揚州市開發橋項目基于BIM的工程施工綜合應用

薛玉波

摘要：針對揚州市開發橋項目結構復雜、質量要求高、施工難度大的特點，綜合采用BIM技術，從BIM建模、施工方案模擬和優化、碰撞檢查和監控平臺幾個方面進行了深入研究和實踐。項目實踐結果表明，建立BIM模型，可減少設計中的誤差，提高了構件廠的加工精度，避免由于設計和加工錯誤引起的工期損失。進一步將BIM模型和施工進度計劃表相結合，利于項目參建各方共同發現施工進度中存在的不足。通過碰撞檢查，可分析設計中的缺陷，提前處理，避免了由于碰撞問題的返工、誤工。BIM監控平臺的建立，可有效的解決了監控數據共享難的問題。BIM技術為開發橋項目的科學化、精細化施工提供了途徑，更好的保證了施工質量，提高了施工效率，取得了良好的效果。

Abstract： The bridge of Kaifa in Yangzhou is of a complicated structure and high quality requirements. In order to manage the difficulty during construction， BIM technology was applied to this project. Modeling， simulation and optimization of the construction scheme， as well as collision inspection and monitoring platform were studied and put into practice. According to the project practice， the modeling helped to reduce design errors and improve processing precision， thereby avoiding construction time loss caused by design or processing mistakes. Furthermore， the model was combined with construction schedule to improve the progress for all parts of the construction. Besides， the collision inspection could analyze design flaws or problems and eliminate them in advance to avoid rework and delay. And the establishment of the monitoring platform resolved effectively the problem of monitor data sharing. In sum， the comprehensive application of BIM on the construction of Kaifa bridge makes scientization and refinement construction be possible， as well as a higher construction quality and construction efficiency. And the effect is satisfactory.

關鍵詞：BIM技術；橋梁項目；施工應用

Key words： BIM technology；bridge project；construction application

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2019）02-0108-03

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術是將建筑信息進行集成，并用于設計、建造和管理的方法，從2002年開始應用在建筑工程中。隨著目前橋梁設計理念先進化的發展趨勢，迫切需要與之相適應的施工管理模式，以達到設計和施工協同發展的目的[1]。傳統的施工管理技術已不能滿足這種要求，這給橋梁施工企業造成很大的困難。BIM技術的發展，為實現復雜橋梁的科學化、精細化施工管理提供了途徑，能從根本上解決目前大型橋梁施工效率低、質量控制困難、設計變更多等問題[2-3]。

目前公開報道過在橋梁工程項目中采用BIM技術的有：沈陽云龍湖大橋利用BIM技術實現虛擬建造功能，對復雜的V型結構墩，建立可視化、信息元素詳實的3D模型，以提高施工效率；上海市政工程設計研究總院利用BIM技術設計了江西贛江二橋；同濟設計院采用BIM技術設計的宜興范蠡大橋；廣西南寧市東西—南北向快速路立交工程項目；重慶永江長江大橋采用BIM技術應用到橋梁施工的實踐，四維模擬主跨鋼箱梁合龍施工；江西南昌朝陽大橋；上海市奉浦大道金匯港橋在鋼箱梁系桿拱橋的設計和施工中采用BIM技術，建立了詳細的主體橋梁設計模型和臨時施工設施模型，同時，在施工進度控制和鋼箱梁預拼裝上也深度應用了BIM技術。

本項目也將BIM項目應用于橋梁施工中。通過建立BIM模型，進行設計圖紙的深化，利用BIM4D模擬和優化施工方案，采用碰撞檢查技術避免碰撞問題影響施工。并建立BIM監控平臺，實時共享監控數據和發布預警信息，保證施工安全，實現BIM技術在揚州市開發橋中的綜合應用。

1 工程概況

1.1 工程介紹

揚州市開發橋項目是揚州市開發路東延跨京杭運河大橋，為一座獨塔單索面不對稱斜拉橋，跨徑為35m+100m+135m+45m，為墩、塔、梁固結體系。主梁、主塔為鋼結構，主墩為混凝土結構。主塔向邊跨側傾斜79.7°左右，順橋向為雙柱帆式造型，橫橋向為豎一字形變截面塔。主梁采用封閉鋼箱梁，橋面全寬39m，主梁梁高3.3m。橋梁整體造型如圖1所示。

