减少现场施工中材料(特别是钢筋、螺栓、预埋件等贵重五金件) 的丢失或浪费;减少管理费用及办公耗材。

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预制装配式构件工厂ERP系统工作流程总览

轻量化BIM、RFID与ERP深度融合

轻量化BIM与RFID技术集成

轻量化BIM和RFID技术集成可直接应用于预制构件的运输、施工及运维。预制构件通过RFID阅读器及无线网络发送构件信息给轻量化BIM系统,吊装中心收到轻量化BIM系统信息后,吊装构件至设定场地或车辆,此阶段主要以RFID技术随时追踪和监控预制构件的储存和吊装,以施工现场的无线网络为媒介,及时传递相关信息,同时,将BIM与RFID技术相结合,保证信息完整。

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BIM 和FRID 技术的创新应用流程

在运维阶段,预制构件的使用性能、可靠度等信息可被轻量化BIM系统随时监测,通过RFID技术实现构件标签化处理,将监测到的信息与轻量化BIM系统中的数字构件模型一一对应,有利于全生命周期的加固维修、构件更换和备品备件管理。

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BIM、RFID技术现场吊装应用

轻量化BIM、RFID与ERP集成

轻量化BIM与RFID技术相结合,可合理安排施工顺序、规划构件运输顺序、运输车次及路线。同时,施工现场的实际进度等关键信息即时反馈至预制构件生产工厂并融入ERP系统,根据反馈信息调整构件生产计划,再将调整计划信息传递给施工现场,实现信息共享,有利于工程顺利进行。

轻量化BIM、RFID技术与ERP集成系统功能涵盖财务管理、成本管理、人力资源管理、仓储与库存管理、销售管理、采购管理、制造管理、计划管理、战略分析等模块。多系统融合的架构可实现以下功能:

  • 将BIM中的材料清单信息通过系统间数据接口,导入信息化系统,生成BOM,以便后续使用
  • 通过设置多级提醒及预警,对原材料库存进行管理,保障提前采购,并将二维码等消息媒介作为协助管理的工具
  • 对于现场管控,通过RFID将相关信息导入信息化系统,与车间管理信息、计件工资、物资运入运出等功能进行实时连接
  • 通过中控室监控生产、仓储与库存、成本、质量、人事等多方面情况,及时对存在的隐患进行提示,当发生各类偏离情况时,及时报警、快速响应
  • 预制构件生产完成后,打印二维码及条码标签,以便后续仓储与发货,扫描结果需根据扫码权限加以区分
  • 理顺生产、成本、进销存关系,实现物流、信息流和资金流的同步与集成。通过全面的质量跟踪与统计分析,提高产品质量和服务质量
  • 基于轻量化BIM平台,自动生成制造BOM,基于RFID 软硬件结合,实现分权限、多用户管理,“设计—生产”协同
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集成主要功能框架

在以上功能基础上,实现计划、制造、设计、吊装、运输、施工、运维检测监测及全生命周期管控,并统计、分析数据,进一步推进预制装配式隧道大数据智能化建造。

在复杂艰险山区恶劣环境下,铁路山岭隧道建设过程的物流保障、营造方式与一般

地区差别巨大,而预制装配式技术特点可满足隧道建设客观需求。营造方式的变革,必然需要科研设计、生产制造、运输拼装、监测检测全链条全生命周期串联并沟通。针对以上实际需求,提出基于轻量化BIM、RFID技术与ERP系统深度融合的预制装配式隧道结构全生命周期智能建造系统,满足新时期铁路隧道建设对于智能化建造的要求。

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