信息化技术在现代土建工程中的应用(共9页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上必修课土建工程概论课程论文 信息化技术在现代土建工程中的应用以汉秀剧场为例学 生 姓 名 ：*学 号：2014*院（系）名 称：测绘学院专 业 名 称 ：测绘工程指 导 教 师 ：陈悦华 副教授 二一六年十一月摘 要 随着信息技术的发展，其在土木工程中的应用越来越广泛。现代大型的土木工程项目在项目的各个阶段都需要用到信息技术来加以辅助。其中现代测绘技术与土木工程密切相关。比如工程的规划与管理需要借助GIS平台软件，大型工程的形变及沉降等需要用GPS测量来监测等。武汉汉秀剧场作为大型的表演场馆，其设计新颖、结构复杂、工期较短，在施工过程中利用了大量的信息技术。关键词：信息技术；汉秀剧场；测绘工程；BIM技术1 概述1.1准备工作关于信息化技术在现代土木工程中的应用论文，我首先通过在互联网上检索一些武汉市的地标建筑，并初步了解这些建筑的地理位置、建筑风格、竣工时期等信息。最后选择以汉秀剧场为论文中实例主要有几点原因：（1）汉秀剧场距离武汉大学较近，交通方便，便于实地考察。（2）汉秀剧场风格独特，工艺复杂，有较大考察价值。（3）汉秀剧场为现代化建筑其施工中运用了较多信息技术。（4）汉秀剧场工期较近，便于搜集资料。在实地考察之前，我先从互联网以及图书馆馆藏资料中收集了大量信息，便于初步了解课题以及对于考察建筑有初步了解。本人搜集的资料主要包含以下内容：（1）关于武汉汉秀剧场的简介文章（2）关于武汉汉秀剧场工程技术有关论文（3）关于测绘新技术有关论文（4）关于信息技术与土木工程论文（5）关于测绘技术与土木工程论文关于实地考察，本人于2016年11月31日下午乘车至汉秀剧场附近实地考察，考察发现及照片附于附录。注：由于建筑的施工过程及项目细节即便通过实地考察也难以了解较为详尽的信息。因此关于项目细节介绍多引用自互联网。1.2土木工程中的信息在解决某个具体工程问题时,首先要采集信息,然后根据一定的原理进行加工,根据加工结果付之实践。现代社会的发展要求人们不断从天空、地下和海洋开拓人类生存空间,土木工程功能化、城市立交化、交通高速化,以及改善综合居住环境,已成为现代土木工程建设的特点。因而对土木工程相关信息的处理能力和水平的要求大大提高。工程项目的信息可分为如下几种: ( 1) 工程基本状况信息,主要有项目的目标设计文件、项目手册、各种合同、设计文件、计划文件; ( 2) 现场实际工程信息,如实际工期、成本、质量信息等等; ( 3) 计划和实际对比以及趋势预测信息; ( 4) 各种指令、决策; ( 5) 其他如市场情况、气候、政策信息等。1.3测绘信息技术现代测绘技术向高科技和数字化方向发展，其中“3S”技术是现代测绘技术的代表。“3S”是全球卫星定位系统(GPS)、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)的合称。GPS是美国研制的精密卫星导航定位系统。该系统可向全球任何用户全天候地提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息。遥感(RS)是一种远距离，大面积几何形态、位置以及相关物理特性的传感手段。广义的遥感包含航空摄影测量。现代航天遥感技术(RS)可提供分辨率的影像资料，航空遥感技术即全数字摄影测量(DPS)可提供分米级甚至厘米级的影像资料。，地理信息系统(GPS)是地球空间信息的集成表达、统计分析、管理的信息系统。前两者是当代最先进的能实时快速获取数据和信息的采集工具，后者是数据和地球空间信息处理、分析乃至决策的平台。利用当代多种先进的数据通信技术，实现数据从采集工具到分析管理决策平台之间的自动交换，就可形成一个从信息获取到信息处理、分析决策，到最后实现反馈控制的自动控制综合平台。