BIM技術在洋縣漢江特大橋施工管理中的應用

杜亮

（西安鐵路局，陜西 西安 710054）

BIM技術在洋縣漢江特大橋施工管理中的應用

杜亮

（西安鐵路局，陜西 西安 710054）

近年來，隨著信息技術的發展，運用BIM技術已成為鐵路橋梁工程領域未來發展的潮流與趨勢，并日益成為施工企業轉型升級的重要手段之一。為更好的實現工程項目精細化管理，基于洋縣漢江特大橋項目，建立了與施工現場數據相吻合的橋梁BIM精細化模型、符合施工工藝工法的模型庫。通過數字信息化模擬仿真技術，進行了基于BIM技術在洋縣漢江特大橋節段梁拼裝施工、連續梁懸灌轉體施工、預應力管道安裝施工及預應力鋼束張拉施工的仿真模擬，從而更好地指導橋梁復雜工藝的施工。并基于C#技術，進行了洋縣漢江特大橋BIM施工管理的二次開發，提高項目參與方的協同工作效率。實踐證明，通過BIM技術的應用，大大提高了鐵路橋梁各參與方的協同工作效率，并取得了良好的管理效果和經濟效益。

鐵路橋梁；BIM；轉體施工；管理平臺；施工優化

鐵路橋梁施工是高度動態的過程，尤其是橋梁工程項目的建設不僅涉及到復雜的地理環境，而且涉及施工工期緊、施工工藝復雜、安全質量事故多發的特點，因此對施工管理提出了更高的要求；其次，由于傳統的二維施工圖紙有很大的局限性，一方面無法直觀的反應設計者的設計意圖，另一方面，橋梁空間結構的錯漏碰問題通過二維圖紙難以得到有效控制，這些問題的出現不但影響了施工進度、施工質量、施工安全，而且造成施工成本的增加。

近年來，隨著 BIM（Building Information Modeling即建筑信息模型）技術的興起，由于其能夠很好地解決工程施工中存在的工期延誤、成本增加、協調溝通不便、質量安全等問題，其影響力不斷增加。目前，BIM技術已在建筑工程領域取得了廣泛的應用并得到高度認可，如上海迪士尼、騰訊總部大樓、香港理工大學創新樓等。在鐵路橋梁上的應用雖然已經有了嘗試性的探索，但是針對鐵路橋梁施工管理階段的應用仍未得到很好的發展。運用BIM技術是鐵路橋梁工程領域未來發展的潮流與趨勢，并日益成為施工企業轉型升級的重要手段之一。如何進一步發掘與深化BIM技術在橋梁施工階段的應用，使其在提高施工效率，節約時間與成本，使施工質量安全得到有效把控等方面起到應有的作用，是一個很有必要解決的問題。

在洋縣漢江特大橋施工管理中，中鐵十四局配合建設單位，積極引入BIM技術，建立洋縣漢江特大橋BIM精細化信息模型，通過施工模擬仿真技術，對洋縣漢江特大橋關鍵施工工藝進行模擬仿真，不但可以指導施工人員進行施工，而且為鐵路橋梁施工創新發展提供了突破口；進行適合鐵路橋梁BIM施工管理平臺的二次開發，搭建適用于項目各參建方的協同管理的平臺，對項目材料消耗、實時進度、質量安全、物資儲備進行全程動態管理，提高工程建設的集成化程度，提升科學決策與管理水平[1-3]。

1 工程概況

洋縣漢江特大橋位于陜西省洋縣境內，該橋為跨越漢江、西漢高速及國道108而設，橋梁全長1409.42m，梁體結構為“T梁+節段拼裝梁+連續梁”。其中 （40+64+40）m連續梁為跨越鄉村道路與西漢高速而設，梁體采用變高度變截面箱梁，一連總長145.2m，采用先懸灌后轉體的施工方法，63m節段拼裝梁為等高梁，采用可移動支架造橋機施工。連續梁施工不但是制約洋縣漢江特大橋施工節點計劃的關鍵因素，同時也是監理與業主方重點抓控的施工技術內容。

