橋梁頂推法施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用

張時(shí)鐘

【摘要】二十一世紀(jì)以來，我國公路橋梁發(fā)展的進(jìn)步十分迅速，BIM技術(shù)更是在公路工程中逐漸發(fā)揮它應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)，特別是針對(duì)一些重難點(diǎn)工程設(shè)計(jì)及施工，目前施工企業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)的主要內(nèi)容是碰撞檢查、模擬施工、三維渲染、知識(shí)管理。BIM技術(shù)在公路橋梁施工中，對(duì)于特殊施工工藝的橋梁施工有很大的幫助，本研究主要針對(duì)跨鐵大體積混凝土箱梁頂推施工中BIM的應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】BIM;橋梁施工;頂推工藝;技術(shù)應(yīng)用

1、工程概述及難點(diǎn)

1.1工程概述

某跨鐵分離式立交全長566.04m，公路等級(jí)為一級(jí)，立交橋分左、右兩幅。主橋跨鐵路，全橋共24跨，分為七聯(lián)。其中第四聯(lián)為主橋段，為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，其中頂推段預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁長80m，頂推距離99m，共跨越七條既有鐵路（客運(yùn)專線上行線及下行線、電氣化鐵路上行線及下行線、軍事專用先線、電務(wù)專用線），頂推方向與既有鐵路交角為76°

1.2工程重難點(diǎn)

（1）本標(biāo)段施工是國內(nèi)高緯度地區(qū)首次跨越高鐵頂推大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，頂推距離99m，單幅重量約5000t，在國內(nèi)嚴(yán)寒地區(qū)頂推混凝土箱梁的施工歷史上尚屬首次，施工難度極大。

（2）本橋跨越多條既有線，一般作業(yè)方法無法完成主橋的建設(shè)任務(wù)。在施工時(shí)間和施工區(qū)域上的限制比較多，故主橋混凝土箱梁頂推施工期間保證既有線行車安全是本工程的難點(diǎn)。

（3）臨時(shí)墩、滿堂紅支架、導(dǎo)梁、滑道梁、拉錨器、牽引裝置及限位等臨時(shí)設(shè)施的受力檢算、構(gòu)件的制作和安裝是本工程的難點(diǎn)。

（4）主橋混凝土箱梁頂推施工期間的施工監(jiān)測（變形監(jiān)測、應(yīng)力監(jiān)測、溫度監(jiān)測）是本工程的難點(diǎn)。

（5）主橋混凝土箱梁位于橋梁豎曲線上，豎曲線半徑4500m，永久橋墩位于既有線兩側(cè)，L1號(hào)臨時(shí)墩位于客運(yùn)專線及電氣化鐵路之間，頂推施工的測量控制是本工程的難點(diǎn)。

（6）主橋混凝土箱梁頂推施工過程中的基礎(chǔ)及臨時(shí)受力結(jié)構(gòu)的沉降觀測是本工程的難點(diǎn)。

（7）主橋利用拖拉法頂推頂推，牽引力在后方，在混凝土箱梁在頂推過程中對(duì)橫向位移限制和糾偏是本工程的難點(diǎn)。

2、BIM技術(shù)在頂推施工生產(chǎn)中的主要應(yīng)用

2.1 初始數(shù)據(jù)建立

利用原有設(shè)計(jì)圖紙及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行Revit基礎(chǔ)模型建立，為日后Navisworks（工期、施工模擬）及Lumion（動(dòng)畫、視頻模擬）打下基礎(chǔ)。聯(lián)合設(shè)計(jì)單位，對(duì)初始施工現(xiàn)場進(jìn)行勘察，最大程度上安排好施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，將施工區(qū)域及施工時(shí)間最優(yōu)化。

