預制箱梁施工全過程中的信息化技術應用

黎開政

(中鐵二十三局集團軌道交通工程有限公司,上海 201399)

1 信息化技術管理

為滿足客運專線列車的高速運行，對預制箱梁的平順性和耐久性都提出了很高的要求，因此按期保質的完成箱梁生產任務，成為預制箱梁的重點控制內容[1]。但是預制箱梁體施工工序復雜、一次澆筑混凝土數量多、高性能混凝土施工工藝要求高、預應力要求精確等一系列問題都是箱梁預制的難點[2]。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是一種創建并利用數字模型對建筑進行設計、建造和運營管理的新技術[3]。在住建部的大力推動下，各省市相繼出臺BIM推廣應用政策，到目前我國已初步形成BIM技術應用標準和政策體系[4]。BIM技術的應用，為建筑業全生命周期中的所有信息數據提供集成載體，大大推動了建筑行業的信息化建設，同時促進了行業技術進步和管理水平提升[5]。

在這樣一種背景下，本文通過BIM技術，針對預制箱梁在施工中的高標準技術要求和信息化管理手段的需要，建立了梁場場地、預制箱梁、生產機械設備等模型，提供直觀和真實的三維視覺呈現方式，提高決策的科學性和效率[6]。同時，通過BIM技術，提出了預制箱梁施工全過程中的信息化技術解決方案和實施流程體系，使得項目各參與方均可以基于模型進行更加高效的溝通與理解，了解設計意圖，減少溝通成本[7](圖1、圖2)。

圖1 BIDE流程化技術體系介紹

圖2 預制箱梁施工全過程信息管理平臺架構

2 項目應用背景

成都軌道交通10號線二期工程全線預制箱梁共337片，梁場占地面積約11.33 ha，設鋼筋加工存放區、制梁區、存梁區、混凝土拌合區、辦公生活區和其他生產輔助區等6個區域，預制箱梁跨度25～30 m不等。

本次預制箱梁的難點在于：

(1)對于此類大型預制項目，傳統的項目決策基于多次會議，多次討論，再進行決策，存在效率較低、準確性難把握的缺點。因此本次施工通過BIM的可視化分析，可以直觀的了解項目情況，非常有助于快速、準確的做出決策[8]。

(2)預制箱梁自重大、施工工序多、工藝復雜，若施工方法及施工工藝不當易使箱梁產生裂縫，因此需對每道工序都需要制定合理的控制措施，對梁場的生產管理技術水平要求高；

(3)在箱梁運輸、架設過程中，要求嚴格控制支撐和吊點位置，避免產生較大的震動或荷載沖擊出現裂縫.

3 BIDE流程化技術體系介紹

面對本項目的高難度施工要求和加強信息化管理水平的嚴峻挑戰，項目技術團隊提出了一套集“BIM輔助深化設計(BIM Design)、工業化生產(Industrial Production)、數字化堆場(Digital Storage)與高效化施工(Efficient Construction)”的“預制箱梁施工BIDE流程化技術體系”，實現了預制工程一體化實施流程體系(圖1)，以及預制箱梁施工全過程的信息化管理平臺應用(圖2)。

3.1 BIM輔助深化設計

3.1.1 設計方案比選

梁場的規劃設計方案對后期的生產效率有著非常重大的影響，本文通過三維可視化的方式對場地規劃方案進行合理分析，提前消除隱患、優化存梁點設計和提梁機行走道路，如圖3所示。在驗證方案的合理性和準確性的同時，能讓非專業人員“看懂”設計，降低溝通的成本。此外，在方案比選中，利用BIDE流程化技術，可進行多項施工模擬。并通過快速出量，可從方案的造價、安全性等各方面對方案進行比較，擬定多個可行的實施方案。在初設會審中可快速切換、比選不同方案的線位及關鍵節點，便于議會人員判斷最佳方案(圖3)。

圖3 梁場場地布置模擬

3.1.2 碰撞檢查

預制箱梁的鋼筋安裝密度大，常與預應力鋼束碰撞，存在施工空間不足的難題。為避免沖突和保證施工空間滿足規范，BIDE流程化技術體系可實現通過碰撞檢查找出設計與實際生產中的空間碰撞。而傳統的方法需各專業根據CAD圖紙進行對比。并且二維圖紙交付各專業時，需召開大量的交底會議，效率較低。此時利用BIM軟件進行碰撞檢查，可針對碰撞點進行可視化討論，有助于提前發現碰撞問題，并在正式施工前解決問題，節省工時和材料，避免不必要的變更和浪費。

3.1.3 精準算量

傳統設計的工程量統計是基于平面圖紙統計的，人為干預因素影響較大，數據無法反查到模型。而預制箱梁又造型復雜，尤其是箱梁腹部的體積難以進行計算，導致箱梁的混凝土與鋼筋更難以準確統計。模型完成后，可利用模型精確算量，避免傳統做法中人為因素的干預和工程量的誤差。此時采用BIDE流程化技術，可通過對預制箱梁進行精細化建模，以構件形式區分混凝土、鋼筋、預應力鋼絞線等組成部分，從而獲取精準的BIM模型構件算量清單，利用模型實現精確算量。在箱梁生產階段，結合生產計劃可為原材料的采購安排、項目資金管理等提供依據。