2 工程實施難點

2.1 施工環境復雜

由于洋縣漢江特大橋同時跨越漢江、108國道、

西漢高速及鄉村道路，并且面臨既有鐵路線正常通車的壓力，客觀上為橋梁的施工管理、施工方法提出了較高的要求。一方面，大型吊裝機械設備作業安全范圍有限，操作不便，施工難度大；另一方面，為保證原有道路與鐵路線的正常通車，以及保證施工順利進行和施工的安全性，必須針對該橋梁制定相應的施工方案，因此為跨越西漢高速而采用的連續梁懸灌轉體施工為本工程的難點之一。面對全新的施工環境，如何有效的把控施工工期，控制施工成本，減少安全事故的發生是項目管理的重中之重。

2.2 預制構件多，結構設計復雜

在洋縣漢江特大橋中涉及大量的混凝土預制構件，構件的預制均在預制場中生產，因此對預制件的生產和施工存在以下幾點潛在因素：一是對預制構件的生產尺寸提出了嚴格的要求，現場吊裝過程中一旦出現尺寸不匹配的問題，將會造成施工工期的延誤與施工成本的增加；二是該工程中需要使用多種復雜的施工工藝，如波紋管臨時安裝施工工藝、構件連接處配筋連接、預埋件的安裝等，傳統上基于二維施工圖紙的技術交底很容易由于理解不當造成施工的返工、工期的延誤[4]；三是預制構件的運輸與吊裝，如何采取最優的運輸方案，準確判定大型機械設備的安全作業范圍，都是制約施工進度、施工質量與施工安全的重要因素。

2.3 工期緊、任務重、難度大

客觀上，洋縣漢江特大橋14～18號墩位于漢江流域內，必須趕在每年汛期來臨之前完成其下部結構（樁基、承臺、墩身等）施工，否則將嚴重影響施工工期，造成施工成本的增加。主觀上，由于施工工期緊，而且該橋屬于陽安新增二線工程，涉及相關單位多、溝通不便、任務重、難度大等因素，那么如何按工期節點，保質保量順利完工，將是需要解決的重要問題。

3 BIM模型的搭建

現階段設計單位仍以二維施工圖紙為主要交付模式，而采用三維參數化建立的信息模型，不但包含了各構件的尺寸、材質、空間位置關系，而且模型的建立符合施工的工藝工法，能夠準確、直觀的反映出橋梁的空間幾何構造與內部鋼筋、預應力鋼束的配置情況。展開以模型為載體的施工現場管理，指導現場施工。

為了充分發揮BIM在施工管理中的優勢，在施工前期，BIM技術人員利用CATIA建模軟件，根據二維施工圖紙建立完整的精細化模型顯得尤為重要。模型不但包括了可以用來指導施工的各種屬性信息[5-6]，而且隨著施工的進行，不斷對模型進行二次深化，以更好的指導施工。CATIA建立的洋縣漢江特大橋完整模型如圖1所示。

圖1 洋縣漢江特大橋BIM模型

4 基于BIM技術的施工工藝模擬仿真

針對洋縣漢江特大橋施工環境復雜、預制構件多、結構設計與施工工藝復雜等特點，對施工方案的制定往往依靠和借鑒前人的經驗，為了確保施工方案的可行性、提高施工效率與管理水平，基于BIM技術可對各復雜施工工藝與復雜節點的施工進行模擬仿真與優化[7-8]，合理調配施工工序的銜接、資源配置等情況，是現場施工人員能夠快速、準確掌握施工工藝，熟悉施工流程。

4.1 節段梁拼裝施工工藝模擬優化

在預制場中對節段箱梁進行預制→造橋機的現場拼裝→造橋機加載試驗，驗證造橋機各部件的受力及變形與設計計算是否相符，若達標可進行下一步工序→梁段位置放樣，設置造橋機預拱度和梁段調整→從縱向、豎向和橫向對梁段進行調整安裝作業→梁段濕接縫作業，包括預應力孔道連接、預應力鋼束的穿束、濕接縫鋼筋綁扎工藝、模板的加固以及濕接縫混凝土澆筑→預應力鋼束的張拉與壓降作業。移動模架造橋機節段拼裝箱梁施工工藝模擬如圖2所示。