2.2 建模數(shù)據(jù)完善

在初期Revit建模完成后，根據(jù)原有設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行排查工作，發(fā)現(xiàn)可能存在的施工與設(shè)計(jì)相沖突的部位，在施工前及時(shí)進(jìn)行合理安排，最大程度上保證既有工期的順利進(jìn)行，同時(shí)也在成本管控方面進(jìn)行最優(yōu)化配置。如工程中存在的臨時(shí)結(jié)構(gòu)（平聯(lián)鋼管）與既有永久結(jié)構(gòu)橋墩間的沖突問題，就是利用建模及碰撞工具及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免了一邊施工一邊補(bǔ)救的“尷尬”局面;隨著頂推施工的不斷進(jìn)行，原設(shè)計(jì)圖紙并未考慮到頂進(jìn)過程中千斤頂與拉錨裝置存在的碰撞問題，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將極大延誤工期，且施工時(shí)間占用臨時(shí)封鎖天窗，分秒必爭的情況下決不允許發(fā)生錯(cuò)誤。根據(jù)碰撞工具的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將在頂進(jìn)過程中及時(shí)拆除拉錨裝置及牽引所用千斤頂，由12號(hào)墩上千斤頂單獨(dú)提供受力，繼續(xù)頂推工程。

2.3 后期數(shù)據(jù)分析

本工程的主要難點(diǎn)就在于頂推部分，而如何最大程度上保證頂推部分箱梁從預(yù)制到全天候監(jiān)測再到頂推施工，成了重中之重。

2.3.1 箱梁預(yù)制

利用BIM技術(shù)在臨時(shí)結(jié)構(gòu)的空隙處虛擬搭設(shè)碗扣式腳手架，在最大程度節(jié)約成本的情況下，保證箱梁平穩(wěn)受力，集中荷載處采用步距較小的布置方式，分散荷載處采用步距較大的布置方式。搭設(shè)完成后，與臨時(shí)結(jié)構(gòu)共同成為預(yù)制箱梁平臺(tái)，鋪設(shè)模板，預(yù)制頂推段80m混凝土箱梁。

2.3.2 箱梁監(jiān)測

頂推前除在箱梁預(yù)制階段埋設(shè)應(yīng)力監(jiān)測單元外，還需對(duì)導(dǎo)梁、臨時(shí)墩、12號(hào)、13號(hào)反力墩、限位裝置、滑道等部位安裝溫度及應(yīng)力監(jiān)測裝置，并在導(dǎo)梁、箱梁、L1號(hào)、10號(hào)、11號(hào)墩頂埋設(shè)位移監(jiān)測裝置，利用自動(dòng)化位移監(jiān)測儀器在頂推時(shí)進(jìn)行施工監(jiān)測，使用BIM技術(shù)模擬箱梁預(yù)制施工，保證了監(jiān)測前期的數(shù)據(jù)采集，確保了監(jiān)測的準(zhǔn)確性、安全性、及穩(wěn)定性。

2.3.3 箱梁頂推

本工程箱梁及頂推結(jié)構(gòu)體系布置均為斜交76°，施工現(xiàn)場中均采用斜向臨時(shí)墩正向布置牽引。存在著頂推力不易控制、行進(jìn)不勻速、極易造成偏位現(xiàn)象。為保證頂推就位后施工誤差為±1cm以內(nèi)，確保頂推路徑的精確度，應(yīng)用BIM技術(shù)提前進(jìn)行模擬頂推施工，多次演練工作，將施工中可能遇到的實(shí)際問題一次性解決。

除箱梁為斜交外，頂推軌道處于在豎曲線上，每個(gè)支撐滑道的都在其圓曲線軌道上，預(yù)制箱梁時(shí)在圓曲線軌道上預(yù)制，保證箱梁頂推前梁底豎曲線跟滑到連成的豎曲線擬合，在頂推前利用BIM技術(shù)計(jì)算出各滑道支撐標(biāo)高，隨梁的位置移動(dòng)而產(chǎn)生變化，通過調(diào)整調(diào)整頂推使用滑塊厚度方式解決了此項(xiàng)難題。通過采用BIM技術(shù)提前觀測前導(dǎo)梁和箱梁可能存在的標(biāo)高變化和下?lián)现担趯?shí)際施工中隨時(shí)調(diào)整下一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上的滑塊厚度來確保頂推線路通暢。

3、BIM技術(shù)在頂推施工生產(chǎn)中的其他應(yīng)用

3.1 BIM可視化技術(shù)交底

通過BIM模型，對(duì)項(xiàng)目的技術(shù)方案、關(guān)鍵施工工藝進(jìn)行三維可視化表達(dá)，發(fā)現(xiàn)技術(shù)方案和施工工藝的缺陷，提前進(jìn)行優(yōu)化。利用BIM建模顯示出截面尺寸，標(biāo)高，混凝土量等工程數(shù)據(jù)，提高工作效率。

