BIM技術(shù)在大跨度中承式鋼桁拱橋施工中的應(yīng)用★

楊宮印 周前國(guó) 王 凱

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院BIM技術(shù)應(yīng)用研究中心，陜西 渭南 714000)

新時(shí)代，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式提出新的要求，經(jīng)濟(jì)發(fā)展從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變成為順應(yīng)時(shí)代的必由之路[1]。新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)變革的主要?jiǎng)恿Γ珺IM技術(shù)(Building Information Modeling)是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)建相關(guān)工程三維信息模型，利用施工管理平臺(tái)協(xié)調(diào)、整合建設(shè)項(xiàng)目全生命周期的所有信息，實(shí)現(xiàn)提高項(xiàng)目信息化、精細(xì)化管理水平的目標(biāo)[2]。2011年住建部頒布了《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》標(biāo)志著BIM技術(shù)正式在我國(guó)建筑領(lǐng)域應(yīng)用推廣[3]。縱觀城市基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)橋梁已成為引領(lǐng)橋梁建設(shè)的新風(fēng)尚[4]，主要包括斜拉橋、鋼拱橋、懸索橋三種類型。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為拓展城市生活空間，我國(guó)城市橋梁建設(shè)進(jìn)入新時(shí)期，整體向大跨度、多樣化、個(gè)性化方向發(fā)展。橋梁建設(shè)不但滿足了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，同時(shí)還是城市景觀的主要組成部分。然而，鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程建設(shè)仍存在異形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工難度大、材料量計(jì)算復(fù)雜、施工現(xiàn)場(chǎng)管理信息化水平低等問題[5]，成為行業(yè)發(fā)展的瓶頸，是國(guó)內(nèi)外各建設(shè)企業(yè)、科研院所研究的重點(diǎn)課題之一。

1 工程概況

某渭河大橋采用三跨中承式鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)，大橋?yàn)槿蛩能嚨溃L(zhǎng)998 m。其中主橋288 m，寬26 m，引橋710 m，寬度23 m。橋梁主橋?yàn)槿邕B續(xù)鋼管拱結(jié)構(gòu)，引橋有現(xiàn)澆箱梁、預(yù)制梁、鋼箱梁三種形式，橋梁系梁與橋面板采用栓接，其余均采用焊接技術(shù)。項(xiàng)目施工具有：1)線型控制難、施工精度高；2)鋼結(jié)件類型多、工程量計(jì)算復(fù)雜；3)高空吊裝、施工組織難度大；4)引橋預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)、施工要求高等特點(diǎn)。為提高項(xiàng)目“信息化、精細(xì)化”管理水平，結(jié)合自身特點(diǎn)，項(xiàng)目創(chuàng)造性引入BIM技術(shù)，集成了橋梁工程周邊建筑物、工程設(shè)計(jì)方案、施工工法、現(xiàn)場(chǎng)施工人員及機(jī)械行為等眾多因素信息，對(duì)項(xiàng)目施工過程進(jìn)行圖紙審核、三維技術(shù)交底、鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量定位、材料核算、安全質(zhì)量管理等研究應(yīng)用，應(yīng)用成效顯著。

2 BIM技術(shù)實(shí)施方案

2.1 BIM技術(shù)應(yīng)用軟件比選

BIM技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)建設(shè)工程的物理特征和功能特征的可視化展示和數(shù)字信息的承載[6]。隨著BIM技術(shù)在建設(shè)行業(yè)的迅速推廣，國(guó)內(nèi)外BIM技術(shù)應(yīng)用軟件發(fā)展空間，給產(chǎn)業(yè)需求提供了可靠的保障。受建設(shè)行業(yè)的多樣性和BIM技術(shù)發(fā)展還不夠成熟等因素的影響，目前還沒有一款通用性的BIM技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品，不同系列BIM應(yīng)用軟件都有各自的特點(diǎn)，在相關(guān)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。因此，在BIM技術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)備階段，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，選擇合適的BIM系列軟件是至關(guān)重要。通過比選研究，確定以達(dá)索系列BIM軟件為該項(xiàng)目的核心應(yīng)用軟件。國(guó)內(nèi)外主要BIM技術(shù)系列軟件對(duì)比分析如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)外主要BIM技術(shù)系列軟件對(duì)比分析

2.2 項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)路線

項(xiàng)目以實(shí)現(xiàn)“信息化、精細(xì)化”管理、提高經(jīng)濟(jì)效益為落腳點(diǎn)，結(jié)合大跨度中承式鋼桁架拱橋施工特點(diǎn)，根據(jù)項(xiàng)目施工需求，制定了該項(xiàng)目BIM技術(shù)實(shí)施方案(如圖1所示)。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

