BIM技術(shù)在橋梁墩柱施工中的應(yīng)用研究

王秋華

本文首先對BIM 技術(shù)簡要介紹，然后以安徽皖南地區(qū)某橋梁工程為例對工程概況簡要介紹，最后從墩柱鋼模板的控制、BIM 墩柱技術(shù)模擬墩柱澆筑、4D 施工模擬分析進(jìn)度、橋梁工程量提取、BIM 技術(shù)應(yīng)用成果等方面闡述BIM 技術(shù)在橋梁墩柱施工中的應(yīng)用，并從BIM 土建和安裝模型、BIM 輔助管理、指導(dǎo)施工、施工資料管理等方面闡述BIM 技術(shù)的應(yīng)用成果。

我國橋梁工程的施工技術(shù)不斷隨著時代的發(fā)展而進(jìn)步，當(dāng)前已經(jīng)憑借掌握的施工技術(shù)完成多座世界級大橋的建造和施工。雖然從施工結(jié)果方面來看已經(jīng)取得不錯的成績，但是從施工過程方面來看我國橋梁墩柱施工與世界領(lǐng)先水平相比仍然具有一定的差距。我國必須在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上不斷提升自己，將BIM 技術(shù)應(yīng)用到橋梁墩柱施工中，促進(jìn)施工流程管理的完整化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化。

一、BIM 技術(shù)

BIM 技術(shù)全稱Building Information Modeling，翻譯過來就是建筑信息模型。顧名思義BIM 技術(shù)通過信息化技術(shù)手段對建筑施工工程進(jìn)行建模，直接通過虛擬化技術(shù)將工程模型通過數(shù)字化的方式呈現(xiàn)出來。這樣通過三維模型對建筑工程的成本、進(jìn)度、質(zhì)量、安全進(jìn)行控制，即可提高建筑過程的管理質(zhì)量和效率。

二、工程概況

本文以安徽皖南地區(qū)某橋梁工程為例，該橋梁工程屬于該地區(qū)高速公路土建項目中的一部分，橋梁工程總共需要建筑12 座橋梁、53 座涵洞，公路全長21.64km。其中一座大橋橋長總共305.42m，橋梁工程墩柱的最高截面為36.15m。皖南地區(qū)地理環(huán)境比較復(fù)雜，橋梁墩柱材料運(yùn)往施工現(xiàn)場比較復(fù)雜，因此施工工期難以控制、橋梁墩柱模板用量難以控制、各個施工階段難以受到監(jiān)管部門的控制。

三、BIM 技術(shù)在橋梁墩柱施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

BIM 技術(shù)在施工中的要點(diǎn)主要可以分為施工前期、施工過程以及施工應(yīng)用三個方面。其中施工前期需要根據(jù)BIM 技術(shù)對項目文件進(jìn)行編制，該過程需要設(shè)計部門、施工部門相互配合參與；施工過程需要對復(fù)雜鋼筋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行建模、模擬BIM 施工方案、四維施工進(jìn)度管理、現(xiàn)場管理，該過程需要將BIM 技術(shù)落實到施工方面；施工應(yīng)用需要建立協(xié)同管理平臺和運(yùn)維管理平臺，提高施工管理的質(zhì)量和效率。本文主要對橋梁墩柱施工中的鋼模板、混凝土澆筑、四維施工進(jìn)度管理、項目工程量文件編制以及BIM 平臺等方面的施工要點(diǎn)進(jìn)行分析。

圖1 BIM技術(shù)模擬鋼模版的控制

1.墩柱鋼模板的控制

皖南地區(qū)的地理環(huán)境比較復(fù)雜，地區(qū)山脈眾多，水文資源比較豐富，對橋梁工程的施工造成了一定困擾。由于地勢不平的原因橋梁工程在樁基施工時就存在較大的施工難度，因為不同位置的樁基長度存在一定的差異，所以必須根據(jù)施工環(huán)境的實際情況對樁基長度進(jìn)行控制。橋梁墩柱施工時需要使用墩柱鋼模板進(jìn)行輔助施工，墩柱鋼模板的控制是否精準(zhǔn)對樁基長度具有直接影響。因此橋梁墩柱鋼模板的控制精度必須得到保障，而BIM 技術(shù)可以通過虛擬數(shù)字化手段根據(jù)橋梁工程的施工環(huán)境進(jìn)行模擬，然后再使用數(shù)字化系統(tǒng)對墩柱鋼模板進(jìn)行自動化和智能化控制，最后經(jīng)過深化之后通過系統(tǒng)輸出墩柱鋼模板的加工圖紙和工程量。這樣才能對橋梁墩柱施工質(zhì)量完成精準(zhǔn)控制，從而達(dá)到降低橋梁墩柱施工成本的目的。BIM 技術(shù)對墩柱鋼模板進(jìn)行深化控制之后，可以精準(zhǔn)地確定施工材料的數(shù)量。本次施工中使用BIM 技術(shù)控制墩柱鋼模板之后輸出的材料數(shù)量數(shù)據(jù)如下：D5、D6 側(cè)模的數(shù)量分別為20 件、25 件；D7 背杠的數(shù)量為60 件；墩柱模板一共4 套，每套節(jié)數(shù)一樣共12 節(jié)，每節(jié)長度均為2.50m。BIM 技術(shù)模擬鋼模板控制如圖1 所示：

