本发明涉及一种基于BIM技术的施工仿真模拟方法，特别涉及钢桥面铺装工程的施工仿真模拟方法，属于钢桥面铺装工程技术领域。
背景技术：
我国大跨径钢结构桥梁采用钢桥面沥青铺装，目前钢桥面铺装层使用较为广泛和效果较佳的铺装材料为环氧沥青混凝土(EA)。它的强度高，高温时抗塑性流动和永久变形能力很强，低温抗裂性能较好，具有极好的抗疲劳性能。但是环氧沥青混凝土的性能受成型时温度、时间等因素变化的影响较大，对施工当天的天气、气温和空气湿度有严格要求，而且在摊铺后必须保证有足够长的养护期以确保环氧沥青混合料能够基本固化，故环氧沥青混凝土的铺装施工过程必须做到“快、准、好”。
钢桥面铺装环氧沥青混凝土施工的工艺流程可分为拌合站材料准备和桥上施工作业两部分，前者完成环氧沥青混凝土的配合比设计、配料和混合料拌合运输，后者主要包括整桥喷砂除锈、喷洒防水粘结料、环氧沥青混合料摊铺及碾压成型、接缝处理和后期清理养护等。环氧沥青混合料运输及其摊铺碾压过程材料成型的温度和时间对钢桥面铺装施工质量的影响极大，因此必须对其施工过程进行严格把控。目前采取的铺装质量控制方案是在施工前需要做好周密的施工组织计划，合理统筹调度施工机械和车辆，对现场调度员及施工人员进行技术交底和专业培训，并通过试验段的试铺进行施工模拟，以此提高正式铺装施工的成功率。该施工模拟方法的效费比太低，即试验的时间和成本过高，影响了工程的工期进度和项目的经济效益。
建筑信息模型(BIM)是一种新型的应用于工程建设领域的信息化技术，它可集成所有的几何模型信息、功能要求及构件性能，并实现项目全生命周期的信息共享和传递；目前现有技术中尚未有将BIM技术引入钢桥面铺装工程的应用。
技术实现要素：
发明目的：本发明针对传统现场施工模拟方法存在的问题，提供一种基于BIM技术的钢桥面铺装施工仿真模拟方法，可有效提高施工的质量和效率。
技术方案：本发明所述的一种基于BIM技术的钢桥面铺装施工仿真模拟方法，包括如下步骤：
步骤1，前期数据收集，包括施工场地地理信息、钢桥及其桥面板的三维尺寸、以及钢桥面铺装工程的施工方案；
步骤2，根据收集的数据基于BIM平台建立施工子模型，包括施工场地子模型、钢桥子模型、钢桥面铺装层子模型和施工机械子模型；
步骤3，从钢桥面铺装工程的施工方案中获取施工过程信息，将施工子模型数据和施工过程信息导入施工仿真模拟平台组装施工模型；
步骤4，基于施工模型制作钢桥面铺装施工仿真模拟动画。
上述步骤1中，施工场地地理信息包含施工场地的平面坐标和高程点坐标，钢桥面铺装工程的施工方案包括施工时间、施工区域划分、施工机械安排和施工任务。
上述步骤2中，施工子模型可采用不同建模软件生成，其中，施工场地子模型优选采用Civil 3D软件生成，钢桥子模型及其铺装层子模型优选采用Revit软件建立，施工机械子模型优选采用Inventor软件制作。
上述步骤3中，施工仿真模拟平台为Navisworks平台，可先将各施工子模型数据转换成IFC标准格式数据、施工过程信息在Microsoft Project中创建并存储为非IFC标准格式，然后将上述数据信息导入到Navisworks平台，在Navisworks上组装施工模型。
上述步骤4中，钢桥面铺装施工仿真模拟动画的制作过程具体可包括施工进度信息与施工模型的关联匹配、施工机械运行的动画设计、以及施工场景的渲染三个部分。
首先，施工进度信息与施工模型的关联匹配是指按不同的时间间隔对施工进度进行模拟、建立具体的施工时间安排与铺装层施工工序的对应联系，其建立方法为：通过Microsoft Project建立具体的铺装层分层铺装进度安排表，该进度安排表精细化到每一层的每一块铺装单元，即每个铺装单元都建立与自身相对应的施工任务，与施工机械的动作和时间相关联，然后将施工进度数据导入到Navisworks中的Timeliner模块。
其次，施工机械运行的动画设计包括施工机械的工作动画及统筹施工车辆的调度，其中，施工机械的工作动画由Animation模块通过捕捉施工机械、利用运行命令模拟得到，施工车辆的调度由Animation模块对施工机械车辆进行统筹调度模拟得到。
最后，施工场景的渲染方法为：后期处理时将施工机械运行的动画添加到Timeliner中，并利用Presenter模块对施工场景进行渲染。使得模拟动画更具真实感和立体感。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点在于：本发明的钢桥面铺装施工仿真模拟方法利用了BIM平台具有可视化设计和数据信息共享的特点，在三维可视化建模的基础上加入了时间维度，可以进行钢桥面铺装工程任意施工形式的施工模拟，通过在施工仿真模拟平台中输入施工计划，可以直观快速地验证施工计划的可行性，有利于在正式铺装前及时发现问题和优化施工方案，有助于提高铺装施工效率，降低差错率，减少现场返工，节约投资；同时，本发明通过对施工机械工作时间和工作方式的设计，克服了以往施工模拟动画中施工项目与施工机械相隔离的缺点，使得模拟动画更具真实性，施工仿真结果更准确可靠。
附图说明
图1为基于BIM技术的钢桥面铺装施工仿真模拟系统的技术架构示意图；
图2为本发明的基于BIM技术的钢桥面铺装施工仿真模拟方法的流程图；