3.2 工業化生產

3.2.1 深化出圖

基于碰撞檢查和空間分析優化后的預制箱梁模型，可通過BIM建模軟件輸出直觀的鋼筋翻樣圖紙和下料單，并包含鋼筋長度、彎曲角度和彎曲直徑等具體信息，以此交付給鋼筋加工車間的技術人員進行加工，有效提高了鋼筋翻樣效率和準確度，避免箱梁在鋼筋綁扎時需要二次加工的情況。設計階段的優化，使施工返工大大減少，減少了施工階段不必要的施工停滯。各項施工模擬考慮了施工的可行性，在施工前使用虛擬建造的手段提前進行工程建造預演，特別是復雜專項施工方案的可視化分析和施工模擬，有利于施工推進，并有效降低了施工成本。并且各專業可以在BIM平臺上一體化設計，通過可視化明確空間關系、設計難點與重點，大大提高設計的整體度和設計效率。

3.2.2 三維BIM模型交底

由于預制箱梁對成品質量的要求十分嚴格且施工工序復雜，所以對施工作業人員的技術水平也有著高要求。而通常的施工作業交底書以及施工技術方案需要花費大量時間才能吃透，影響施工進度。通過BIDE流程化技術，結合三維BIM模型，可實現關鍵施工工藝流程的動態化，并賦予帶有語音講解的視頻動畫。相比只有文字說明的施工技術方案，更容易讓施工作業人員理解，提高施工人員對項目及施工技術的了解程度，從而提高施工交底質量，并減少安全事故發生可能性。

3.2.3 信息關聯

在BIM模型中每片箱梁都擁有唯一的構件ID，信息管理平臺為這些不同的ID都提供了一個類似于“文件夾”的數據儲存空間，可將箱梁的三維模型、生產圖紙、生產計劃等信息和資料都分類儲存在這里。利用二維碼技術，為現實生產中的每一片梁都提供唯一的一個“身份證”，作為與虛擬“文件夾”關聯的橋梁。二維碼為現場施工與信息管理平臺提供了交互的接口，是獲取施工數據的重要途經(圖4)。

圖4 箱梁二維碼

有了二維碼，在生產過程中就能快速的定位信息管理平臺中的構件和其中所集成的信息數據和資料，以滿足快速進行現場工作的需要(圖4)，其中包括：質量和安全問題發布、表單資料和圖紙查看，物料跟蹤情況等。

箱梁在生產過程中的流程信息(包含生產流程中的狀態、人員信息、驗收情況、安裝位置信息等)是實現梁場信息化管理的數據基礎，而二維碼則為信息數據的采集提供了便捷的途徑，通過移動設備采集二維碼上傳至信息管理平臺，反映到BIM三維模型(圖4)。

3.2.4 進度管控

將箱梁施工的重要節點分為：鋼筋加工、鋼筋驗收、模板整理、混凝土澆筑、脫模、初張拉、存梁養護、終張拉、壓漿、封錨、架梁共11個流程節點，每個節點以派工單任務的形式分配到個人，任務執行人根據現場施工的實際情況及時反饋任務完成情況到信息管理平臺中(圖5)。

圖5 派工單任務流程

信息管理平臺可自動以樹狀圖、和餅狀圖等形式對生產情況進行數據呈現，準確的進行統計分析，梁場的生產管理人員結合架梁工期安排與梁場存放能力，及時調整箱梁生產計劃，提前進行原材料采購、加工計劃調整，確保按期完成生產任務。

3.3 數字化堆場

在箱梁完場預應力初張拉后需運至存梁區存放并進行灑水養護，在充分考慮其后期運梁時最便利條件的前提下，存梁點的選擇需結合架梁工期計劃在BIM三維可視化環境下確定。如圖5所示，在信息管理平臺中，對養護完成、待架梁的預制箱梁進行不同顏色的標識，并查看其相應的構件信息，使箱梁的倉儲狀態一目了然，實現了堆場數字化管理。同時對于正處于養護狀態的箱梁，通過傳感器使信息管理平臺與灑水養護系統連接，實現自動化養護。

3.4 高效化施工

對于一些重難點施工方案，如制、運、架梁方案、施工場地臨建方案、設備吊裝方案等一系列專項施工方案，結合三維BIM模型，把重要的施工工藝流程做成動畫模擬預演，核查方案中的不合理之處，及時對不合理之處提出修改意見，直觀的分析施工方案的布局、安全、工作面、機械就位及規范的遵守情況。根據施工方案的預演結果，做出細節推敲并可分析施工中可能需要應對的問題并提前做出解決方案，使作業時能夠更高效的實施，確保整體施工進度與質量要求。

同時可視化成果展示，可直觀表現各階段的項目情況。借助BIDE流程化技術更有利于項目各參建單位加深建筑造型及空間、設計的理解，提高溝通交流的效率，決策更加科學合理。此外通過施工進度模擬可預演施工時間、進度安排等事項，進而優化整個施工過程，達到縮短工期的效果。

4 結束語

本文通過基于BIM技術提出的“BIDE流程化技術體系”和箱梁施工全過程信息管理平臺的應用，有效解決了傳統技術手段和管理方式不能有效滿足現階段預制箱梁施工需求的難題。同時為建設過程提供了高效的施工技術手段與管理方式，使梁場管理實現數字化，提高企業的信息化管理水平。通過本次工程實踐，證明BIDE流程化技術是值得在預制箱梁領域推廣的新型施工方式，具有廣闊的應用前景。