“3s”集成技术提供了对地球系统进行长期的立体的监测能力，为收集、处理和分析地球系统变化的海量数据提供了工具。在大型土木工程中，如三峡工程、南水北凋、西气东送、青藏铁路等，都具有施工范围大、战线长、物流量大、施工周期长、土方工程大等特点。“3s”技术为大型土木工程提供了最有效的数据和信息采集、分析处理、表达决策的工具。“3S”集成技术将在大型土木工程中贯穿从勘测、设计、质量监控、安全监控、竣工验收到运行监控管理的一切阶段。在现代测绘中，内外业一体化数字测图(亦称野外数字测图，简称数字测图)也是一项重要的测绘新技术，野外数字测图就是利用全站仪在野外采集数据，经过计算机处理得到工程设计、施工及管理用图。该技术在城市测量和中小范围工程测量中有广泛的应用。、以前数字测图一般分为“数字测记式”和“电子平板式”两种测图模式，现已发展为用掌上电脑(DPA)现场采集数据与成图。数字测图可实现工程勘测设计一体化和实现数据采集、更新、管理一体化和自动化。11.4汉秀剧场项目概况“汉秀”取自楚汉文化精粹之意，建筑设计灵感来源于中国传统的红灯笼，其设计外形为红灯笼造型，轻盈剔透的结构美轮美奂，通过三层挑高的大堂可以向上一览无限星空。该建筑高度约五十米，总共约二千个座椅，总建筑面积8.6 万平方米，传统元素与现代技术的高度融合，成为武汉汉秀场造型设计上的最大特色。汉秀剧场的创意打破常规，剧目编排突破艺术分界，未来节目将在水底、水面、空中进行立体呈现。同时，项目的建设将挑战多个“全球第一”。该项目由中建二局负责建造。汉秀剧场的建造难度主要有以下几点：（1）坑深水近，深基坑距水源仅3米。为了满足汉秀剧场演艺功能要求，地下室开挖深度达36 米，相当于13 层普通住宅高度；施工场地极其狭小，总占地面积28000 平方米，基坑面积却达到25000 平方米，且基坑边距水果湖仅为3 米；深地层中大量分布砂卵石，增加了支护及桩基的施工难度；面对如此复杂的施工环境，项目部、专家组、业主以及设计单位，为保证支护安全，最终采用施工与拆除相对困难的环形支撑，并设置两座栈桥，把第一道支撑优化为满板式，既确保基坑安全又解决了材料运输及施工场地的需求。中建二局汉秀剧场项目部确定采用局部爆破拆撑与地下室结构分段流水施工，并利用BIM 技术进行碰撞检查及精准定位，同时对已有进度计划分级细化，进度计划的动态实时更新及可视化模拟，并同步至中建二局上海公司项目管理系统，确保进度管控的实时性及有效性。（2）汉秀剧场巨大机械部件埋于地下，埋藏难度大，精度要求高。汉秀剧场舞台区拥有可移动开合升降式观众坐席，可飞行移动无缝拼接的LED 巨型屏幕，可结合剧情升降。错落、无限变化的梦幻舞台，32 米高、总重900 吨的巨型机械臂，这些“玄机”都暗藏于地下室中。地下室基础上存在座椅导轨、机械臂支座等大量超重精密埋件。为达到世界顶级的演艺效果，埋件精度要求误差在2 毫米以内，比国家规范要求的误差5 毫米更为严格。同时，埋件埋设位置多为异形结构，将地下室变成了一个巨大的混凝土艺术品据统计，地下室结构内设置了2310 块埋件。其中，最大的埋件厚度8 厘米，重达5 吨。各类精密埋件占舞台区总面积的三分之一。水池侧壁的上万个锚拴为了达到绝缘要求，在埋设过程中不允许接触密集的结构钢筋。为了满足高精度的埋设要求，该项目研究出超重精密埋件的支架及其施工方法并申请了专利，形成工法。（3）汉秀剧场屋架跨度大、形状不规则，提升难度大。汉秀剧场屋架为双向钢桁架结构，屋架跨度达75 米。采用整体提升技术进行施工，提升区面积约4300 平方米，相当于3/4 个足球场的面积，总重量约四千吨。屋架提升作为整个项目施工中至关重要的部分，有着极大的施工难度。