图3为实施例中仿真模拟的钢桥面铺装层结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的一种基于BIM技术的钢桥面铺装施工仿真模拟方法，顾名思义，是将BIM技术用于钢桥面铺装的施工模拟，其理论基础如图1，图1给出了应用BIM仿真模拟平台进行钢桥面铺装施工仿真模拟的技术架构，该技术架构包括如下五层：
1、数据层，它是数据“仓库”。其主体是结构化的数据信息即BIM数据库，其中包含的是IFC标准格式信息，同时可储存非结构化的数据信息即非IFC标准格式信息以及工程进度信息等一切关于钢桥面铺装工程施工过程的信息化数据。
2、数据接口层，是数据层与BIM平台交互信息的通道。通过数据接口层，可将不同来源的IFC标准格式信息、非IFC标准格式信息以及工程进度信息等数据信息存储与导入到BIM平台中，实现数据的识别与存库。
3、BIM平台层，是实现数据信息集成与共享的平台。它能够读取、提取、储存、集成和验证数据库中的数据信息，通过数据层将工程的设计建模信息和施工过程信息集成于BIM平台中，实现信息的共享以及生成软件系统能够识别的子信息模型。
4、模型层，是集成了BIM模型数据信息的平台层根据不同的应用需求生成不同的子信息模型，如施工过程模拟子信息模型、施工资源管理子信息模型、施工过程优化子信息模型等。各子信息模型可为应用层提供模型和数据支持。
5、应用层，是钢桥面铺装施工仿真模拟的具体实施。它包括了基于BIM技术的施工过程可视化仿真模拟系统、施工过程优化和施工动态管理等，直接应用于钢桥面铺装施工过程中的场地管理、施工进度管理、资源动态管理以及施工碰撞检查。
基于上述理论基础，本发明提供了一种基于BIM技术的钢桥面铺装施工仿真模拟方法，通过将施工对象、地形及施工机械的3D模型与施工进度计划相关联并集成施工相关资源的信息，实现了施工进度、施工资源与场地布置的动态管理以及全施工过程的4D可视化仿真模拟，其实现的技术路线如图2。
给定一座钢桥，以该钢桥面的铺装工程为例，对本发明的基于BIM技术的钢桥面铺装施工仿真模拟方法进行具体说明。该钢桥面的施工仿真模拟实施步骤如下：
第一步，前期数据收集。前期所要收集的数据包括施工场地地理信息、钢桥及其桥面板的三维尺寸和钢桥面铺装工程的施工方案。其中，施工场地地理信息包含施工场地的平面坐标和高程点坐标；钢桥面铺装工程的施工方案包括施工时间、施工区域划分、施工机械安排和施工任务。
数据的具体收集方式如下：1)施工场地地理信息可通过GPS或全站仪测量出场地地理坐标，并将坐标文件存为txt格式后导入Civil 3D中，利用其场地选项建立场地表面模型；2)钢桥及其桥面板的三维尺寸可通过钢桥的施工设计图纸确定，从中提取钢桥的桥长、钢箱梁顶板的宽度、铺装层每层的厚度等主要参数，本实施例中铺装层结构如图3；3)钢桥面铺装工程的施工方案参照实际工程的施工进度安排表，不同之处是增加了对施工区域进行分层分段编号，便于后期模拟动画的处理。
第二步，施工子模型建模。施工模型是由施工场地子模型、钢桥子模型、钢桥面铺装层子模型和施工机械子模型四部分组成。
各个施工子模型的建立方法各不相同。施工场地子模型通过导入地理坐标文件生成；钢桥子模型及其铺装层子模型是利用Revit建模软件自带的桥梁构件库，通过“搭积木”的方式快速建立三维桥梁结构模型，再将桥面板的材质设为符合实际钢桥面铺装层材质来建立桥面铺装层模型；施工机械包括摊铺机、钢轮压路机、轮胎压路机和运料车，可通过Revit中的体量功能创建，亦可通过Inventor制作后以DWG文件格式导入到Revit中进行应用。
第三步，施工子模型数据和施工过程信息的转换和导入；
施工模型的四个子模型在施工仿真模拟平台Navisworks上组装合成，这过程需要将各个平台的施工子模型数据转换成IFC标准格式数据，然后通过数据接口将数据信息导入到Navisworks平台，在Navisworks上实现施工模型的全部组装。
施工过程信息提取自钢桥面铺装工程的施工方案，将施工过程信息在Microsoft Project中创建并存储为非IFC标准格式，然后通过Navisworks自带的数据接口导入。
第四步，施工仿真模拟动画的制作。施工模拟动画的制作主要分为三个部分：施工进度信息与施工模型的关联匹配、施工机械运行的动画设计以及施工场景的渲染。
首先需按不同的时间间隔对施工进度进行模拟，即将具体的施工时间安排与铺装层施工工序建立相对应的联系。施工进度信息与施工模型的关联匹配是通过Microsoft Project建立具体的铺装层分层铺装进度安排表，该进度安排表需要精细化到每一层的每一块铺装单元，即每个铺装单元都要建立与自身相对应的施工任务，与施工机械的动作和时间相关联，然后将施工进度数据导入到Navisworks中的Timeliner模块。
其次是设计摊铺机、压路机等施工机械的工作动画及统筹施工车辆的调度。施工机械运行的动画由Animation模块通过先后捕捉运料车、摊铺机等场地构件，利用旋转、平移等命令模拟出施工机械工作的动画，同时Animation模块可对施工机械车辆进行统筹调度，合理安排不同施工机械的协调配合。
最后是对施工场景进行渲染使得模拟动画更具真实感和立体感。后期处理时将施工机械调度动画添加到Timeliner中，并利用Presenter模块对施工场景进行渲染，再以AVI格式导出即可得到钢桥面铺装施工仿真模拟的4D动画了。