圖2 造橋機節段拼裝梁施工工藝

4.2 連續梁懸灌轉體施工工藝模擬仿真

下轉盤、反力支座施工及滑道安裝→下球鉸安裝→上球鉸安裝→上轉盤施工、撐腳安裝→上下轉盤臨時固結→墩身施工→安裝永久、臨時支座→現澆0號塊→墩梁臨時固結→掛籃安裝、調試、就位→1號段鋼筋安裝，混凝土灌注，養護，張拉→掛籃前移就位→梁段懸灌循環施工→T構轉體施工→邊跨合攏段施工 （包括張拉臨時預應力束）→解除墩臨時固結，完成體系轉換→中跨合攏段施工（包括張拉臨時預應力束）→體系轉化完成。連續梁懸灌轉體施工工藝模擬如圖3所示。

圖3 連續梁懸灌轉體施工工藝

5 基于鐵路橋梁BIM施工管理平臺的二次開發

施工階段BIM實施需在傳統施工流程基礎上進行BIM施工流程再造，建立基于BIM的協作化實施模式，使施工過程運轉流暢，從而提高施工效率和水平，保障工程質量。為了更好的解決目前鐵路橋梁工程領域仍以“建模為主，應用為輔”的現狀，針對該現狀二次開發了一款集技術、BIM系統性應用的RBIM5D（Railway Building Information Modeling）綜合性管理平臺，為企業與社會創造更大的應用價值。項目管理平臺架構主要分為基礎應用、可視化交底、進度及安質管理、施工日志以及報表中心六大模塊，BIM實施組織關系圖如圖4所示。施工管理平臺界面如圖5所示。

圖4 BIM實施組織關系圖

圖5 RBIM施工管理平臺界面

5.1 基礎應用模塊

該模塊是整個平臺的基礎模塊，是進行項目施工管理的根本。模塊主要包括項目概況、線路里程的劃分、三維模型的導入、二維施工圖紙錄入、變更登記5個方面。項目概況主要對項目開竣工日期、參建單位等工程信息進行簡單介紹；線路里程劃分按照具體施工工點的信息來定義線路里程的相關具體信息，并且根據建立的線路里程自動生成結構樹。根據建立的結構樹相對應的上傳三維模型，為后續施工管理奠定基礎。經過圖紙錄入和變更單錄入并與模型關聯后，可以查看每個圖冊下的圖紙及關聯的變更單，還可以來回切換標簽來查看圖紙與模型的對應信息及屬性信息。

5.2 可視化交底模塊

可視化交底模塊包括線路里程、設計屬性、施工屬性、視點、圖紙、工程量統計、施工工藝、問題跟蹤等功能，同時還可查看全橋任意部位的平、立、剖面以及對橋梁任意點的坐標測量，涵蓋了整個系統的底層數據圍繞模型來展示，從多個角度直觀進行可視化交底。節段拼裝梁現澆段鋼筋及預應力鋼束三維可視化交底如圖6所示。

圖6 節段拼裝梁可視化交底

5.3 進度管理模塊

BIM的出現使得施工計劃的編制與可行性顯得更加的簡單與快捷，首先，BIM模型中包含了各構件的尺寸信息、材料信息，而且在BIM管理平臺中可以將計劃編排內混凝土、鋼筋、預應力鋼束等材料用量自動生成，有了這些數據作參考，我們再根據的以往的工作經驗便可以得出更加合理的工

時需求；其次，BIM模型的可視化功能，使得計劃編制人員不需要去查看復雜的圖紙，可以直觀的查看計劃編排的合理性與可行性。

基于BIM建立的三維模型，根據施工工藝和施工計劃，進行可視化的施工進度動態追蹤。通過BIM技術，我們可以更加直觀地對施工進度進行可視化管理，并且通過與現場實際進度的對比，我們可以觀察出施工計劃是否滯后，從而對現場的人員、機械、材料等合理化的調整以保證施工快速有效地進行。可視化形象進度如圖7所示。