1.2 工程特點和難點

1.2.1 寬幅單索面主梁。鋼箱梁全寬38.7m，主梁梁高3.3m，采用封閉箱梁，頂板設1.5%的橫坡，底板采用流線型，整個斷面與引橋斜腹板斷面相匹配。全橋鋼箱梁分為38個梁段進行加工制造，板材材質選用q345qD，總重6207.368t。箱梁寬度和寬跨比較大，單個節段自重較重，拉索分次張拉，分節段懸臂拼裝，施工環節較多。

1.2.2 帆式異型主塔。主塔向副跨側傾斜79.7度左右，橋面以上主塔高68.238m，順橋向為雙柱帆式造型，橫橋向為豎一字形變截面鋼塔。橋面以下為下塔柱（主墩身）；橋面以上為上塔柱。采用塔墩梁固結的結構體系，靠近主塔附近的主梁結構在施工過程中受力較復雜。

1.2.3 不對稱懸臂施工。主塔鋼結構采用分節段安裝。邊跨鋼箱梁在支架上安裝，主跨和副跨鋼箱梁采用不平衡懸臂拼裝。

2 BIM應用

2.1 軟硬件環境

軟件主要采用Tekla和Revit建模，漫游仿真和施工模擬采用Navisworks，施工監控用Visual Studio開發。硬件包括一臺模型工作站（DELL Precision T7600），兩臺建模PC機（DELL Precision T5600），服務器租用微軟Azure云。

2.2 BIM建模

采用Revit對橋梁進行建模，建模過程從構建族開始，然后用構建族建梁族，最后完成橋梁的建模。在創建構建族之前，需要先定義族參數，這樣完成后的族就可以項目中進行相應的信息顯示和修改。可以在構建族或梁族中根據需要定義任何族參數，這些參數會顯示在項目載入族的“屬性”面板或類型屬性對話框中。部分完成后的構建族和梁族表1所示。

將完成的族載入到項目中，按照設計圖紙的完成項目模型的構建。完成后的項目模型如圖2所示。

通過BIM建模，可以進一步將圖紙細化、補充和完善。通常，設計院出的施工圖，在實際實施中，會達不到施工現場要求的深度。通過BIM建模，一方面可以檢查設計圖紙，避免圖紙中不準確或者不完善的地方影響到項目的實施。另一方面，可以對重點部位進行BIM深化設計，滿足實際施工中的需要。施工中的各專業分包，可以利用BIM模型，進行施工方案、施工工序的確定，清晰直觀的發現后期施工中可能會出現的問題，提高施工效率，節約施工成本。

此外，本項目還將BIM模型用于預制構建的加工。本項目鋼結構部分，全是從工廠預制好了運到現場安裝。通常預制廠會采用傳統的二維圖紙來制作構件，可能會存在因為尺寸精確而造成安裝誤差。本項目鋼結構構件較多，尺寸精度要求高。通過BIM模型，可在三維圖形中產生構件加工圖，避免了加工圖的精度問題產生的誤差。構件廠也能通過三維圖紙直觀的了解構件尺寸、材質等各種加工信息，以提前安排生產，確保施工進度。

2.3 施工方案模擬和優化

在完成的BIM三維模型中加入時間維度，形成BIM4D，就可以進行虛擬施工模擬[4]。利用Navisworks提供的TimeLiner模塊，在場景中定義施工時間節點周期信息，并根據所定義的施工任務生成施工過程模擬動畫。在進行橋梁施工過程模擬時，按照施工方案定義施工任務，包括計劃開始和結束時間，然后確定施工任務類型，就可以進行施工過程模擬。并根據施工模擬結果，調整和優化施工方案。開發橋主梁吊裝的施工過程模擬如圖3所示。

采用動畫方式來進行施工過程模擬，使得復雜的施工過程變得清晰。相比傳統的甘特圖表示施工過程，動畫模擬能更清晰明確的展示施工過程，在方案交底的時候更加直觀，有利于選出最優方案。

