BIM 技術在京雄鐵路轉體連續梁橋施工中的應用

彭志新

(中鐵十九局集團第一工程有限公司 遼寧遼陽 111000)

1 引言

BIM 最初由建筑行業提出，后逐漸拓展到整個工程領域。 BIM 技術基于三維數字技術，可以全面管理和協調建筑物結構的整個生命周期，并以數字化方式承載和直觀地表達建筑物的物理特征的功能特征。

近年來，信息技術在建筑行業中的應用發展迅速，BIM 技術已在許多建設項目中得到應用，這也表明BIM 技術在建筑領域的應用已進入相對成熟的階段。 可以預見，BIM 在建筑領域的應用必將帶動BIM 技術在其他行業的快速發展[1-2]。

目前，BIM 技術在中國鐵路中的應用還處于起步階段。 橋梁工程的管理水平和施工技術水平決定了整個項目的利益，也決定了企業的發展和市場競爭力。 BIM 技術作為信息技術快速發展的一項重大成就，它為施工企業的科學化管理和精細化管理提供了一種新的方法，已成為企業發揮競爭優勢的有效途徑[3]。 本文以京雄城際鐵路固安特大橋工程為背景，探討了BIM 技術在轉體連續橋施工階段的應用。

2 工程概況

京雄城際鐵路工程是國家重點建設項目，這是連接北京市區、北京新機場和雄安新區的重要鐵路運輸線，是描繪雄安新區“千年大計”宏偉藍圖和京津冀協同發展的重要組成部分。 京雄城際鐵路固安特大橋設計采用一聯(72 ＋128 ＋72)m 轉體連續梁，是本項目的控制性工程之一，該橋跨越廊涿高速公路，與廊涿高速公路交角39.5°，該連續梁采用邊跨合龍后的不平衡轉體梁＋地面滑道梁配合鋼管混凝土臨時支墩轉體，在27＃和28＃主墩墩頂設置轉動球鉸，在26＃和29＃邊墩側設置牽引滑道系統，梁體在廊涿高速公路兩側旁位支架現澆，橋梁轉體長度為135.85 m，轉體重量分別為8 400 t，通過牽引設置在邊支點和下滑道梁之間的滑道體系，使梁體繞中支點球鉸轉動39.5°實現合龍。

3 BIM 實施策劃

該(72 ＋128 ＋72)m 轉體連續梁是國內350 km高速鐵路第一次采用“邊跨合龍后的不平衡轉體梁＋地面滑道梁配合鋼管混凝土臨時支墩轉體”形式的連續梁，臨近既有高速公路，具有較高的技術含量、較大的施工風險、工期緊等特點，因此在具體的施工中非常復雜，也非常困難，項目部決定從技術方面和管理方面擴展BIM 技術應用[4]：

(1)技術層面。 按照施工工序、施工方法等深化BIM 模型，并應用BIM 技術的三維可視化功能解決預應力管道的三維空間定位、復雜構件鋼筋的三維可視化指導、鋼筋的碰撞檢測、現場布置等問題及虛擬仿真施工技術交底，提高施工現場的生產效率，減少施工階段錯誤和返工。

(2)管理層面。 為了深入探索、挖掘BIM 在鐵路施工中的應用價值，選擇該轉體連續梁工點開展BIM 應用，使用BIM 技術實現鐵路橋梁工程集約和精細化的施工管理方法。 建立以BIM 平臺為核心，以BIM 模型為載體，利用BIM 系統的直觀形象、可計算分析、全生命周期管理等特點，將施工過程中進度、成本、材料、安全、質量和工藝等信息，幫助管理人員進行有效的決策和精細管理，確保諸如施工計劃、進度、材料、安全、質量等管理要素是可管的和可控的，從而提升工作效率、質量，縮短工期[5-8]。

4 BIM 技術在施工階段的應用

4.1 精細化模型

因為支架結構包含大量的各種構件，因此當各個構件在相交叉時，經常有互相沖突的情況發生，隨著支架搭設，如果出現位置沖突情況發生，更改糾錯將會十分麻煩，從而嚴重影響施工效率。 轉體橋支架施工前通過BIM 技術建立三維精細化模型(見圖1)。 在模型中還原各種構件的尺寸和位置，找到各構件之間相互交叉沖突的位置并以表格和視圖的形式記錄下來，然后提出優化建議，從而可以在搭設支架前消除隱患，并提高現場施工效率，以確保施工過程順利進行。

4.2 可視化技術交底

球鉸是轉體的核心部件，因此對施工安裝的精度要求很高，在施工過程中，安裝球鉸頂面任意兩點誤差不大于1 mm，中心縱向和橫向誤差不大于1 mm。為了滿足球鉸施工安裝的精度要求，在施工前，先利用BIM 技術建立精細化的球鉸構件模型(見圖2)，然后對現場施工人員進行可視化的技術交底，更加簡單、直接、易于理解地指導球鉸的安裝施工，保證了球鉸的安裝質量[9]。