与以往屋架提升不同的是汉秀剧场的屋架提升区极不规则，这样对吊点的设置极其严格，当屋架整体提升到位后，240 根钢梁在高空对接后拼接缝宽度均不超过3 厘米，这对吊点的设置及提升过程中的整体平衡有着非常高的要求。这种大胆创举在整个业界都是前所未有的。整体提升过程中怎样保持平衡以及分段加载后的再次平衡，屋架提升区与正装区的120 个对接点能不能完成高空对接？这些难题再次考验着管理人员的智慧和企业的科技水平。（4）汉秀剧场建筑呈灯笼形，其外围八百多吨外龙骨与主体结构脱离悬空，难度极大。汉秀剧场主体结构外还设了8 个椭圆形轮辐相交形成56 个区隔。椭圆形轮辐长轴121 米，短轴110 米，直径0.4 米，壁厚仅仅1020 毫米，整个轮辐在主体结构以外，最近处5 米，最远处达21 米，下部与主体结构脱离无竖向支撑，通过若干屋面桅杆、伞状支撑与主体结构联系在一起，最终呈悬浮状。这样极长、极细、极薄、极柔的外龙骨，使整个灯笼外形轻灵飘逸。然而这八百多吨的外龙骨，要如何实现悬浮呢？经过多方讨论，最终决定利用塔架作为外龙骨的临时支撑并兼做操作架，再通过BIM 技术对每个塔架及三角支撑进行精确定位。22 信息技术在土木工程中的应用2.1浅谈信息技术与土木工程土木工程施工从项目规划、正式施工到后期监管检测等无不需要信息技术的知识。由于信息技术涵盖广阔，本文所涉及的信息技术如无强调，均特指与测绘遥感方面的信息技术。现代大型土木工程施工是一个复杂的系统工程,整个施工过程涉及的信息量大, 周期长, 并且有很多问题随时间变化.为及时了解、跟踪施工进度及施工现场情况, 避免施工决策的失误, 必须吸收其他学科的研究成果, 采用新技术和新方法来加强施工管理和监控.而地理信息系统（GIS）信息系统正是一种具有数据采集、管理、分析和表达数据能力的系统,它能够为单一的或有组织的决策过程提供有用的信息。工程项目管理信息系统的基本组成为: 操作系统、应用软件层、根据施工项目划分的管理层以及最技术和图形图像处理技术以及虚拟现实的仿真模拟技术等软件。在建立工程项目管理数据库时,可根据各个阶段的不同任务以及不同部门的工作内容分别建立例如文档管理数据库设备数据库、财务数据库等,主要以电子表格的方式存在,确定其和数据记录之间的关系。GIS既可以用于信息的储存,也可用于加工处理,提供有价值的应用。而土木工项目在施工过程中，则是无时无刻不在运用着测绘信息技术来获取信息。关于这一部分在上一个作业中已详细介绍测绘技术在土木工程施工的各个环节中的作用，此次则着重介绍一些现代测绘技术。GPS测量是在土木工程中应用最为广泛的现代测绘技术。GPS测量中的实时动态测量（RTK）技术在工程中应用极为广泛，RTK技术只需要少量的人员即可进行测量，能够实时测量并立即解算出结果，从而大大加快工程中测量的速度。而且RTK技术能当场解算出结果，因而能够立即检核，大大降低了返工的风险。由于GPS测量理论上只需要两台接收机，约4个人就能完成测量，而且由于RTK信号辐射范围长达十几公里，因此理论上建立四个控制点便能完成整个工程的控制网。GPS测量技术在施工过程中用的最多的是建立项目控制网以及放样。相比如GPS测量技术，摄影测量与遥感技术RS的使用成本则是比较高的，但是预测同时摄影测量与遥感技术也举要较高的测量精度，因此在一些对精度要求较高或者常规测量技术以及GPS技术难以实现的时候，常会用到摄影测量技术。比如桥梁的对接，机械轮轴的安装等，对精度要求极高，常会用到摄影测量及遥感技术来对施工进行指导以及对质量进行监控。对于施工完成的项目后期，依然需要大量的测绘技术。首先在项目后期进行各项规划，依然需要信息的存取与管理，因此可以说土木工程项目的任何时期都离不开地理信息系统（GIS）技术。而成果验收时依然要用到各项测绘技术对项目的各项指标进行检测，GPS测量技术也经常被用于此。对于一些重要的、大型的项目一般需要长期检测，比如长江大桥等项目。