2.4 碰撞檢查

橋梁施工中預埋件較多，如預應力管道、索導管、冷凝管等。這些預埋管件容易與圖紙中的其他構件產生空間沖突，可以通過模擬碰撞檢測，來分析預埋件布置方案的缺陷，提前修正以避免影響實施[5]。

利用Navisworks提供的Clash Detective工具檢測模型圖元是否發生碰撞。Clash Detective工具可自動根據用戶所指定兩個選擇集中的圖元間，按照指定的條件進行碰撞測試，當滿足碰撞的設定條件時，Navisworks將記錄該碰撞結果，以便對碰撞結果進行管理。本文采用碰撞檢測的方式查看橋墩冷凝管布設是否與鋼筋發生碰撞，結果顯示冷凝管無碰撞，設計方案符合要求。碰撞檢查結果如圖4所示。

2.5 施工監控

開發橋結構為多次超靜定，結構受力較為復雜，影響因素多。因此，監控數據較多，施工時間周期也比較長，控制難度較大。基于BIM的施工平臺管理能顯著的提高施工管理效率[6]，本文采用BIM技術，建立基于BIM的開發橋監控平臺，實時共享監控數據，發布預警數據。以方便參建各方動態掌握監控過程，更加精準的控制施工質量，確保施工安全。平臺開發主要采用ASP.NET 4.6技術，以SQL Server 2014作為數據存儲對象，并在微軟Azure公共云上進行運行。

3 應用效果

在本項目的實施中，BIM技術在施工中取得了一定的成效，包括以下幾個方面：

①通過建立BIM模型，減少了設計中的誤差，提高了構件廠的加工精度，避免由于設計和加工錯誤引起的工期損失。對關鍵部分進行深化設計，提高設計圖紙與現場實施條件的匹配度，有效解決設計與施工不一致的矛盾。各專業分包單位通過BIM模型，熟知各自的作業內容和范圍，加深對圖紙的理解，避免今后施工中的沖突。

②通過BIM4D模擬施工過程，直觀、精確的反應開發橋的施工過程。將BIM模型和施工進度計劃表相結合，利于項目參見各方共同發現施工進度中存在的不足。并根據BIM4D模型，反復調整施工過程，進行施工方案的優化。

③通過碰撞檢查，分析設計中的缺陷，提前處理，避免了由于碰撞問題的返工、誤工，節約了施工時間。

④通過建立基于BIM的監控平臺，有效的解決了監控數據共享難的問題。將施工監控與BIM結合，可第一時間將監控數據上傳到BIM模型，方便項目參見各方實時查看監控數據和預警信息，提高了施工安全，保證了施工質量。

4 總結

本文主要針對BIM技術在揚州市開發橋中的應用研究，并就應用效果進行了分析，取得了一定的效果。雖然本項目中BIM項目的應用包括了建模、施工方案優化、碰撞和監控平臺等幾個方面的內容，但是與全過程、全方位的BIM應用相比還是存在一定的不足，有待于更近一步的深化。隨著計算機技術和云技術的發展，今后應在微信小程序、虛擬現實等技術的輔助下，更好的實現BIM的價值。

參考文獻：

[1]程海根，沈長江.BIM技術在橋梁工程中的應用研究綜述[J].土木建筑工程信息技術，2017，9（05）：103-109.

[2]王鳳琳，馮浩，王健，緱變彩.BIM在橋梁施工中的應用分析與探討[J].公路交通科技（應用技術版），2015，11（10）：183-185.

[3]張海華，劉宏剛，甘一鳴.基于BIM技術的橋梁可視化施工應用研究[J].公路，2016，61（09）：155-161.

[4]史瑞英，賀洪波，張現林.BIM技術在永川長江大橋施工中的應用研究[J].圖學學報，2016，37（04）：556-560.

[5]王東偉，李響，王僥鋼，劉博.樂清灣大橋斜拉橋索塔施工BIM技術應用[J].公路，2016，61（11）：100-104.

[6]馬少雄，李昌寧，徐宏，王闖，陳存禮，趙欽.基于BIM技術的大跨度橋梁施工管理平臺研發及應用[J].圖學學報，2017，38（03）：439-446.