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大跨徑橋梁施工控制管理模式及信息系統(tǒng)的研究應(yīng)用

2010-04-29　

隨著交通運(yùn)輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國(guó)的橋梁建設(shè)取得了很大的成就。在工程實(shí)踐上，各類橋梁的跨度紀(jì)錄不斷刷新，這就對(duì)工程項(xiàng)目管理提出了更高的要求。質(zhì)量控制是項(xiàng)目管理的重要工作內(nèi)容———工程控制的關(guān)鍵，而施工控制是橋梁工程的宏觀質(zhì)量和安全控制。因此，要保證工程項(xiàng)目的成功實(shí)現(xiàn)，除了在施工過(guò)程中應(yīng)用現(xiàn)代控制理論進(jìn)行施工控制，還應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，選用適宜的管理模式，并根據(jù)當(dāng)前的信息化管理發(fā)展趨勢(shì)建立信息系統(tǒng)，提高管理的質(zhì)量和效率。

    1 　橋梁施工控制管理的模式

    1.1 　橋梁施工控制與項(xiàng)目管理的關(guān)系

    橋梁施工控制的目的是確保施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全性，保證橋梁成橋橋面線形及受力狀態(tài)符合設(shè)計(jì)要求。因此，施工控制是橋梁質(zhì)量控制成敗的關(guān)鍵。然而，施工控制與施工質(zhì)量控制又是有區(qū)別的。橋梁施工質(zhì)量控制重在”微觀控制”，如預(yù)應(yīng)力張拉控制、管道灌漿質(zhì)量控制等； 而施工控制是根據(jù)已成梁體狀態(tài)，在考慮各種影響因素后，為施工能否繼續(xù)進(jìn)行或?qū)ο乱皇┕るA段的工作發(fā)出指示，重在”宏觀調(diào)控”。施工控制是施工質(zhì)量控制的前提，為實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制的總體目標(biāo)提供保障。因此橋梁施工控制在大跨徑橋梁建設(shè)過(guò)程中的作用舉足輕重，橋梁施工控制與項(xiàng)目管理的關(guān)系如圖1 所示。按組織關(guān)系劃分，現(xiàn)階段的橋梁施工控制屬于橋梁建設(shè)項(xiàng)目管理范疇；按工作范圍劃分屬于施工項(xiàng)目管理；按工作任務(wù)劃分屬于工程項(xiàng)目管理范疇的工程項(xiàng)目控制，是建設(shè)項(xiàng)目管理中質(zhì)量控制的核心?？傊?，要對(duì)大跨徑橋梁進(jìn)行成功的質(zhì)量控制，需要以項(xiàng)目管理理論為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際控制工作選用適宜的管理模式進(jìn)行施工控制管理。


    1.2 　建設(shè)項(xiàng)目管理

    對(duì)于建設(shè)項(xiàng)目管理可以有2 種考慮方法： ①將建設(shè)項(xiàng)目管理看作一個(gè)順利實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)的組織過(guò)程；②把建設(shè)項(xiàng)目管理看成一系列結(jié)構(gòu)化方法的集合。從這2 種不同角度的考慮方法，形成了不同的建設(shè)項(xiàng)目管理模式：

    (1) 全壽命周期集成化管理模式　將傳統(tǒng)管理模式中相對(duì)獨(dú)立的決策階段開(kāi)發(fā)管理(DM) 、實(shí)施階段業(yè)主方項(xiàng)目管理(OPM) 、運(yùn)營(yíng)階段物業(yè)管理( FM) 運(yùn)用管理集成思想，在管理理念、管理目標(biāo)、管理組織、管理方法等各方面進(jìn)行有機(jī)集成。

    (2) 結(jié)構(gòu)化管理模式　以不同類型的管理方法或管理內(nèi)容作為結(jié)構(gòu)的第1 層次，把各種方法和內(nèi)容中可以使用的技術(shù)作為第2 層次，把面對(duì)該項(xiàng)方法可使用的工具作為第3 層次，由此結(jié)構(gòu)化為一個(gè)系統(tǒng)，如圖2 所示。

