基于仿真技術的高鐵梁場生產系統設計與應用

張洪飛

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710021）

在我國高速鐵路大規模規劃與建設的形勢下，橋梁作為高速鐵路線路的主要構成部分，在高鐵工程中占據著很大比重，其中預制簡支箱梁、T 梁是橋梁的主要構件，預制梁場作為高鐵線路中的大型臨時工程，在高速鐵路施工中具有重要的作用，為了提升高鐵梁場生產系統運行效率，確保所生產的構件質量與性能達到要求，需要加強對生產系統的設計與優化，將仿真技術全面應用在系統設計中，能夠有效提升生產工作效率與質量，推動高速鐵路工程建設。

1 仿真技術的基本內涵分析

仿真技術是現代信息技術中一項全新的實用技術，虛擬仿真技術為多個學科融合的技術形式，主要包括計算機技術、電子信息技術以及仿真技術，在仿真技術實現過程中，利用計算機技術構建虛擬的環境，在該環境中以現實物體為基礎，構建一個虛擬的“物體”，該物體與現實物體相同，所以可以通過對該物體的調整，顯示出現實物體調整的效果，而不需要對現實物體進行調整，只需要通過計算機對相關數據進行調整，從而能夠節約大量的資源與時間。從該技術的理論角度來看，虛擬仿真技術能夠創建一個虛擬化的環境，該虛擬環境為技術生成，但是環境中融合了實際數據，所以與實際情況相同；虛擬場景中是與現實數據結合構成的三維模型，將現實數據輸入對應的系統中，系統則能夠生成對應的模型，模型內容既可以是現實場景，也可以是完全虛構的場景，通過三維模型將其表現，能夠提高場景真實性和表現力[1]。由于仿真技術具有多項優勢，所以在現代工程建設、機械生產等領域中得以廣泛的應用，將其應用在工程構件的產品生產中，可以通過對仿真模型調整的方式，實現對工程構件的設計優化，在仿真模型優化完成后，依據仿真模型進行工程構件產品生產，從而能夠提升工程構件產品質量，優化過程中還能夠減少資源消耗，提升整體生產效率與質量，具有重要的現實意義。

2 基于仿真技術的高鐵梁場生產系統設計

2.1 基本設計思路與流程

依據高鐵工程制存梁場的定位與要求，構建梁場實體模型、應用仿真模型，從而能夠有效避免工期延誤的風險問題發生，提升梁場建設信息化水平。梁場的規模與位置，按照高鐵工程的項目的工期、施工組織、梁生產與存儲數量、生產能力、存儲時間以及工程規劃等多項因素，結合工程實際情況進行技術比選和確定。在鐵路工程梁場仿真設計項目中，其主要設計流程包括如下幾項：（1）確定高鐵梁場仿真模型設計標準、設計原則以及編碼原則。（2）分析高鐵工程項目中包含的主要仿真庫構件，建設參數標準幾何模型構件庫。（3）構件地形仿真模型、地坪仿真模型，對高鐵梁場仿真模型進行裝配。（4）進行仿真模型碰撞檢查與仿真模型調試。（5）對仿真技術的模型應用進行研究。

2.2 仿真技術高鐵梁場設計流程

采用仿真技術對高鐵梁場的生產系統進行設計，其主要流程包括如下幾項。

2.2.1 確定高鐵梁場仿真模型設計標準與原則

按照高鐵工程預制梁場的工程要求，依據鐵路項目仿真技術規范與標準中的規定，確定高鐵梁場的設計內容、設計深度以及編碼原則等，并確定仿真模型的基本信息、交付精度以及模型編碼等前置性工作[2]。

2.2.2 梁場構建庫分析與仿真模型構建

在高鐵梁場中工裝設備模型建設時，采用Revit 軟件，依靠其強大的族功能，構建梁生產期間需要采用的機械設備參數仿真模型，給予對應族庫的工程屬性與可變參數尺寸設置，從而能夠為后期維護工作提供便利的支持。

在高鐵梁場主要生產設施處理中，高鐵梁場主要的生產設施包括制梁臺座、制梁模板、鋼筋加工設施、混凝土拌和設施以及高鐵梁場內道路等；按照高鐵梁場的設計方案，構建不同類型的制作與存儲梁臺座仿真構件模型，按照現場實際情況，完成制作與存儲梁臺座的布置；構建高鐵梁場制梁模板族庫，形成箱梁模板構建庫；按照地形的基本狀態，建設連接制梁區域、存梁區域以及生活區域的道路仿真模型。結合現場的實際情況，構建混凝土拌和設施的模型，包含砂石料堆放倉庫、消防水質等，確保仿真模型的準確性[3]。

