BIM技術(shù)在某懸索橋錨錠施工中的應(yīng)用

楊永清， 張 琳

(西南交通大學(xué)， 四川成都 610031)

工程項(xiàng)目如何高效管理與實(shí)施是個(gè)經(jīng)久不衰的熱點(diǎn)問(wèn)題，特別是在建筑領(lǐng)域，近年來(lái)，隨著建設(shè)項(xiàng)目越做越大，無(wú)論是從結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜程度或是內(nèi)部功能設(shè)施等多樣化都在無(wú)形之中增加了建筑物的設(shè)計(jì)與建造難度，這樣一來(lái)，工程師之間或是甲乙雙方之間的有效溝通與交流也顯得愈發(fā)重要，進(jìn)度的重要性自不必說(shuō)，然而進(jìn)度滯后可以說(shuō)在每個(gè)工程項(xiàng)目中都無(wú)法做到盡善盡美，為了保證進(jìn)度按計(jì)劃進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)勘探設(shè)計(jì)施工監(jiān)理等工作的協(xié)調(diào)一致，BIM隆重登上歷史舞臺(tái)。

BIM技術(shù)并不是一種簡(jiǎn)單的軟件或是說(shuō)用來(lái)建模型的眾多工具合集，而是一種進(jìn)步的理念。通過(guò)BIM技術(shù)建立參數(shù)化、數(shù)字化的信息模型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目相關(guān)的實(shí)際信息實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)管與控制，各方單位再根據(jù)所需提取的信息，及時(shí)達(dá)成信息的交流與傳遞，進(jìn)而達(dá)到建設(shè)各階段的有效管理，提高效率與此同時(shí)降低風(fēng)險(xiǎn)，一舉兩得。

1 工程概況

某懸索橋北錨碇為重力式嵌巖錨，分別由錨塊、散索鞍支墩擴(kuò)大基礎(chǔ)、散索鞍支墩等組成，其中支墩基礎(chǔ)尺寸為60.0m×24.1m×6.6m，支墩尺寸為13.4m×13.1m×16.2m，錨塊尺寸為60.0m×35.357m×33.064m，混凝土為C30，均為大體積混凝土。其效果圖如圖1所示。

圖1 北錨錠3D效果

2 錨錠施工難點(diǎn)

(1)錨碇混凝土斷面尺寸大、單次澆筑量大、澆筑時(shí)間長(zhǎng)，分層澆筑間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)極易因?qū)娱g水分蒸發(fā)過(guò)快導(dǎo)致收縮開(kāi)裂。錨塊與支墩基礎(chǔ)長(zhǎng)寬比接近或大于2∶1，長(zhǎng)寬方向膨脹收縮量不一致，容易于長(zhǎng)邊中間部位開(kāi)裂。

(2)錨碇混凝土預(yù)計(jì)工期在2017年8月份～2017年12月份，既包含高溫期施工，澆筑溫度控制難度較大；同時(shí)又包含冬季施工，外表面保溫較難控制，內(nèi)表溫差控制難度大。

(3)在預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行是實(shí)體定位時(shí)的預(yù)留孔洞位置定位多而復(fù)雜，同時(shí)錨錠內(nèi)部的預(yù)應(yīng)力鋼束、冷卻水管、構(gòu)造鋼筋之間穿插交錯(cuò)，可能會(huì)發(fā)生鋼筋碰撞等問(wèn)題，給施工人員技術(shù)上帶來(lái)困難，一旦出錯(cuò)可能造成后期返工甚至延長(zhǎng)工期，那么在合理工期內(nèi)，盡量減少變更帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和工期延誤，同時(shí)保證工程質(zhì)量為施工難點(diǎn)也是重點(diǎn)(圖2)。

圖2 北錨錠預(yù)應(yīng)力鋼束與冷管相對(duì)位置

綜合各方面因素考慮后，施工單位決定采用BIM技術(shù)來(lái)輔助施工。

3 BIM技術(shù)在錨錠施工中的具體應(yīng)用

BIM技術(shù)主要應(yīng)用在房建相關(guān)領(lǐng)域，特別是在歐洲發(fā)展已近成熟，但對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)，BIM技術(shù)在橋梁方面的應(yīng)用仍處于初級(jí)階段。例如REVIT系列中諸如墻、柱、門、窗等默認(rèn)構(gòu)件參數(shù)無(wú)法運(yùn)用到橋梁模型建設(shè)中，故而需要重新根據(jù)需要通過(guò)族或是體量建立參數(shù)化族構(gòu)件，建立出想要的模型。

3.1 參數(shù)化設(shè)計(jì)(參數(shù)化可控的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件)