    橋梁施工控制的管理內(nèi)容較多，如內(nèi)力、線形、墩塔位移(懸索橋) 和混凝土彈性模量、容重等。不同的管理內(nèi)容又對(duì)應(yīng)不同的管理方法，這些管理方法可以看作供管理者使用的技術(shù)，例如對(duì)主梁進(jìn)行內(nèi)力控制時(shí)，要確定測(cè)試截面及部位、測(cè)試時(shí)間以及選用何種儀器等。每一種方法都有其對(duì)應(yīng)的適用工具，例如應(yīng)力測(cè)試時(shí)，如何將儀器的讀數(shù)轉(zhuǎn)換為應(yīng)力值等。在研究橋梁施工控制管理時(shí)，我們將一座橋的施工控制看為一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目來(lái)進(jìn)行管理，僅從類型角度來(lái)分析就難以把握諸多方法中的工具和技術(shù)，故我們可以從結(jié)構(gòu)化的角度來(lái)闡述這一項(xiàng)目管理中的工具和技術(shù)。首先根據(jù)橋梁的形式確定具體的控制內(nèi)容，將不同的控制項(xiàng)目(即內(nèi)容) 作為結(jié)構(gòu)的第1 層，把每一控制內(nèi)容對(duì)應(yīng)的方法、手段作為結(jié)構(gòu)的第2 層，把面對(duì)每一方法的具體工作作為結(jié)構(gòu)的第3 層次，由此結(jié)構(gòu)化為一個(gè)系統(tǒng)，這就是施工控制管理的結(jié)構(gòu)化方法。

    2 　橋梁施工控制信息系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的必要性

    2.1 　項(xiàng)目結(jié)構(gòu)化管理中的信息系統(tǒng)

    應(yīng)用結(jié)構(gòu)化模式進(jìn)行管理，在各層次、各過(guò)程均會(huì)產(chǎn)生很多數(shù)據(jù)，建立項(xiàng)目管理的信息系統(tǒng)是很有必要的。一個(gè)信息系統(tǒng)可以看作由兩部分組成： ①計(jì)劃系統(tǒng)　將項(xiàng)目的時(shí)間、費(fèi)用和性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化的、適時(shí)、準(zhǔn)確的信息； ②控制系統(tǒng)　使用這些信息輔助項(xiàng)目的管理決策，制定與項(xiàng)目組織相關(guān)的計(jì)劃和控制數(shù)據(jù)，能為項(xiàng)目管理者產(chǎn)生一些控制手段，以協(xié)調(diào)和領(lǐng)導(dǎo)項(xiàng)目組織的所有要素，包括人力資源、工程設(shè)計(jì)、原材料和財(cái)務(wù)部門等。信息系統(tǒng)模型如圖3 所示。


    大跨度橋梁施工監(jiān)控過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)很龐大，要進(jìn)行人工處理和分析，工作量太大，且容易造成數(shù)據(jù)的混亂和丟失，影響到數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)的精度。因此建立信息系統(tǒng)，在施工控制過(guò)程中進(jìn)行信息化管理就顯得非常重要。但是，目前還沒(méi)有針對(duì)施工階段管理的信息系統(tǒng)，施工控制管理的信息系統(tǒng)在該領(lǐng)域仍是一個(gè)空白。因此，開(kāi)發(fā)橋梁施工控制管理信息系統(tǒng)，并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種橋梁的資源共享，是有實(shí)際意義的。本文所研究的橋梁施工控制管理信息系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為CCB-MIS）就是針對(duì)這一現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)的。目的是管理施工監(jiān)控過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，方便錄入、查詢數(shù)據(jù)，生成變化曲線來(lái)分析橋梁在不同時(shí)間、不同工況下的變化情況，提高監(jiān)控的精度和自動(dòng)化程度，使橋梁的施工質(zhì)量、效率、安全性以及可靠性得到保證，同時(shí)也能為同類橋梁的撓度、應(yīng)力控制提供較為系統(tǒng)、完善的參考資料。

    3 　工程背景及開(kāi)發(fā)環(huán)境

    CCB-MIS 以嘉陵江馬鞍石大橋?yàn)楣こ瘫尘啊?br />
    CCB-MIS 以SQL Anywhere 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，選用Powerbuilder6.0 開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序。