在辦公與生活設施區域中，按照高鐵梁場的設計方案，建設辦公區域、實驗室區域以及生活設施的基本仿真模型，并對區域中綠化、場坪等硬化設施進行優化設計。

2.3 地形模型與模型裝配

按照相關專業提供的地理信息模型，在CAD 軟件中對其進行一定處理，將無關與沒有價值的數據信息去除，保留高鐵梁場周圍的地形信息，將其導入Revit軟件中，構建高鐵梁場地形仿真模型，采用軟件中的地形模型構建功能，構建高鐵梁場模型。在Rvvit 軟件中新建項目信息，在項目文件中設定統一的基準高層、定位軸網以及項目單位等基本數據，在高鐵梁場地形模型加載之后，耦合既有的橋梁模型，實現對高鐵梁場仿真模型的構建。

3 仿真技術在高鐵梁場生產系統中的應用實例

3.1 項目概況

本次項目為H 市高速鐵路建設工程，占地面積為185 畝，高鐵梁場主要分為制梁區域、存梁區域、提梁區域、鋼筋加工區域、辦公生活區域、生活區域以及拌和區域；主要的大型臨時設施包括制梁區、存梁區、鋼筋加工區與拌和站；高鐵梁場應用提梁機跨線提梁上橋，運架一體化運梁架梁的方式對橋梁進行架設。該高鐵梁場的主要工程如表1 所示。

表1 該高鐵梁場的主要工程

根據項目的基本信息來看，在本次高鐵梁場建設過程中，存在著幾項施工難點問題：（1）較多的基礎設施、生產設施以及配合關系較為復雜，在傳統的設計方案中主要以平面的方式體現，結構平面不夠立體直觀，針對部分關鍵設施的特點等難以準確描述，不利于施工人員理解高鐵梁場建設的基本表結構特點。（2）高鐵梁場的整體建設較為復雜，包括建筑物、生產設施、生活設施以及多種機械設備等，施工人員在傳統的設計模式下無法準確掌握。如果施工沒有掌握高鐵梁場建設的基本要求與要點，則無法進行高質量的施工建設，所以需要加強仿真技術的應用，但是在基礎設施建設數量較多的情況，整體仿真建模工作難度較大。（3）高鐵梁場質量、安全等性能評價指標內容較多，影響高鐵梁場質量和使用的因素較多，不同性能指標的影響規律以及影響因素等較為復雜，施工人員在作業過程中面臨著許多難點，設計人員在無法準確掌握評價指標與影響因素的情況下，則難以得到準確的評價結果，對于高鐵梁場施工建設會造成很大的不利影響。

為了解決上述本次高鐵梁場工程中存在的問題，需要合理應用仿真技術，構建高鐵梁場的仿真模型，以此為基礎對其進行整體性優化設計與模擬，從而提升施工質量。

3.2 在場地平整中的應用

采用Civil 3D 軟件中的曲面建模功能，能夠快速獲取高鐵梁場場地三維地形，并得到土方三維效果、平面圖開挖以及填方線的具體示意圖，自動化完成對場地平整土方的計算，具體流程：（1）采用航拍提供的專業化地形資料，構建高鐵梁場初始地形模型的曲面。（2）采用Civil 3D 軟件中的專業放坡功能，依據高鐵梁場設計方案，對現場場地進行平整，獲取經過平整后的地形曲面模型。（3）依據場地平整前與平整后的曲面模型，采用Civil 3D 軟件中的土方分析功能，獲取高鐵梁場平整的土方工程數量，并生成計算結果數據。

3.3 在工程量計算中的應用

工程量計算是高鐵梁場預算編制的基礎，同時也是項目投資建設的主要依據，所以需要確保工程量計算準確性，才能夠確保投資充足，同時提升經濟效益。在高鐵梁場仿真模型建設完成后，按照高鐵梁場的仿真模型，對工程中的工程數量進行計算；對高鐵梁場中的土方工程、制作與存儲梁臺座、場坪道路、辦公區域以及綠化區域等構建仿真構件模型，能夠快速且準確地獲得對應的構件模型工程數量，以此為基礎對投資進行預算，能夠提升預算結果準確性。

