基于BIM技術的懸臂澆筑連續梁0號塊優化設計研究
——以浦梅鐵路九龍溪大橋為例

洪軍

（贛龍復線鐵路有限責任公司 福建龍巖 364000）

引言

近年來隨著中國鐵路建設的快速發展，由于跨越道路、河谷、城鎮需求，特殊結構橋梁比例不斷增加。取得輝煌成就的同時，在鐵路建設過程中發現混凝土懸臂連續梁0號塊施工過程中出現了較多問題，特別在橋梁支座附近問題更為嚴重，諸如漏筋、混凝土不密實、蜂窩麻面、底板內空洞、混凝土松散離析及保護層大面積脫落等。

通過分析研究，造成懸臂連續梁0號塊施工質量問題的主要原因有：①鐵路連續梁0號塊結構復雜、體積大，施工質量不好控制；②鐵路連續梁0號塊鋼筋及預應力管道較多，尤其是支座附近的鋼筋密集、間距小、互相干擾不利于施工；③施工過程中，施工人員經驗缺乏、沒有嚴格按照混凝土連續梁懸臂澆筑施工技術指南施工、鋼筋綁扎及振搗不到位。

基于以上背景，本文以新建浦（城）梅（州）鐵路九龍溪大橋（44+80+44）m連續梁施工為工程案例，運用BIM技術對懸臂澆筑連續梁0號塊優化設計展開研究，以期研究成果對類似工程的修建提供一定的借鑒。

1 依托工程概況

新建浦（城）梅（州）鐵路九龍溪大橋（44+80+44）m連續梁是為跨越九龍溪而設。連續梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，梁體全長169.4m，中跨中部18m梁段和邊跨端部13.7m梁段為等高梁段，梁高3.3m，中墩處梁高為6.0m，其余梁段梁底下緣按二次拋物變化箱梁頂板寬為7.0m，箱底寬4.0m。全橋頂板厚35cm；底板厚44～65cm，在梁高變化段范圍內按拋物線變化，邊跨端塊處底板厚由44cm漸變至80cm；腹板厚35～70cm，按折線變化，邊跨端塊處腹板厚由35cm漸變至60cm。梁體在支座處設橫隔板，全聯共設4道橫隔板，橫隔板中部設有進人孔。連續梁橫斷面及縱斷面圖如圖1～2所示。

2 基于模型的信息化管理（BIM）系統

2.1 CATIA軟件建模

本次建模采用法國達索公司的開發CATIA軟件，本軟件采用先進的混合建模技術，做到了真正的交互操作。建立的0號塊BIM模型包括混凝土、普通鋼筋、縱向及豎向預應力、支座和防落梁預埋件等。

2.2 BIM3D模型管理器模型分析

模型建立完成后，采用自主二次開發的BIM3D模型管理器軟件對0號塊模型進行測量分析及碰撞檢查。找出有干擾的預應力管道、普通鋼筋或梁體預埋件進行有針對的設計優化。

2.3 BIM工程管理平臺系統

圖1 連續梁橫斷面（單位：cm）

圖2 連續梁縱斷面圖（單位：cm）

項目的進行統一采用自主開發的BIM工程管理平臺系統對建模的過程進行管理和運作。該平臺可兼容Catia、Revit、Bentley等主流建模軟件模型，可在一個系統上跨行業管理鐵路、公路、地鐵、市政、水利、水電、建筑、機場等項目。

該軟件可以應用在項目實施的各個階段：

（1）工程設計階段

設計師利用各種BIM設計軟件及平臺，建立設計BIM模型，快速發現結構碰撞并提前解決。業主、咨詢方通過BIM設計管理平臺軟件在設計過程中參與、掌握、審核、管理BIM設計，得到優化設計成果。

（2）工程實施階段

通過BIM工程管理平臺軟件將施工組織設計、工程參數、工藝、經濟指標、管理流程等附加給模型，形成用于管理施工的施工BIM模型。業主、監理、咨詢、施工單位管理人員及現場操作人員都能夠輕松獲得工程結構、尺寸數據、技術資料等，開展管理和實施工作。實施過程中，有關進度、質量、安全等信息動態賦予給BIM模型，最終形成具有完整施工過程信息的移交BIM模型。

（3）工程運維階段

利用BIM工程運維平臺進行運營、維護、維修管理。并繼續添加運維信息，最終達到工程全生命周期BIM技術應用。

3 九龍溪大橋80m連續梁0號塊BIM模型

九龍溪大橋80m連續梁0號塊BIM模型包括混凝土、普通鋼筋、縱向及豎向預應力、支座和防落梁預埋件等。具體如圖3～4所示。

4 連續梁0號塊優化設計方案

4.1 優化原則

（1）根據最新頒布的規范和標準圖、中鐵二院集團公司連續梁支座附近鋼筋優化的會議紀要及0號塊BIM模型碰撞檢查成果對原有設計進行系統性的優化。

（2）連續梁0號塊優化成果應滿足連續梁本身受力分析的要求，且兼顧考慮現有的施工工藝、方便施工。

（3）連續梁0號塊的優化主要考慮減少和避免普通鋼筋、預應力鋼筋、梁體相關預埋件的干擾碰撞；優化后鋼筋主要應方便鋼筋安放、焊接及混凝土下料等方面的要求。

圖3 總體BIM模型

圖4 預應力管道模型

4.2 優化技術措施

（1）減少不必要的普通鋼筋及預應力鋼筋的設置。

（2）增大鋼筋與鋼筋間及鋼筋網片間的距離。

（3）對于部分受計算控制的鋼筋，可增加鋼筋直徑，從而減少鋼筋根數的設置。

（4）優化部分鋼筋的大樣形式，減少鋼筋之間的干擾打架。

4.3 詳細優化技術方案

（1）連續梁橋面寬度優化

根據新頒布的通橋（2016）2101，優化連續梁橋面寬度，原設計連續梁橋面寬為7.0m，優化后連續梁橋面寬與簡支梁統一為6.6m。優化后不僅節約了混凝土和鋼筋使用量，全橋也更統一美觀，且方便人行道欄桿及電纜槽的安裝和使用。