    4 　CCB-MIS 的開(kāi)發(fā)流程及主要功能模塊劃分

    4.1 　系統(tǒng)的工作流程

    大跨徑橋梁的施工工藝復(fù)雜，難度較大。因此，除了監(jiān)控組織機(jī)構(gòu)的保證之外，尚應(yīng)成立集管理、設(shè)計(jì)、施工、測(cè)試等工程技術(shù)人員共同參加的技術(shù)工作組，其主要任務(wù)是實(shí)施監(jiān)控管理，工作流程如圖4 所示。

    4.2 　系統(tǒng)構(gòu)成模式

    管理信息系統(tǒng)(MIS) 的研制工作分為4 個(gè)階段： ①系統(tǒng)分析　包括對(duì)應(yīng)用功能的需求分析和對(duì)數(shù)據(jù)的需求分析； ②系統(tǒng)設(shè)計(jì)　指確立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(功能結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)) 并進(jìn)行功能模塊設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)； ③系統(tǒng)實(shí)施　包括功能的編碼實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，并完成對(duì)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的測(cè)試和系統(tǒng)性能的測(cè)試； ④系統(tǒng)維護(hù)和評(píng)價(jià)　進(jìn)行日常維護(hù)以及對(duì)其效果和效率的綜合評(píng)價(jià)。在這個(gè)過(guò)程中，雖然強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)可維護(hù)性和可擴(kuò)充性，但是當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用功能改變時(shí)，必然導(dǎo)致對(duì)原系統(tǒng)的修改(包括程序代碼、數(shù)據(jù)需求和數(shù)據(jù)關(guān)系) 。因此，在開(kāi)發(fā)時(shí)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)的構(gòu)成模式，使MIS 系統(tǒng)能更加全面完整地保存基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，方便數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)和新應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。

    鑒于以上原因，CCB-MIS 的開(kāi)發(fā)采用如圖5 所示系統(tǒng)構(gòu)成模式。其中，用戶應(yīng)用指直接面向控制方的應(yīng)用系統(tǒng)，它包括施工控制的專業(yè)應(yīng)用和對(duì)系統(tǒng)的日常管理。系統(tǒng)管理平臺(tái)一方面將應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)分隔開(kāi)來(lái)；另一方面又聯(lián)系應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)，使控制方的應(yīng)用通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)得以實(shí)現(xiàn)。

   
    4.3 　系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程及主要功能模塊劃分

    管理決策問(wèn)題可分為非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和結(jié)構(gòu)化決策?；跇蛄汗こ淌┕ご_定與不確定因素同時(shí)存在，故從管理角度來(lái)看，橋梁的施工控制屬于半結(jié)構(gòu)化決策問(wèn)題。在CCB-MIS 的開(kāi)發(fā)時(shí)，采取生命周期法與原型設(shè)計(jì)法相結(jié)合的方案，開(kāi)發(fā)流程如圖6 所示，在模塊化程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)充性和目標(biāo)易變性，既保證了程序設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化和精確化，又能在系統(tǒng)的維護(hù)與評(píng)價(jià)階段很方便地進(jìn)行必要的修改和調(diào)整。
   
    按照系統(tǒng)工作流程和國(guó)內(nèi)目前的橋梁施工控制管理現(xiàn)狀，CCB-MIS 的系統(tǒng)功能模塊劃分如圖7 所示。

    4.4 　CCB-MIS 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

    監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的維護(hù)、查詢和圖形輸出是CCB-MIS 的主要功能。

    (1) 數(shù)據(jù)維護(hù)　數(shù)據(jù)維護(hù)模塊能進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入、插入、刪除、存盤、打印等功能。系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)錄入主要有監(jiān)控項(xiàng)目及確定值、標(biāo)高測(cè)量數(shù)據(jù)、應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)、箱梁溫度等，對(duì)這些主要數(shù)據(jù)錄入窗口采用二級(jí)維護(hù)界面，對(duì)其余初始信息的錄入則采用一步維護(hù)、網(wǎng)格顯示的界面。系統(tǒng)通過(guò)提供可選項(xiàng)、代碼輸入漢字顯示等功能，減少漢字的錄入和避免數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤。

    (2) 數(shù)據(jù)查詢　查詢模塊則能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類查詢、模糊查詢及確定性查詢，具有快速定位一條記錄以及查詢一組數(shù)據(jù)集的功能。界面設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)不同對(duì)象的查詢要求，設(shè)計(jì)風(fēng)格一致的查詢界面，對(duì)于查詢時(shí)涉及的項(xiàng)目較多的情況，采用報(bào)表格式分組顯示，一般情況下就采用網(wǎng)格顯示的方法。