然后利用優(yōu)化后的模型對(duì)施工管理人員及施工班組作業(yè)人員進(jìn)行可視化的交底，提高交底的有效性，進(jìn)而提升技術(shù)管理水平。

3.2 BIM場地模擬

利用BIM技術(shù)模擬現(xiàn)場大型機(jī)械設(shè)備、模板、預(yù)制構(gòu)件的布置情況，幫助進(jìn)行管理，優(yōu)化施工現(xiàn)場總平面布置，合理利用施工場地。在保證順利施工的情況下使工程的經(jīng)濟(jì)性最大化，提高工程效率。

3.3 BIM 4D施工模擬

利用BIM技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化施工模擬，對(duì)構(gòu)件安裝、節(jié)點(diǎn)連接等關(guān)鍵工序提前進(jìn)行預(yù)演，提前預(yù)知現(xiàn)場安裝問題。利用BIM技術(shù)結(jié)合工期，搭設(shè)整體腳手架，從施工模擬中妥善安排工期，從而達(dá)到縮減工期提高效率的目的。利用BIM技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場漫游，結(jié)合4D施工模擬，進(jìn)行虛擬的施工工藝展示，使施工人員更直觀的了解橋梁整體。

由于前導(dǎo)梁較長，應(yīng)力變化較大，連接處錨栓較多，利用BIM技術(shù)提前預(yù)知施工，從而保證錨固準(zhǔn)確有效。

本項(xiàng)目中的頂推施工過程可以通過BIM技術(shù)結(jié)合施工方案進(jìn)行提前模擬分析，優(yōu)化施工方案，保證頂推施工的順利進(jìn)行。

4、BIM經(jīng)驗(yàn)梳理

4.1 預(yù)制施工

因本橋頂推在豎曲線上，利用BIM技術(shù)提前進(jìn)行模擬，調(diào)整滑道標(biāo)高及底模板預(yù)拱值，解決頂推過程中出現(xiàn)的滑道與箱梁不擬合問題。利用BIM技術(shù)提前進(jìn)行頂推模擬，預(yù)知施工。提前預(yù)知施工過程中橫向偏移等問題，為實(shí)際頂推保駕護(hù)航。

4.2 安全防護(hù)

本橋跨越既有電氣化鐵路、客運(yùn)專線、電務(wù)專用線、軍事專用線等七條既有鐵路，在施工時(shí)間和施工區(qū)域上的限制比較多，故主橋混凝土箱梁頂推施工期間保證既有線行車安全是本工程的難點(diǎn)，利用BIM技術(shù)模擬頂推，與各產(chǎn)權(quán)單位銜接，提前預(yù)知安全隱患，提前防護(hù)。

4.3 縮短工期

連續(xù)利用近60天高鐵維修天窗施工平齊線和哈齊高鐵間施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)，利用BIM技術(shù)縮短工期近30天，減少對(duì)營業(yè)線行車影響。

4.4 認(rèn)清BIM

BIM技術(shù)的應(yīng)用，將為建筑業(yè)的發(fā)展帶來巨大的效益。使得規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程施工、運(yùn)營管理、乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和管理效率得到一個(gè)顯著的提高。通過建筑模型使我們很直觀的看到施工過程中應(yīng)該注意的問題以及施工的交叉次序。BIM提供了可視化的思路，讓我們將以往的線條式的構(gòu)件形成一種三維的立體實(shí)物圖形展示在人們的面前;在BIM建筑信息模型中，由于整個(gè)過程都是可視化的，所以可視化的結(jié)果不僅可以用來效果圖的展示及報(bào)表的生成，還有項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。

結(jié)語：

綜上所述，本橋成功地應(yīng)用BIM技術(shù)，不僅解決了實(shí)際施工中遇到的問題，更取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但我們依然半知半解的走在這條“康莊大道”之上。未來，在我們的共同努力下，相信BIM和實(shí)際施工的結(jié)合將會(huì)更好，BIM也將全方位的應(yīng)用于實(shí)際施工之中。