基于BIM技術(shù)的鐵路橋梁專業(yè)技術(shù)交底研究

張少朋，楊斌，盧孟凡

（1.中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308；2.中國國家鐵路集團(tuán)有限公司工程管理中心，北京 100844；3.中鐵十九局第一工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

設(shè)計(jì)交底是由建設(shè)單位組織、施工單位和監(jiān)理單位參加，由設(shè)計(jì)單位對施工圖設(shè)計(jì)文件和圖紙文件進(jìn)行講解的一項(xiàng)技術(shù)活動。其目的是讓施工單位、監(jiān)理單位充分了解設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)內(nèi)容和技術(shù)規(guī)范要求，明確質(zhì)量控制的重難點(diǎn)［1］。在長期的技術(shù)交底實(shí)踐中，傳統(tǒng)技術(shù)交底一般依托于office 或者圖紙，文字表達(dá)枯燥乏味，不夠形象直觀。而基于建筑信息模型（BIM）的可視化技術(shù)交底具有直觀明了、易于理解等優(yōu)點(diǎn)［2-4］。

1 方法研究

基于BIM的鐵路橋梁技術(shù)交底在內(nèi)容上與二維設(shè)計(jì)交底相比，交底內(nèi)容和對象沒有變化，變化的只是形式和手段。采用Composer、NavisWorks 等BIM 軟件以及PowerPoint、Adobe Acrobat 等常規(guī)軟件相結(jié)合的BIM 可視化和信息化交底方法，在虛擬數(shù)字環(huán)境下全面表達(dá)工程設(shè)計(jì)意圖、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工注意事項(xiàng)，提升施工單位對工程的了解，有利于建設(shè)單位對工程的全面把控［5-9］。技術(shù)交底路線見圖1，不同交底方法分析見圖2。

圖1 技術(shù)交底路線

2 成果應(yīng)用

2.1 裝配式橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)交底

新建京雄鐵路部分橋梁段落采用裝配式一體化設(shè)計(jì)、施工模式。裝配式一體化由管樁、管樁承臺、節(jié)段預(yù)制拼裝圓端實(shí)體橋墩、預(yù)制無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁、裝配式橋面附屬和CRTS Ⅲ型先張軌道板等組成。節(jié)段預(yù)制橋墩采用場內(nèi)預(yù)制和現(xiàn)場坐漿安裝、灌漿施工方式。裝配式橋梁附屬采用工廠化預(yù)制和現(xiàn)場安裝、灌漿施工方式。為了更好地指導(dǎo)施工，應(yīng)用BIM 技術(shù)做好可視化設(shè)計(jì)交底，并做好施工組織變得尤為重要。

設(shè)計(jì)單位采用達(dá)索CATIA 建立BIM 孿生數(shù)字模型，由于達(dá)索軟件3DEXPERIENCE 采用基于服務(wù)器的應(yīng)用模式，模型展示尤為不便，可將模型導(dǎo)出為3DPDF 格式（見圖3），用于施工現(xiàn)場技術(shù)交底。形成的3DPDF可用于設(shè)計(jì)階段的方案匯報(bào)，輔助建設(shè)單位、相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位進(jìn)行相關(guān)決策。同時(shí)也可用于施工階段的現(xiàn)場技術(shù)交底，使施工單位人員更好地了解設(shè)計(jì)意圖。

圖2 不同交底方法分析

圖3 裝配式結(jié)構(gòu)整體模型展示

結(jié)構(gòu)細(xì)部采用圖片格式，能夠從空間多維度反映裝配式結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，使參建各方能直觀地理解設(shè)計(jì)方法，更好地開展現(xiàn)場施工組織［5］。管樁結(jié)構(gòu)見圖4，裝配式橋墩結(jié)構(gòu)圖5。

2.2 拱橋鋼筋技術(shù)交底

某鐵路橋梁采用（110+228+110）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁-拱組合結(jié)構(gòu)跨越河流。該橋型具有結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、行車平順性好等優(yōu)點(diǎn)。梁部采用先梁后拱施工工法，主梁采用懸澆施工，拱肋在橋面上采用豎轉(zhuǎn)就位。

圖4 管樁結(jié)構(gòu)

圖5 裝配式橋墩結(jié)構(gòu)