    (3) 圖形生成　包括應(yīng)力、標(biāo)高、溫度隨時(shí)間的變化曲線。

    5 　CCB2MIS 在馬鞍石大橋施工控制中的應(yīng)用

    馬鞍石大橋是渝合高速公路上的一座特大橋，位于渝合高速公路K9 + 979.00～K11 + 216.00 段，橫跨嘉陵江，全長(zhǎng)1 237m。大橋上部結(jié)構(gòu)為：4 ×40m(預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T 梁) + 146m + 3 ×250m + 146m(預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)) ?？傮w布置如圖8 所示。

   
    5.1 　結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)

    施工控制過(guò)程中，在該橋墩和上部結(jié)構(gòu)(箱梁) 的關(guān)鍵截面布置應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，以監(jiān)測(cè)施工過(guò)程中這些截面的應(yīng)力狀況(應(yīng)力變化及分布情況) ，并且該橋?qū)捒绫群苄?，同時(shí)可用于監(jiān)測(cè)大懸臂狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性。采用鋼弦式應(yīng)力計(jì)及配套的頻率接收儀進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

    結(jié)合該橋的受力情況，以下游幅的5 號(hào)、7 號(hào)墩為對(duì)象，對(duì)墩頂、0 號(hào)塊以及箱梁的L/2 、L/4 截面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。以箱梁為例，應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置如圖9 所示。

   
    以上游幅5 號(hào)墩10 號(hào)塊時(shí)箱梁根部的應(yīng)力觀測(cè)為例，應(yīng)用CCB-MIS 作出控制截面應(yīng)力曲線來(lái)分析應(yīng)力的變化情況。首先，確定已在應(yīng)力測(cè)試截面維護(hù)窗口中輸入”箱梁根部”這一項(xiàng)，在應(yīng)力測(cè)試部位維護(hù)窗口中輸入箱梁根部的所有測(cè)試部位編號(hào)，再打開(kāi)應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)維護(hù)窗口，錄入上游幅5號(hào)墩10 號(hào)塊時(shí)箱梁根部各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值。錄入應(yīng)力測(cè)量數(shù)據(jù)后，即可在截面應(yīng)力圖形輸出窗口中得到截面應(yīng)力曲線，只需在下拉列表框中選擇幅側(cè)、墩號(hào)、節(jié)段號(hào)、控制截面和岸名代號(hào)，點(diǎn)擊“確定”按鈕，即可得到應(yīng)力曲線。

    5.2 　結(jié)構(gòu)標(biāo)高監(jiān)測(cè)

    在每個(gè)現(xiàn)澆梁段布置2 個(gè)對(duì)稱的標(biāo)高觀測(cè)點(diǎn)，每一截面的上、下游各設(shè)1 點(diǎn)，并注意將底模標(biāo)高引到箱梁頂觀測(cè)點(diǎn)。在每個(gè)橋墩頂部設(shè)置6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)試橋墩的縱橫向偏位、轉(zhuǎn)角及沉降。每幅橋變形測(cè)點(diǎn)504 個(gè)，全橋共計(jì)變形測(cè)點(diǎn)1 008個(gè)。

    以上游幅4 號(hào)墩20 號(hào)段上游測(cè)點(diǎn)在不同工況下的標(biāo)高變化曲線為例，說(shuō)明CCB-MIS 在標(biāo)高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用。首先確定工況表已依次填入一個(gè)觀測(cè)周期的4 個(gè)工況，再在標(biāo)高曲線輸出窗口中選擇標(biāo)高測(cè)點(diǎn)：上游測(cè)點(diǎn)(測(cè)點(diǎn)1) ，點(diǎn)擊確定按鈕，即可在繪圖區(qū)得到標(biāo)高變化曲線，如圖10 所示。橫坐標(biāo)是節(jié)段號(hào)，縱坐標(biāo)是各工況下測(cè)量值相對(duì)于立模標(biāo)高的差值。同樣可查詢到不同測(cè)點(diǎn)在任一工況的標(biāo)高連線，以觀測(cè)橫向平整度，如圖11 所示。

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