橋梁施工預力計算流程自動化探討

摘要：近年來國內積極推展工程自動化，特別在橋梁工程自動化工法的推動已卓有成效，如支撐先進工法、節塊推進工法、懸臂工法等自動化工法與施工技術及經驗的累積。文章基于橋梁工程單元化的施工特性，對橋梁施工預力計算流程自動化進行了探討。

關鍵詞：橋梁施工；預力計算國；流程自動化；支撐先進工法；節塊推進工法；懸臂工法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU997 文章編號：1009-2374（2015）30-0103-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.054

1 資料處理標準化

資料處理標準化系將預力計算所需斷面資料、鋼腱配置資料，采取一致性的計算方式及單元格式，以利于后續自動化計算作業的應用，就信息標準化的說明，分成工具（軟件）的標準化、書（圖）面表達方式的標準化、電子檔案交換格式的標準化、信息表達與交換方式的標準化四個層次，也說明了信息標準化對于信息管理的必要性。

2 預力計算自動化流程構想的規劃

本系統從預力計算流程自動化的角度出發，其自動化內容可分為五個部份：

2.1 前處理資料建立資料庫

在網頁上記錄施工單元的基本資料、計算箱梁斷面及配置鋼腱坐標，并將所有計算得出的資料建立資料庫分別存放基本資料表、箱梁斷面資料表及鋼腱坐標資料表。

2.2 鋼腱位置3D模型建立

傳統鋼腱配置僅能藉由X-Y、X-Z平面坐標檢核鋼腱配置是否正確，本研究系將三維空間坐標利用繪圖軟件（AutoCAD）提供的3D繪圖指令自動匯入AutoCAD模型空間，用戶可以迅速藉由3D鋼腱配置模型檢核其配置位置是否正確。

2.3 產生ABI預力分析輸入檔

工程師在完成預力鋼腱配置后，可在Excel進行預力分析施工步驟排程，即針對現場施工步驟的模擬，每一混凝土節塊施筑分為三個步驟，移動工作車至定位、組模及澆置混凝土，混凝土養護完成后施拉預力鋼腱。工程師安排好施工步驟，輔以撰寫宏程序產生ABI預力分析輸入檔。

2.4 預力計算后處理資料分析

由ABI預力分析程序輸出結果，檢核鋼腱預力是否符合設計值、混凝土應力是否符合規范規定。

2.5 產生預力鋼腱配置施工圖

確認鋼腱配置皆符合設計值后，可直接在繪圖軟件（AutoCAD）直接產生每一混凝土節塊鋼腱配置剖面圖，并可讀取3D鋼腱坐標資料，自動在Excel電子表格制作鋼腱配置坐標表。

3 建立web-based application

進行前處理計算本研究在“箱梁節塊的斷面計算”及“預力鋼腱配置的坐標計算”采用web-based application概念，提供使用者在網際網路上操作，并將計算成果儲存于伺服端資料庫。

3.1 前處理計算的便利性

web-based application可跨平臺，任何操作系統只要能打開瀏覽器都能實時使用，不需要公司的IT人員維護每一臺PC上的軟件，可節省IT人員的時間以及維護成本，任何地點、任何時間都可以輕松操作，使用接口學習容易，資料集中管理。本研究將前處理資料計算建置在主從式網頁架構的客戶端，將計算所得資料寫入伺服端的資料庫，讓不同使用者可以在網際網路上操作箱梁斷面及預力鋼腱配置等計算，其計算所得資料藉由已制定的資料庫格式分別儲存于資料表，以達成web-based application的便利性及資料處理的一致性。

此做法與工程師在自己的PC上計算及儲存資料等作業方式大大不同，傳統作業方式的計算成果的質量必須由工程師經驗累積及細心程度決定，且計算成果是分散的資料，較難達到資料處理的一致性。如web-based application設在公司內部intranet的Server端，可提供給公司同仁使用，也能兼具教育訓練的功能，新進同仁只要知道簡單的輸入值代表的意義就能上手，資深同仁如有更好的想法，想擴充功能，也可不斷精進web-based application的應用范圍。

3.2 資料保存的完整性

資料管理技術已從早先人工管理、文件系統管理等階段，演進到現在的資料庫管理系統。資料庫是集中、統一的儲存、管理資料系統，這個系統會規定資料之間的關聯，可減少資料的重復性，避免同一時間對同一筆資料的更改及資料儲存的唯一性。本研究的web-based application在計算所得箱梁斷面及鋼腱配置等3D空間坐標信息，皆儲存于資料庫，該資料庫在后續2D、3D繪圖應用及結構分析的前處理上，對預力計算作業的質量及效能有很大的提升。對不同的使用者可設定不同的管理權限，如結構分析的用戶可新增及修改資料庫內容，而繪圖的使用者僅能閱讀資料庫內容。

4 自動化繪圖系統的制作與整合

研究將商用繪圖軟件（AutoCAD）與箱梁斷面及鋼腱配置等3D空間坐標資料庫整合，提供了自動化繪制“橋梁剖面圖”及建立“預力鋼腱配置3D空間模型”等功能。繪圖是一件瑣碎繁重的工作，因為工程師要熟知繪圖功能的種種技巧，如像素指令line、circle、3Dface及編輯指令zoom、trim、extend等，且需以飛快的速度操控輸入工具（如滑鼠、數位板），大量且重復使用繪圖指令，才能迅速完成圖面及符合工作上的要求，在此種緊繃的繪圖狀態下，工程師很容易工作疲勞而出錯，且除了自己小心檢視外，并無Double check機制。基于簡化繪圖程序及提升繪圖效率，AutoCAD因此發展AutoCAD VBA整合開發環境，藉由撰寫宏程序，將繪圖指令所需的尺寸及參數由連結資料庫取得該等參數，即可完成自動化繪圖，此為參數化繪圖的概念，且由于個人計算機近年來硬體效能顯著提升，促使商用繪圖軟件AutoCAD參數化3D繪圖功能更強化。以AutoCAD內建了整合開發環境VBA，整合箱梁斷面及鋼腱配置等在3D空間坐標資料庫及參數化繪圖技術，自動化繪制“橋梁剖面圖”及建立“預力鋼腱配置3D空間模型”，尤其在預力鋼腱配置的3D空間模型的計算精度以實際尺寸每10厘米（考量硬件效能及用戶可接受程度所定的值）取一點計算，這在傳統人工繪圖上是無可比擬的。

5 結語

本研究所建立的預力鋼腱配置3D空間模型，可以在AutoCAD上操作各種功能，如實時縮放、3D環視、圖層管理等，使用者可以把橋面板、腹板及底板設在不同圖層，藉由關閉某一圖層來觀察不同面向的鋼腱曲線變化及鋼腱與橋梁內部空間的相對位置，仔細觀察預力鋼腱配置每一個角度的每一個細節，可滿足虛擬環境的三大要件，即融入感（Immersion）、互動性（Interaction）、想象力（Imagination）等，可幫助發現預力鋼腱配置是否錯誤，如鋼腱相交、跳躍或外露于混凝土腹板。

參考文獻

[1] 鄭廷銀.高層鋼結構設計[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2] 錢若軍，楊聯萍.張力結構的分析·設計·施工[M].南京：東南大學出版社，2003.

作者簡介：林佳培（1987-），男，供職于江蘇金領建設發展有限公司，研究方向：道路橋梁施工。

（責任編輯：黃銀芳）endprint