參數(shù)化設(shè)計(jì)是指通過(guò)設(shè)置多個(gè)參變量，從而通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)將其反饋的信息可視化，用戶則通過(guò)調(diào)節(jié)這些變量來(lái)生成自己想要的產(chǎn)品形態(tài)，如一個(gè)模型的建立，它自身的屬性，無(wú)論是幾何屬性還是非幾何屬性，都是面向?qū)ο蟮摹Ｋ蟠鬁p少了建模過(guò)程中的重復(fù)性工作，小到針對(duì)某一類構(gòu)件，若是不符合設(shè)想，只需要在屬性中略加修改便能得到想要結(jié)果。

本工程在建立錨錠時(shí)，一般構(gòu)造共分為四個(gè)部分考慮：散索鞍支墩、支墩基礎(chǔ)、錨體、后澆段。對(duì)于錨塊(圖3)，考慮到需要分15層進(jìn)行澆筑，且每層混凝土中冷管分布兩層布置，那么可建立參數(shù)化族，這樣每一層混凝土邊長(zhǎng)尺寸等皆可進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)將其導(dǎo)入到項(xiàng)目中將調(diào)整好尺寸的各族進(jìn)行整合成組。同理其他幾部分也可由此得到。

圖3 北錨錠錨塊分層澆筑示意

建立冷管時(shí)如圖4，有兩種方法，一種是利用REVIT自帶族庫(kù)，建立參數(shù)化的冷管，其原理同上述分層錨塊的建立方法。另外一種方法則是利用Dynamo進(jìn)行簡(jiǎn)易編程，將冷管排布方式與各層混凝土之間的邏輯關(guān)系用語(yǔ)言的方式建立起來(lái)，然后按線生成冷管，再將冷管的各性質(zhì)參數(shù)在Dynamo中賦予。

圖4 北錨錠錨塊分層澆筑示意

3.2 可視化編程

在建筑領(lǐng)域，并非每個(gè)設(shè)計(jì)工程師都能靈活運(yùn)用諸如編程之類的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，若是設(shè)計(jì)工程師一旦有某些想法便能通過(guò)簡(jiǎn)單界面交互加以實(shí)現(xiàn)，這無(wú)疑大大提高工作效率，可視化編程無(wú)疑提供了一個(gè)很好的引導(dǎo)方向。可視化編程指的是在編程中無(wú)論編程進(jìn)行到哪一步都可及時(shí)看到結(jié)果以便進(jìn)行調(diào)整，它并不是輸入一系列代碼給計(jì)算機(jī)讀取，而是像畫流程圖一樣，通過(guò)邏輯思維，以一種可視化的方式建立的構(gòu)造程序。簡(jiǎn)言之，通過(guò)建立若干個(gè)小盒子，再通過(guò)箭頭以一定的邏輯將其連接起來(lái)，輕而易舉地解決了編程的難題。

犀牛中有一款插件叫做Grasshopper的插件能實(shí)現(xiàn)該操作。但是在REVIT中，在這個(gè)BIM環(huán)境條件下，至少是在插件Dynamo出現(xiàn)之前并無(wú)相關(guān)軟件能達(dá)到同樣效果。那么既然Grasshopper能達(dá)到更好的效果，為什么要提及并不夠成熟的Dynamo呢？就像前文提及的，REVIT在建筑領(lǐng)域獨(dú)樹(shù)一幟最大的優(yōu)勢(shì)便是它的交互平臺(tái)與信息管理能力，它提供給了各參與方一個(gè)直觀、清晰、可用以溝通協(xié)作的公共信息平臺(tái)。盡管REVIT比不上犀牛形狀的多樣化，但針對(duì)目前的建筑體系已經(jīng)是綽綽有余，故而Dynamo的出現(xiàn)便顯得尤為重要，通過(guò)Dynamo提供的可視化編程界面，隨心所欲編寫想要的邏輯算法與程序。另一方面，將自適應(yīng)構(gòu)件與Dynamo結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)模型更為復(fù)雜和精確的控制。

錨錠中的預(yù)應(yīng)力鋼束的建立可以使用基于線的公制常規(guī)模型，可借助于Dynamo對(duì)于各錨拉索孔道定位，然后這里要提一下，Dynamo在進(jìn)行模型建立時(shí)一般可根據(jù)各模型之間的關(guān)系，或者說(shuō)相當(dāng)位置關(guān)系將其確定下來(lái)，基線則是來(lái)自勘探設(shè)計(jì)院的路橋等中心線確定其絕對(duì)坐標(biāo)，這樣一來(lái)可利用Dynamo得出各構(gòu)件的絕對(duì)坐標(biāo)，并直接輸出至表格，在施工時(shí)可直接將各坐標(biāo)值導(dǎo)入全站儀進(jìn)行實(shí)體定位。一方面保證了開(kāi)洞定位的準(zhǔn)確性，另一方面可節(jié)省工人人工計(jì)算輸入的時(shí)間。利用BIM模型提前計(jì)算錨固槽口定位點(diǎn)坐標(biāo)，模擬槽口模板形狀、尺寸。有助于提高模板的精度，并利用BIM模型出的坐標(biāo)快速定位，提高施工效率。

