基于Unity3D技術的跨海特大型橋梁施工及其應用中的病害預防研究

楊尚青 朱志剛 彭波皓 朱著冬

摘要：文章針對跨海特大型橋梁施工及其應用中可能遇到的的病害預防進行了模擬，過程為將在BIM建模后橋梁導入Unity3D平臺，在平臺中對模型進行場景設置及動畫渲染等操作后，導出為VR全景應用格式;工程人員可利用VR設備沉浸式虛擬施工，預判及規避設計不符合要求、構件布局不合理、發生腳手架搭設碰撞、以及應用中橋梁可能產生的沖擊導致橋梁破壞等病害進行模擬并進行預防規避，探索施工及應用中 模型可視化，更可為加強相關工程施工中的安全生產管理提供技術思路和理論參考。

關鍵詞：可視化;橋墩基礎施工;Unity3D

一、引言

隨著我國的經濟的快速發展，各地區橋梁建設猶如蜘蛛網一樣，跨海大橋的建設已經在國際水平中位于前列。海上建設必然面對著結構件的耐久性、大跨件、高強度等問題，所以跨海大橋的跨徑、橋墩基礎尺寸同時也在不斷增大。由于海上施工環境更加復雜，且由于地質情況、風載及波浪的影響下，橋墩基礎海上施工這一技術難點，阻礙了橋梁建設的發展。當前虛擬現實技術已經對制造業、工業、教育業產生了巨大的影響。目前環境極其復雜的工程建設，二維系統已經不能給予滿足，

因此三維虛擬技術應用在工程施工中，必將帶來革命性的改變。BIM+VR強大的功能體現在BIM 的三維模型結合VR的720度漫游視覺操作能把BIM的三維模型充分地

發揮到極致，只需通過Unity3D平臺轉化成VR格式，技術人員就能夠身臨其境地體驗施工過程。從項目的設計階段到施工階段、驗收階段，運行階段，或施工工序的小板塊、小構件都能通過BIM+VR技術來提前體驗并操作施工建成后的效果。虛擬現實的優勢主要通過計劃與現狀情況的對照、分析、及時發現實施中的偏差，采取有效措施，保證工期順利完成，讓問題在施工前得以提前考慮，提前更改，有效的避免了資源浪費，為項目施工各個階段的工人安全、優質質量提供了保證。

二、跨海大橋傳統施工及應用中病害預防的困難

傳統施工的特點是依圖施工。拿到的施工圖紙，僅是各個構件的信息在圖紙上采用線條繪制表達，但是其真正的構造形式就需要工作人員去自行判斷了。因此，在橋梁施工前很難發現由于地質情況、風載及波浪的影響對腳手架與模板之間是否會發生碰撞、腳手架螺栓的安裝是否準確。模板之間轉角處的鏈接是否清楚、腳手架是否存在安全隱患、橋墩基礎是否有沉降縫等問題。

三、基于Unity3D技術的BIM+VR優勢

由于跨海特大橋工程施工環境極其復雜，技術含量大，施工難度高，直接施工容易造成工程在后續的各種環境下所可能發生的橋墩基礎出現沉降縫、腳手架螺栓的安裝不準確、模板之間轉角處的連接不清楚等施工問題。因此，為了保證施工順利進行、不產生安全問題，利用BIM+VR全景技術針對跨海特大橋進行模擬施工，不僅具有BIM的優勢，還能通過VR虛擬施工，人員可以直觀、真實地沉浸式參與施工過程，使得施工和應用項目更具體、形象化，及時預測由于風載與波浪的影響、結點連接的問題、施工中存在的各類隱蔽技術盲點和施工死角，以及工程應用中因為沖擊造成的螺絲脫落、橋體破壞等病害進行發現并及時預防規避，排除問題，保證施工及應用的可靠及安全。

四、施工及應用模擬

（一）樁基施工過程：應用BIM技術對施工過程進行建模，對鉆孔灌注樁施工過程中，運用BIM+VR技術試驗鉆孔深度和寬度是否達標，鉆孔過大會導致墩臺不穩，過小會放不下去，施工過程中是否受到海洋的波浪荷載、臺風、海水沖刷等影響，這些我們都可以運用BIM+VR技術進行施工模擬分析，成孔后在鉆孔的邊緣處安裝擋板，有利于接下來的灌注施工。

（二）墩柱施工過程圖：應用BIM平臺建模，依據墩身的尺寸高度，采用鋼管腳手架進行模擬搭設施工工作平臺。提前檢驗腳手架搭建是否安全可靠，檢查模板是否符合尺寸要求，是否在進行模板連接的時候發生碰撞。鋼管之間的距離是否過大，工作人員是否能安全的從上面通過。并且預測在模板建設完成之，在墩體澆灌時腳手架與模板之間的位置是否會過大或者過小，過大是否會產生大塊的落石掉落，過小會產生施工不便，對這些威脅問進行提前預測，并提前解決。

（三）梁板的安裝過程：在架梁前，應用BIM+VR技術對支座位置、板梁端的位置進行測設;同時對支座位置進行結構尺寸、標高、支座、錨栓孔位置及錨栓進行檢查，確保其相關件符合橋涵規范要求，同時支座安裝到位，錨栓及其相關件要準備充足，避免在吊裝預制板中出現誤工及其他質量事故的發生。運用BIM+VR技術模擬梁板的安裝過程進行試驗，檢查梁板是否能準確無誤的安裝到位、各尺寸是否合格、橋墩基礎受力是否均勻，預制空心板頂面，錨固端面和鉸縫面等新、舊砼結合面均鑿毛機鑿毛。

（四）橋梁應用;在實際應用中因為海風或者海水沖擊等經常導致螺絲松動、脫落、橋體破壞等情況，但實際在工程應用中很難去詳細檢查，因此采用可視化模擬技術可以進行提前模擬并進行一定規避預防，在使用過程中上部結構產生碰撞等病害，因此要提前預留足夠縫隙，防止產生破壞。

五、總結

1.文章基于Unity3D平臺，利用BIM+VR技術對跨海特大橋施工過程及應用進行了研究，針對施工過程中風載與波浪的影響、設計不符合施工要求、工程構件空間布局不合理、工程應用中出現的螺絲脫落、橋體破壞等問題的解決、達到真實預判及可靠評價的效果，本文的研究對等相關土建施工及工程的應用提供了參考。

2.該技術避免了傳統施工中操作檢查的困難，且相對BIM+VR技術具有施工及應用虛擬過程更真實、立體、可靠的特點;綜合考慮系統工程中各個單項工程之間的相互影響、相互制約、及整體的施工進度、施工強度、流程程度及應用中破壞等關鍵問題，為后期安全施工和應用打下堅實基礎。

參考文獻：

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[3]譚喆，張成元，陳湘俊，劉國鋒，易威.BIM+ VR 虛擬現實技術在施工中的應用[J].萬方數據.2018（5）：73-74.

通訊作者：朱志剛;

項目名稱：廣東省科技創新戰略專項資金立項項目：pdjh2020b0948