連續(xù)梁-拱組合結(jié)構(gòu)拱腳結(jié)構(gòu)重要而且受力復(fù)雜，其預(yù)應(yīng)力鋼束、普通鋼筋、拱腳加強(qiáng)鋼筋及拱肋結(jié)構(gòu)互相交叉干擾，通過建立BIM 模型能夠指導(dǎo)二維設(shè)計(jì)優(yōu)化鋼筋布置，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)施工單位的深化應(yīng)用，提高施工班組效率，保證混凝土澆筑質(zhì)量。通過錄制視頻進(jìn)行輔助現(xiàn)場技術(shù)交底，以可視化、多視角方式展示結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，使施工人員了解設(shè)計(jì)意圖。連續(xù)梁-拱拱腳鋼筋視頻展示見圖6。

圖6 連續(xù)梁-拱拱腳鋼筋視頻展示

2.3 轉(zhuǎn)體連續(xù)梁技術(shù)交底

京雄鐵路橋梁跨越高速公路采用（72+128+72）m連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，其中主橋采用平面墩頂轉(zhuǎn)體法施工，中墩設(shè)置轉(zhuǎn)體球絞，其中上球絞設(shè)置在連續(xù)梁底部，下球絞設(shè)置在墩頂，在邊墩設(shè)置臨時(shí)墩、滑到梁等。利用Tekla 軟件建立連續(xù)梁主體結(jié)構(gòu)、橋墩結(jié)構(gòu)、承臺結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)體貝雷梁支架及基礎(chǔ)、滑道及拖拉系統(tǒng)等球絞精細(xì)化模型。通過建立連續(xù)梁全橋模型，BIM模型所見即所得［10］。

Tekla 模型可以友好地導(dǎo)出IFC 通用格式傳遞給Navisworks（見圖7），其中Navisworks 作為解決方案支持所有項(xiàng)目相關(guān)方可靠地整合、分享和審閱詳細(xì)的三維設(shè)計(jì)模型（見圖8）。以橋梁工程BIM 模型為基礎(chǔ)，通過Navisworks 展示軟件，對橋梁工程進(jìn)行構(gòu)件三維顯示，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)三維碰撞檢查（見圖9）和預(yù)應(yīng)力鋼束空間定位（見圖10）等，可大幅度提高多方溝通效率、降低安全風(fēng)險(xiǎn)、提高施工過程管理水平、確保進(jìn)度和工期。

2.4 連續(xù)梁支座技術(shù)交底

鐵路連續(xù)梁球型鋼支座構(gòu)造復(fù)雜、結(jié)構(gòu)構(gòu)件多，利用達(dá)索CATIA 建立支座模型，在設(shè)計(jì)階段可以進(jìn)行碰撞檢查。進(jìn)一步利用Composer 軟件將模型分解或者剖切，用于現(xiàn)場施工交底，同時(shí)可利用Composer 制作動畫視頻。3DVIA Composer 是達(dá)索旗下的軟件，能夠使創(chuàng)建2D、3D 圖像和動畫的工作大大簡化，創(chuàng)建能力大大增強(qiáng)。Composer 中BIM 模型可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解和剖切，具體見圖11和圖12。

圖7 Tekla導(dǎo)出IFC

圖8 IFC模型在Navisworks中展示

圖9 碰撞檢查結(jié)果

3 結(jié)束語

中國國家鐵路集團(tuán)有限公司要求以施工應(yīng)用需求為主體，將BIM 技術(shù)與施工應(yīng)用密切結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對“BIM 工程化實(shí)施”的要求。BIM 以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了工程項(xiàng)目各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體和工程特性的數(shù)字化表達(dá)。基于BIM 的三維可視化技術(shù)交底研究能夠友好地解決設(shè)計(jì)單位與施工單位的BIM 模型傳遞問題，在此基礎(chǔ)上以可視化、交互的方式與施工單位、監(jiān)理單位就設(shè)計(jì)意圖、重難點(diǎn)問題進(jìn)行交底。與傳統(tǒng)“平面+文字”方式相比，利用BIM 技術(shù)的交底效果明顯提升，大大減少了因施工人員理解不到位而造成的施工偏差，可顯著提升設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短施工周期。

圖10 預(yù)應(yīng)力鋼束空間定位展示

圖11 Composer模型分解

圖12 Composer模型剖切