（2）豎向預應力鋼筋優化

取消連續梁0號塊范圍內的豎向預應力鋼筋的布置，如圖5所示。

圖5 豎向預應力優化

（3）0號塊普通鋼筋的優化

原設計中普通鋼筋間距均采用10cm，優化后普通鋼筋水平及豎向間距均采用12.5cm。（受計算控制的鋼筋可適當增加鋼筋的直徑）

（4）0號塊橫隔板處的鋼筋優化

橫隔板水平向最外側鋼筋N35采用閉合箍筋，豎向間距和梁體表面鋼筋一直采用12.5cm（原設計為10cm）；橫隔板的橫向鋼筋N36采用由閉合鋼筋修改為單根聯系筋；人洞及人洞以上的鋼筋豎向間距由10cm調整為25cm，人洞以下的鋼筋豎向間距由10cm調整為12.5cm；橫隔板最外側的豎向鋼筋N29、N31、N33鋼筋大樣由閉合的箍筋調整為半閉合的箍筋；橫向間距和梁體表面鋼筋一直由原先的10cm調整為12.5cm；橫隔板內部的豎向鋼筋N30、N32、N34鋼筋大樣由閉合箍筋修改為單根聯系筋；橫向間距由原先的10cm調整為25cm，縱向間距由原先的30cm調整為45cm。

（5）支座局部加強鋼筋優化

支座局部加強鋼筋由原設計的4層鋼筋網片調整為3層鋼筋網片；鋼筋網片水平及豎向間距與箱梁表面鋼筋間距保持一直，由原設計的10cm調整為12.5；鋼筋直徑由原設計12mm調整為16mm；鋼筋網的橫向水平設置范圍由梁底橫向全截面加寬調整為按支座上板擴散角范圍內設置。

5 連續梁0號塊BIM模型碰撞檢查

5.1 碰撞檢查的原則

利用二次開發的BIM3D管理器對0號塊3維模型進行碰撞檢查，根據碰撞檢查結果調整優化0號塊預應力鋼筋及普通鋼筋的位置。調整原則如下：

（1）當豎向預應力與縱向預應力鋼筋沖突時，優先調整豎向預應力鋼筋布置。

（2）當預應力鋼筋與普通鋼筋沖突時，優先調整普通鋼筋布置。

（3）當普通鋼筋與加強鋼筋沖突時，優先調整加強鋼筋。

（4）當支座預埋螺栓與普通鋼筋沖突時，需調整普通鋼筋布置。

（5）當防落梁預埋件與普通鋼筋打架時，優先調整普通鋼筋布置。

5.2 豎向及縱向預應力碰撞檢查

經BIM3D模型檢查豎向及縱向預應力鋼筋無沖突，如圖6所示。

圖6 堅向及縱向預應力鋼筋無沖突

圖7 堅向預應力鋼筋與普通鋼筋輕微接觸

5.3 豎向預應力鋼筋與普通鋼筋碰撞檢查

經BIM3D模型檢查豎向預應力鋼筋與普通鋼筋均為輕微接觸，沒有明顯的干擾現象，施工時適當調整普通鋼筋位置即可，如圖7所示。

5.4 縱向預應力鋼筋與普通鋼筋碰撞檢查

經BIM3D模型檢查縱向預應力鋼筋與普通鋼筋除個別鋼筋外，均為輕微干擾，施工時適當調整普通鋼筋位置即可，如圖8所示。

5.5 支座預埋螺栓與普通鋼筋碰撞檢查

根據BIM模型支座預埋螺栓與普通鋼筋及加強鋼筋有干擾，梁體預埋螺栓處相應取消一根普通鋼筋，如圖9所示。

圖8 縱向預應力鋼筋與5號普通鋼筋輕微接觸

圖9 支座預埋螺栓與普通鋼筋碰撞檢查

5.6 防落梁預埋件與普通鋼筋碰撞檢查

根據BIM模型防落梁預埋螺栓與普通鋼筋存在部分干擾，施工時可適當移動部分鋼筋即可，如圖10所示。

圖10 防落梁預埋件與普通鋼筋碰撞檢查

6 結束語

本論文以新建浦（城）梅（州）鐵路九龍溪大橋（44+80+44）m連續梁施工為工程案例，運用BIM技術對懸臂澆筑連續梁0號塊優化設計展開研究。研究過程中，不僅優化了0號塊的鋼筋設計，梁端塊及連續梁各節段的鋼筋也進行了優化，同時優化了連續梁的橋面布置設計，在能滿足連續梁施工質量的同時，還節約了混凝土及鋼筋數量，以（44+80+44）m連續梁為例，全梁共節約鋼筋約45t，優化效果顯著。

運用BIM技術優化、指導、完成大型橋梁的設計和施工，是工程項目建設的趨勢和發展方向，浦梅鐵路首次采用BIM技術優化連續梁0號塊鋼筋設計工作，為今后類似工程的修建提供了較好的參考價值。