圖1 支架精細化模型

圖2 球鉸三維可視化模型

4.3 0＃段鋼筋優化及碰撞檢查

該轉體連續梁0＃段具有節段長、高度高、鋼筋和預應力筋縱橫交錯以及操作空間小，尤其支座上方鋼筋密集分布，混凝土流動及振搗非常困難，容易造成支座附近混凝土不密實，甚至容易產生露筋、空洞、蜂窩麻面等質量通病，也會嚴重影響連續梁的質量。 本項目決定運用BIM 的新理念、新技術、新方法來研究連續梁0＃段施工，創建三維模型，使用BIM 模型的三維可視化功能，鋼筋優化(見圖3)、預應力管道三維布置(見圖4)及0＃段振搗方案(見圖5)。 同時根據優化、碰撞檢查的成果，進行三維可視化技術交底，以使作業人員了解施工作業要點，提高工作效率、減少返工，并預防安全風險[10]。

圖3 鋼筋優化

圖4 預應力鋼束三維空間定位

4.4 施工過程管理應用

4.4.1 進度管理

在傳統進度管理中，難以制定計劃，無法掌握進度節點，無法及時發現滯后工作，經常跑工地、開會和打電話，耗時耗力。 施工前，通過BIM 施工管理平臺，根據年、季度、月、周對工程進度預先計劃，分析進度計劃安排合理性，明確各階段進度目標。在施工過程中，實時監控工程的進度，并通過模型的顏色反映不同進度狀態(見圖6)，如正常完工、延遲完工等多種狀態，并全方位、多角度顯示工程進度，輔助進度管理。 使用偏差分析功能可以將計劃時間與實際時間進行比較和分析，找出滯后工程對工期的影響，找出產生偏差的原因，并調整計劃。

圖5 0＃段振搗方案

圖6 三維形象進度管理

4.4.2 安全質量管理

在BIM 施工管理平臺中對轉體梁支架進行監測，使用該平臺建立BIM 模型與設備之間的關聯，并形成用于安全和質量管理的信息數據庫。 通過點擊模型構件，可以在平臺上清晰地追蹤所涉及的原材料、質量檢驗信息、施工過程，充分實現了安全質量信息的可追溯性，并對工程施工過程中的安全風險進行管理，包括風險查詢、預警、短信提醒和應對措施等，有效提高了工程精細化管理水平。

4.4.3 BIM 和GIS 融合

BIM 和GIS 的集成應用程序實現了多層次的施工管理，該管理結合了基于GIS 的全線宏管理，基于BIM 的標段管理以及路橋精細管理(見圖7)。

4.4.4 成本管理

基于工程系統分解，結合進度數據，根據清單價、勞務價、成本價等，按照預設計算公式計算某施工階段、限定里程范圍、各分部分項工程的成本，智能估算成本和產值，為成本控制、驗工計價等提供參考(見圖8)。

圖7 BIM 與GIS 集成

圖8 成本分析

5 結束語

近年來，信息技術在建筑行業中的應用發展十分迅速， BIM 技術已在建筑項目中廣泛使用。 由于BIM 技術已被納入國家科技攻關計劃，越來越多的建設方和地方政府的業務需求推動了BIM 的應用政策，BIM 技術在建筑行業領域的探索、推廣和應用將呈現不可阻擋的趨勢。 但是，BIM 技術的應用是一個長期的連續實踐過程，在鐵路行業仍然需要深入的研究和思考。 BIM 技術在頂層規劃設計應用更為重要，隨著國家基礎設施投資的不斷增加，BIM 技術在高速鐵路領域的應用前景廣闊，“BIM ＋”在企業中的作用日益明顯[11-12]。

通過將該BIM 技術應用于京雄城際鐵路四標轉體橋，消除了設計圖紙和施工中隱患，使用BIM技術進行施工過程中的關鍵工序模擬和可行性驗證，以總結、改進和優化施工組織方案、優化資源配置、闡明施工質量控制的要點，將研究成果直接應用于工程實踐，避免了返工引起的人員、材料、設備的浪費，大大提高了項目的施工質量和安全管理水平，培養和鍛煉了一批管理人員和BIM 技術的專業隊伍，公司的精細化管理水平得到了極大的提高。在BIM 技術的成功應用下，實現了國內高鐵的首次采用“下滑道牽引墩頂不平衡轉體”連續梁的轉體成功，為公司樹立了良好的形象，取得了良好的社會效益和經濟效益。