圖7 可視化形象進度圖

5.4 質量安全管理模塊

傳統的質量安全管理主要依靠制度的建設、管理人員對施工圖紙的熟悉及依靠經驗判斷施工手段合理性來實現，這對于質量安全管控要點的傳遞、現場實體檢查等方面都具有一定的局限性。采用BIM技術，可從以下幾點對橋梁施工過程中的質量安全問題進行有效控制：一是通過建立的三維信息化模型讓分包管理人員提前對施工面臨的危險源進行判斷，在危險源附近快速地進行防護設施模型的布置，比較直觀地將安全死角進行提前排查；二是通過BIM模型多角度瀏覽，讓現場管理人員利用模型進行現場工作的布置和實體的對比，直觀快速的發現現場質量問題；三是通過BIM施工管理平臺對現場質量安全問題進行拍照和文字記錄并關聯至模型，實現跟蹤留痕。以標簽圖片的形式在模型中展現現場和處理情況，使業主方、監理方、施工方對質量安全問題進行直觀管理。質量安全管理界面如圖8所示。

圖8 質量安全管理界面

5.5 施工日志模塊

施工技術日志與二維的電子施工日志表格是通用的，與以往相比，增加了與三維模型的匹配，每日生成的日志會與實際施工進度相匹配，從而達到驅動形象進度的效果，方便管理人員更直觀的了解項目進度。該模塊主要有以下兩個方面的意義：一是電子施工日志必須當日即時填報，保證了施工記錄的及時性與準確性；二是為施工進度對比與分析提供了數據支撐。

5.6 報表中心模塊

對施工過程中所涉及的工程材料量、使用部位、采購計劃、使用情況、發放情況按模型量及預算量進行查詢及管理，為進一步的物資采購提供依據。支持對應模型下的工程量信息的匯總和導出，相應部位的詳細信息[9]。

平臺還包括個人信息設置、權限管理、物流跟蹤3大模塊，提高了平臺的實用性。RBIM5D施工管理平臺的開發是時代的直接產物，一方面能夠體現以模型為核心的工程實際應用價值，另一方面能夠提高項目參與方及時、有效、快捷的協同工作效率，方便對項目的施工進行全方位的動態管理，使施工人員能夠高質量、高水準的完成該項目的施工，大大節約了施工時間與施工成本。

6 結語

BIM技術在洋縣漢江特大橋施工管理中的應用，保障了項目各參與方信息溝通的及時性、準確性和有效性，提高了彼此協同工作的效率。首先，通過碰撞檢查與施工模擬仿真技術，對施工方案進行優化模擬，對現場施工人員進行三維動態技術交底；其次，通過BIM施工管理平臺，對工程材料消耗、施工進度、質量安全、物資儲備進行實時跟蹤與嚴格把控，從而到達確保施工工期、確保工程質量、節約工程成本的目的。隨著BIM應用技術的不斷深化與推廣，BIM在鐵路橋梁工程領域的應用會越來越廣泛，并將成為建設管理轉型升級的重要手段之一。

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[3] 孫璟路.BIM引領工程建設行業變革之路[J].中國建筑信息,2013(18).

[4] 盧祝清.BIM在鐵路建設項目中的應用分析[J].鐵道設計標準,2011(10)：4-7.

[5] 李紅學,郭紅領,高巖,等.基于BIM的橋梁工程設計與施工優化研究[J].工程管理學報,2012,26(6)：48-52.

[6] 桑培東,肖立周,李春燕.BIM在設計-施工一體化中的應用[J].施工技術,2012,41(16)：25-26.

[7] 劉占省,王澤強,張桐睿,等.BIM技術全生命周期一體化應用[J].施工技術,2013,42(18)：91-95.

[8] 張建平.BIM技術的研究與應用[J].施工技術,2011,40 (1)：15-18.

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