3.3 碰撞檢測(cè)

錨錠施工過(guò)程中將會(huì)涉及到預(yù)制構(gòu)件、鋼筋、混凝土、大型機(jī)械設(shè)備等的進(jìn)出場(chǎng)，冷管、預(yù)應(yīng)力鋼束精準(zhǔn)定位復(fù)雜繁瑣，鋼筋與管道布置沖突以及鋼筋的加工綁扎任務(wù)重等，這一系列問(wèn)題導(dǎo)致向技術(shù)工人進(jìn)行技術(shù)交底也存在一定的復(fù)雜性。為簡(jiǎn)化此類問(wèn)題，對(duì)錨體內(nèi)鋼筋、防水材料、溫控冷卻水管、定位支架及預(yù)應(yīng)力索管等進(jìn)行碰撞檢查，減少各構(gòu)件相互之間存在碰撞干擾是十分必要的。

通過(guò)對(duì)錨錠各組成部分進(jìn)行精確建模后，再利用Navisworks對(duì)所建三維模型進(jìn)行碰撞檢查。其中一部分檢查結(jié)果如圖5所示 ，可以看出預(yù)應(yīng)力鋼束分別與第14層和15層的水管碰撞，REVIT可以將諸如此類的問(wèn)題準(zhǔn)確地反饋給設(shè)計(jì)人員來(lái)進(jìn)行方案優(yōu)化，預(yù)先解決各預(yù)埋件之間的空間碰撞問(wèn)題，以免影響工程進(jìn)度和質(zhì)量，提高施工效率。

圖5 預(yù)應(yīng)力鋼束與冷管碰撞檢測(cè)示意

3.4 工程量計(jì)量

BIM技術(shù)在工程量算量方面的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，特別是在建筑領(lǐng)域。在BIM技術(shù)尚未普及之前，我國(guó)的工程量計(jì)算大多以圖紙為核心，根據(jù)設(shè)計(jì)人員給出的各構(gòu)件信息通過(guò)人工核算來(lái)得到工程量。BIM中文為建筑信息模型，顧名思義，BIM技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)便在于對(duì)工程信息的管理并將信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)，方便隨時(shí)調(diào)用，極大的提高了計(jì)算效率，還不易出錯(cuò)。它的精度取決于人工建模的精度，簡(jiǎn)言之，若是我們嚴(yán)格按圖建模，那么得到的工程量便是我們需要的工程量。

如圖6所示分層后的錨塊，每層混凝土所需要的工程量可以直接讀取出來(lái)(表1)，特別是對(duì)于這種并不算規(guī)整的模型，根據(jù)模型的建立即可得到相應(yīng)的工程量，減少人工統(tǒng)計(jì)帶來(lái)的誤差，提高工作效率，另一方面，將材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)間加入到Navisworks建立的4D模型中，達(dá)到及時(shí)供應(yīng)，又不額外多占工地倉(cāng)儲(chǔ)的效果。簡(jiǎn)言之，通過(guò)工程算量，可使各部門通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)，精準(zhǔn)地統(tǒng)計(jì)每個(gè)階段的工程量信息，達(dá)到對(duì)該信息模型協(xié)同管控。

圖6 錨塊工程量計(jì)算分層

4 結(jié) 論

在錨錠施工過(guò)程中，利用BIM技術(shù)，對(duì)工程進(jìn)行可視化建模、施工模擬、碰撞分析等，達(dá)到了優(yōu)化施工方案，縮短工期，從而降低成本的目的。從本文對(duì)于錨錠這一塊對(duì)BIM技術(shù)的綜合應(yīng)用來(lái)縱觀全橋可以看出，橋梁建設(shè)施工領(lǐng)域的應(yīng)用和建筑領(lǐng)域還是有所不同的，單從建模來(lái)說(shuō)，橋梁建模過(guò)程中的軸線定位來(lái)自于勘探設(shè)計(jì)院對(duì)實(shí)際地理位置的掃略得出，再來(lái)加以利用，在建模過(guò)程中要積累豐富的參數(shù)化截面，因?yàn)榻虿⒉幌窠ǚ浚蓄愃崎T窗梁柱等可以直接拿來(lái)用，組成橋梁的每一個(gè)構(gòu)件可能都需要我們單獨(dú)建好，設(shè)置成參數(shù)化留以后期備用。故而，至少在橋梁這一塊BIM建模標(biāo)準(zhǔn)及管理體制應(yīng)得以完善，從而提高BIM技術(shù)應(yīng)用水平，推進(jìn)社會(huì)信息化建設(shè)。

表1 錨塊分層工程量