3.4 梁場布設與仿真漫游

在高鐵梁場傳統的建設模式下，一般采用施工平面布置圖的方式，以平面圖紙將工程設計成果進行展現，但是二維圖紙存在著一定的缺陷問題，難以直觀、清晰地展現出高鐵梁場的實際情況，從而會對后續的施工建設造成負面影響。在高速鐵路項目建設規模與復雜程度提升的情況下，傳統二維圖紙對于高鐵梁場建設的指導存在局限性，無法滿足實際建設需求，所以需要加強對仿真技術的應用，能夠有效補充傳統模式下存在的問題，進而為高鐵梁場建設提供支持，主要應用要點包括：（1）構建高鐵梁場地形模型，同時構建現場既有的建筑物仿真模型，能夠有效解決高鐵梁場現場與周圍環境、建筑物沖突的問題，實現對設計方案的優化。（2）采用Revit 中族庫內的單元構件，靈活設置高鐵梁場中各功能分區與工裝設施，按照地形三維模型實現高鐵梁場仿真實體模型的建設。（3）將動態時間屬性給予各個仿真實體模型，能夠完成對各對象的實時交互，按照時間屬性構件4D 高鐵梁場模型。（4）對仿真實體模型中的各個實體位置、造型等進行優化調整，確保其能夠與高鐵梁場項目實際情況更加符合；采用仿真模型漫游可視化的功能，能夠確保現場布局、設計不合理之處及時發現，從而能夠避免由于設計方案存在問題在實際建設過程中出現錯誤情況，提升高鐵梁場建設質量[4]。

3.5 在運架梁施工中的應用

在預制梁仿真信息模型基礎上，附加施工建設過程、施工流程等基本數據，能夠對高鐵梁場施工建設流程進行可視化模擬；仿真模擬箱梁的預制、搬運以及架設施工技術，全面采用仿真模擬對設計方案進行優化，能夠提升施工方案準確性，確保施工過程中存在的問題及時發現。在本次高鐵梁場項目中，采用仿真模擬后，發現部分環節采用既有的施工技術無法完成，因此對施工技術進行優化，對于一些優化后依然無法完成的施工項目，對施工設計方案進行調整，從而避免后期施工遇到問題時臨時進行調整，有效提升了高鐵梁場建設效率，還避免由于返工引起的成本浪費問題。同時，在高鐵梁場模型中增加450t 提梁機與900t 提梁機以及龍門吊等施工設備的運行路徑和工作狀態信息，對提梁上橋的關鍵施工技術進行模擬，有效避免機械設備之間的干擾問題，使得各項機械設備的運行路徑得以優化，從而提升施工協調性，按照設計方案對機械設備的運行提供指導。

3.6 在構筑物結構優化中的應用

本次高鐵梁場項目中，除了基礎的生產設施之外，還存在著大量的構筑物，為了能夠提升整體項目質量，需要加強對仿真技術的應用。在高鐵梁場結構設計中應用數字手段與虛擬仿真技術，能夠幫助工作人員更加明確各區域的配合方式，使得工作人員對高鐵梁場的內部構成情況更加清晰，工作人員在高鐵梁場設計時，則能夠依據構筑物的基本結構進行分析，進而能夠提升實際施工質量。由此可以看出，仿真技術在高鐵梁場構筑物結構設計應用過程中，通過 輸入構筑物結構參數的方式，能夠構建立體化構筑物模型，為高鐵梁場構筑物施工打下堅實的基礎，能夠有效提高高鐵梁場構筑物施工質量，確保施工順利開展。通過采用仿真技術，能夠實現遠程化指導，使得高鐵梁場設計能夠通過網絡平臺開展，打破了傳統模式下受到的空間限制，為設計人員提供更加充足的現場數據，且采用仿真技術構建構筑物模型后，施工人員對于構筑物的內部結構掌握將會更加充分，能夠在仿真環境中對構筑物進行施工模擬，具有良好的應用效果，是仿真技術具有的重要優勢[5]。

4 結語

綜上所述，仿真技術在現代高鐵工程建設中具有重要的作用，將其應用在梁場生產系統中，能夠有效解決傳統系統中存在的問題，對梁場生產各個環節進行優化，提升生產工作效率，所以需要不斷完善梁場生產系統功能，充分發揮仿真技術的優勢。