3.1 施工圖紙審核

項(xiàng)目利用達(dá)索系列建模軟件Catia進(jìn)行全橋BIM三維模型的創(chuàng)建，通過數(shù)據(jù)分析、導(dǎo)入、建模等一系列嚴(yán)格、精細(xì)的信息模型創(chuàng)建管理體系，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)鋼桁拱橋精準(zhǔn)建模。實(shí)現(xiàn)了從方案—設(shè)計(jì)—施工圖全過程的技術(shù)把關(guān)，預(yù)先消除各類設(shè)計(jì)缺陷及人為因素偏差，最大限度減少施工過程因設(shè)計(jì)造成的窩工返工問題。本次BIM技術(shù)對(duì)施工圖紙、施工參數(shù)進(jìn)行了全面審定，通過會(huì)審，發(fā)現(xiàn)圖紙問題45處，及時(shí)溝通、變更，有效避免施工過程因此出現(xiàn)的各類質(zhì)量問題。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)三維技術(shù)交底

利用BIM技術(shù)具有良好地可視化、可模擬性對(duì)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、施工工藝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)三維技術(shù)交底，突破了傳統(tǒng)面對(duì)面、書面交底、口頭交底等形式的局限性，更好的適應(yīng)了當(dāng)前建設(shè)行業(yè)現(xiàn)場(chǎng)操作人員多為民工，專業(yè)素質(zhì)較低，要求交底內(nèi)容做到盡可能詳盡、針對(duì)性強(qiáng)、具有可操作性、表達(dá)方式要通俗易懂等。BIM技術(shù)通過三維展示、動(dòng)畫漫游、施工信息查詢等手段，對(duì)鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)信息、施工坐標(biāo)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面、詳細(xì)的交底，確保了交底的準(zhǔn)確性、及時(shí)性，避免了因交底不清晰導(dǎo)致出現(xiàn)各類工程質(zhì)量問題。圖2為A0節(jié)點(diǎn)鋼桁架拱橋結(jié)構(gòu)三維展示。

3.3 預(yù)制鋼構(gòu)件測(cè)量定位

傳統(tǒng)的預(yù)制鋼構(gòu)安裝作業(yè)，是通過人工計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。這種作業(yè)方式存在計(jì)算工作量大、異形構(gòu)件計(jì)算復(fù)雜、人員技術(shù)水平要求高等問題。利用BIM技術(shù)嚴(yán)格的質(zhì)量體系，創(chuàng)建精確的三維BIM信息模型，實(shí)時(shí)提取各作業(yè)點(diǎn)施工坐標(biāo)信息，導(dǎo)入全站儀，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。保證了施工的準(zhǔn)確性，提高了施工效率。

3.4 工程材料量核算

通過BIM技術(shù)應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工全周期材料計(jì)劃、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、儲(chǔ)存與保管、審計(jì)等進(jìn)行信息化管理的目的。結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)，本次BIM技術(shù)應(yīng)用主要是對(duì)預(yù)制鋼構(gòu)材料進(jìn)行復(fù)核、結(jié)算。利用Catia軟件強(qiáng)大的建模及拆分功能，精確提取各鋼構(gòu)材料量，生成報(bào)表，解決了傳統(tǒng)核算對(duì)于異形板計(jì)算難、節(jié)點(diǎn)板復(fù)算等問題，為項(xiàng)目結(jié)算提供了可靠依據(jù)。

3.5 協(xié)同管理

BIM平臺(tái)協(xié)同管理是指整個(gè)項(xiàng)目信息、業(yè)務(wù)、資源的協(xié)同，充分發(fā)揮整體的“戰(zhàn)斗力”。有效的解決施工管理過程中存在“信息孤島”“應(yīng)用孤島”和“資源孤島”三大問題。彌補(bǔ)了傳統(tǒng)“面對(duì)面”書面信息傳遞的不足，對(duì)于及時(shí)處理現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量、人機(jī)材等問題發(fā)揮重要作用。BIM技術(shù)大大提升了整體項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)效率和施工效率，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)分配的精細(xì)化管理目標(biāo)。

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)橋梁工程建設(shè)是我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的新標(biāo)桿，倍受社會(huì)各界關(guān)注。要求在施工過程進(jìn)行精細(xì)化管理是必然趨勢(shì)。BIM技術(shù)的研究及應(yīng)用，使項(xiàng)目逐漸實(shí)現(xiàn)了從可視化、動(dòng)態(tài)管理到精準(zhǔn)化的現(xiàn)代化管理模式。項(xiàng)目將機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的CATIA建模軟件應(yīng)用于特大鋼桁拱橋施工中，突破了曲線、變截面等精細(xì)化建模的瓶頸，同時(shí)結(jié)合BIM仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)從局部到總體的三維、四維、五維的現(xiàn)場(chǎng)施工模擬。BIM技術(shù)的應(yīng)用提高了項(xiàng)目信息化管理水平，它代表著一種現(xiàn)代化項(xiàng)目管理的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)也給鋼結(jié)構(gòu)橋梁施工項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、信息化管理提供了新的契機(jī)。