基于BIM的裝配式支線上跨橋整體拼裝施工技術應用

馬 杰 （中鐵十六局集團第二工程有限公司，山西 晉中 030900）

0 前言

橋梁工程中，施工是非常重要的一個環節，施工方案的選擇直接關乎最終的工程質量。然而，施工現場的環境、設備與構件的數量、對現有交通的影響等問題都會對施工方案的組織設計與選擇產生不同程度的影響，最終使其成為一個復雜的、多元的問題。BIM技術作為一種現代化的工程模擬手段，正是解決這一問題的有效方法。

由于BIM技術與裝配式建筑在理念上的協同，被越來越多地應用到裝配式建筑的設計、生產中，促進裝配式建筑在國內不斷的推廣[1]。在BIM模型中，不僅可以建立各構件的標準化、精細化模型，還可以實現對施工現場設備與環境的模擬。通過調整BIM模型，同步更新流程、工期、成本、工程量等施工過程中所需要的信息，可以直觀地展示不同的施工方案，實現對不同施工方案可行性與合理性的驗證，從而進行施工方案的比選，最終確定經濟、合理、高效的施工方案。

1 工程概況

本項目為祁離高速LJSG1標，里程樁號-K0+920-K7+900，全長8.82km，主要施工內容：路基、橋涵、樞紐工程。線路起點為山西省晉中市城趙鎮修善村北側的城趙樞紐，終點為呂梁市文水縣南莊鎮汾曲村。合同段內主要工程有：橋梁24座，共6372延米，主線路基6566m，匝道路基8228m，挖方4.7萬m3，填方154萬m3，及相應路基附屬。

與傳統的混凝土梁預制拼裝梁橋相比，鋼板組合梁橋具有重量小，受力性能好等優點，對于中小跨徑的跨線橋，采用鋼板梁橋這種較為簡單的形式具有較大優勢[2～3]。在祁離高速LJSG1標段的上跨既有高速工程中，新增橋梁3座，全部采用鋼板組合梁。針對改擴建過程中上跨橋梁的特點，對上跨鋼板組合梁結構進行了探索和嘗試。選用了一種全新的鋼板組合梁結構形式，這一橋型的基本體系：多主梁鋼板梁+新型現澆復合橋面板，這種橋型結構新穎、建造方便，有利于實施工業化建造。

圖1 雙主梁標準斷面

圖2 三主梁標準斷面

2 整體拼裝吊裝方法施工工序

運用BIM技術進行工序模擬，可確定最優工序和最優施工方案，從而達到時間和資源最優化配置的目標，還能提前發現施工過程中可能出現的問題，采取針對性的措施予以提前解決[4]。

2.1 場地處理

整體拼裝吊裝法的主梁拼裝是在施工胎架上進行的，因此對施工胎架下的場地基礎有一定的要求。對于土質比較好、地基承載力滿足要求的場地，可直接進行場地平整；對于土質較軟、含水量較大、地基承載力不足、不適宜用做地基的場地，需要先對地基進行處理，再進行場地平整。

2.2 施工胎架制作

根據現場施工時鋼梁節段的長度、重量等，對施工胎架進行設計與驗算，確定施工胎架的形式。施工胎架的構件可由工廠預制，然后在現場進行構件的拼裝與焊接，最終形成施工胎架。

2.3 主梁拼裝

對預制好的主梁構件進行質量檢查與驗收，并將一個跨徑范圍內的主梁構件放置在橋位下方的施工胎架上進行拼裝，形成主梁整體節段。

2.4 主梁整體起吊安裝

利用吊車將拼裝好的主梁節段整體起吊、旋轉至指定位置后下放，使主梁節段穩定放置于兩側的橋墩上，繼續進行下一主梁節段的構件拼裝與起吊安裝工作。

2.5 施工胎架拆除，施工機具退場

施工完成后，拆除施工胎架，吊車等施工機具退場。

3 關鍵工序的BIM模擬

BIM技術作為一種現代化的工程模擬手段，不僅可以建立各構件的標準化、精細化模型，還可以實現對施工現場設備與環境的模擬傳統的方式需要進行大量的計算來推斷演算，涉及多個專業領域的相互配合，周期長，投入大，最終結果可能存在人為誤差[5]。

3.1 施工胎架制作

圖3 施工胎架制作

圖4 主梁拼裝

施工胎架在現場進行制作。通過BIM模擬發現，施工胎架的構件數量較大，施工胎架的現場制作是影響最終施工工期的一個重要環節。

3.2 主梁拼裝

主梁的拼裝在制作好的穩定胎架上進行，施工現場的環境容易控制，因此施工精度較易于控制。

3.3 主梁整體起吊安裝

可見，主梁整體節段吊裝時，節段尺寸與重量均較大，因此對起重機械的要求較高。

圖5 主梁整體起吊安裝

3.4 施工胎架拆除，施工機具退場

待主梁吊裝完成后，拆除施工胎架。與施工胎架制作時類似，施工胎架的拆除也將會影響最終的施工工期。

圖6 施工胎架拆除

4 關鍵技術要點

4.1 施工機具要求

由于主梁各構件是在拼裝成整體后進行吊裝，因此在主梁構件運輸進場之前，需要在橋位附近制作施工胎架。此外，主梁節段整體吊裝時，重量較大，因此對起重機械的要求較高，需要使用較大型的起重機械。

4.2 對現有道路的擾動

相比較于支架拼裝法，整體吊裝拼裝法的施工胎架、起吊機械等可以設置在橋位附近的路邊，因此對現有道路的擾動較小。

4.3 工期

整體吊裝拼裝法的工期比支架拼裝法的工期短。施工胎架的材料數量較大，現場制作與拼裝所占用的時間較長，因此會影響整體吊裝拼裝法的工期。為縮短工期，可采用與支架拼裝方法相類似的措施，在構件進行廠內預制的同時，進行現場施工胎架的制作工作。

4.4 安全風險評估

整體吊裝拼裝法施工過程中的安全風險主要在于吊裝過程中，整體節段自重較大，受力狀態較為不利，易發生傾覆、失穩等情況。因此，在進行整體吊裝拼裝施工前，需對施工方案進行計算復核，確保整體節段在施工過程中的安全性。

5 總結

通過BIM對鋼梁裝配過程中的重點和難點進行可行性模擬，借助BIM使施工人員能夠非常直觀的了解整個施工安裝的時間節點和安裝工序，并清晰地把握安裝過程中的難點和要點，同時通過對安裝方案的分析，進行優化和改善，提高計劃的可行性，提高施工效率和施工方案的安全性，降低施工成本。通過支線上跨橋施工BIM模型的建模和精細化整體拼裝吊裝施工過程模擬，對施工方案進行了研究和優化，實踐證明，該項技術是具有較大的推廣應用價值。