一般这样的项目上会有高精度的控制点，有时候还会有强制对中装置方便长期架设仪器。GPS静态测量技术经常会运用在大型工程项目的形变监测，这样的长期监测会收集大量的数据，通过数据的分析，能实时掌握工程项目在投入使用之后的健康状态。2.2 汉秀剧场中的信息技术虽然实地考察汉秀剧场，但是该项目早已竣工并投入使用。其具体施工过程及施工细节及相应的技术均不可考。以下仅从搜集到的有限的信息以及一般工程中常见环节展开。汉秀剧场项目通过BIM综合技术，实现了多家参建单位的信息整合，协助制定了方案和决策。其中，BIM技术的运用成功实现了对汉秀剧场大屋架的整体提升的模拟，和对特种设备安装过程的模拟，对方案制定、进度计划的确定、工序先后安排和进行决策起到了非常重要的作用。使用BIM技术必然需要大量的信息，其中一部分信息需要实地测绘得到，相当一部分信息需要3s技术（GPS技术，地理信息系统GIS技术，遥感技术RS）来收集、存储并进行分析管理。对于汉秀剧场中埋于地下的轮轴，机械臂等各种部件的安装精度都要求极高，而且在地下常规方式均无法测量，而遥感技术则能很好的发挥其优势，而且利用遥感技术进行测量与技术控制精度非常高，符合高精度要求。虽然汉秀剧场施工过程均不可考，但是对于后期的成果验收和后期检测管理却毫无疑问会用到大量测绘技术来获取分析处理信息。一般来说城市中高层大型建筑顶端都会设有GPS控制点，一方面大型建筑顶端对空通视好，观测条件较好。另一方面，设有的GPS控制点既可以参与相应区域的控制网，也可以用于架设仪器对建筑本身进行长期监测。3 结语可以说现代社会是信息化的社会，而土木工程则是由信息技术指导的工程，而现代测绘技术作为一种信息技术在土木工程项目中发挥着十分重要的作用。测绘技术在土木工程的作用可分为两方面：（1） 作为信息获取的手段。在建筑施工过程中需要大量的关于坐标、高程、角度、长度、方位等方面的信息，而测绘技术则是获取这些信息的最有效也是最为可靠的手段。（2） 作为信息管理的工具。这里主要指的地理信息系统(GIS)技术，地理信息系统对于采集、存储、处理分析有关工程中的有关信息有着独特的优势，因而有着广泛的应用。（3） 测绘学的误差理论作为数据处理的方法。工程中的有很多信息并不完全是与测绘相关密切的。但是测绘学有较为完善的误差理论和数据处理方法，这些理论与方法也可以被其他类型信息数据所借鉴。随着社会的发展，各种建筑工程也在不断地突破与挑战，施工过程更加精准，因此需要更多的现代测绘知识来控制施工精度。可以断言，在以后的工程中，会出现更多的精密测绘技术来辅助施工。附：实地考察说明及图集图1 汉秀剧场外景说明：如图，汉秀剧场为环形建筑，建筑十分靠近水果湖，建筑外围为通过钢材搭建的悬空结构。图2 汉秀剧场近景图说明：从此图可以看出汉秀剧场外围结构均是悬空的，分布在外围的红色单元之间并不是无缝连接，但是排布整齐规则。图3说明：图三为汉秀剧场背侧图，从此图可以看出，汉秀剧场与水体最近距离仅约3m.图4图5说明：图4图5为汉秀剧场外围立柱上的沉降观测点，这是测绘技术在工程中检测形变、位移、沉降方面的应用。此处应该是用于安装GPS接收机的沉降观测点。从其点号上看，整个建筑应该分布了至少20个监测点，考虑到GPS接收机采集数据要求对空通视，建筑顶端应分布有更多监测点。通过考察发现，底部外围一共5个沉降观测点。图6说明：图6为汉秀剧场外围广场上的标记，根据测绘实习的经验，此标记为后 期检测是所设立的临时控制点，通过埋钉位置来对中点位。在汉秀剧场附近发现了大量这样的临时控制点，可能是用来建立工程项目的控制网。参考文献_1吴业钦,王珊娜,李园.汉秀舞台演绎施工传奇.中建二局期刊，20132梁健娟,张明媛,袁永博.信息技术在土木工程中的应用实例A.防灾减灾工程学报，2010:专心-专注-专业