2.BIM 墩柱技術(shù)模擬墩柱澆筑

橋梁工程中墩柱施工應(yīng)用BIM 技術(shù)之后需要對使用的鋼模板的數(shù)量和鋼模板立模的方式進(jìn)行模擬，然后才能根據(jù)鋼模板的使用情況對橋梁墩柱澆筑施工是否準(zhǔn)確進(jìn)行校準(zhǔn)，最后校準(zhǔn)結(jié)果無誤后才能對墩柱澆筑施工進(jìn)行模擬。BIM 墩柱技術(shù)模擬墩柱澆筑的整個過程中必須通過模擬對橋梁墩柱鋼模板的各方面參數(shù)進(jìn)行收集，務(wù)必保證鋼模板的受力情況符合力學(xué)分析。而且BIM 技術(shù)還需要根據(jù)受力分析結(jié)果對鋼模板的穩(wěn)定性和連接性進(jìn)行計算，同樣必須保證橋梁墩柱施工的工藝滿足要求。BIM 技術(shù)模擬墩柱澆筑完成準(zhǔn)確無誤后應(yīng)該使用BIM 技術(shù)構(gòu)建的三維可視化橋梁施工模型對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，保證施工技術(shù)人員可以掌握橋梁墩柱施工的技巧和注意事項，這樣才能提高墩柱施工的整體質(zhì)量和效率，從而保證施工有序進(jìn)行，最終將施工進(jìn)度控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。BIM 技術(shù)應(yīng)用到模擬墩柱澆筑之后可以讓整個施工流程和施工要點(diǎn)更加明確，施工人員通過對墩柱施工可視化模型的學(xué)習(xí)可以吃透整個施工中的技術(shù)要點(diǎn)，相比傳統(tǒng)的技術(shù)交底方式更加有效。BIM技術(shù)模擬墩柱澆筑如圖2所示：

圖2 BIM技術(shù)模擬墩柱澆筑

3.4D 施工模擬分析進(jìn)度

BIM 技術(shù)在施工進(jìn)度控制中的應(yīng)用比較有效，一般來說高速公路標(biāo)段施工的工期時間為2 年。但是為了保證竣工之后有充足的時間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，管理人員必須將工期控制在1 年之內(nèi)。總體來說，施工環(huán)境受到的天氣影響比較大，因此必須盡量提前做好施工進(jìn)度計劃，否則施工進(jìn)度容易受到各種天氣的影響，最后導(dǎo)致施工工期不受控制。而4D 施工虛擬模型可以在BIM技術(shù)建立的施工模型基礎(chǔ)上引入氣候因素形成4D 施工進(jìn)度模型，根據(jù)該模型對不同天氣氣候類型進(jìn)行導(dǎo)入，然后按照4D 施工進(jìn)度計劃查看實際施工計劃是否偏離，最后實時對施工計劃進(jìn)行調(diào)整，即可保證橋梁墩柱施工在工期內(nèi)完成施工，不會影響高速公路正常通車。

4.橋梁工程量提取

BIM 技術(shù)可以實現(xiàn)對工程量的精準(zhǔn)控制。整個橋梁施工過程都可以應(yīng)用BIM 技術(shù)對各個橋梁墩柱施工所需要的材料進(jìn)行模擬和計算，然后再結(jié)合現(xiàn)有的人力資源情況對人員進(jìn)行分配，最后即可提高人力資源的使用效率和材料控制的精確性。BIM 技術(shù)通過三維數(shù)字虛擬模型可以得到較為準(zhǔn)確的工程量，相比人工計算工程量更加準(zhǔn)確。為了保證物資部人員的采購工作順利，管理人員可以通過BIM 技術(shù)對工程量的浮動情況范圍進(jìn)行確定，防止施工材料的數(shù)量出現(xiàn)較大差異。橋梁工程量提取使用BIM 技術(shù)需要運(yùn)用各大常見針對工程項目開發(fā)出來的BIM 技術(shù)應(yīng)用軟件，例如廣聯(lián)達(dá)和Revit 等。

5.BIM 技術(shù)應(yīng)用成果

（1）BIM 土建和安裝模型。BIM 技術(shù)在土建和安裝模型中的應(yīng)用能夠提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計階段的一些潛在問題和風(fēng)險，然后在施工之前即可與設(shè)計部門共同對設(shè)計圖紙進(jìn)行調(diào)整，最后即可避免施工過程中遇到設(shè)計問題。BIM 技術(shù)需要將設(shè)計圖紙導(dǎo)入到系統(tǒng)中，通過BIM 技術(shù)軟件完成工程建模，工程建模之后設(shè)計圖紙中的不足則比較明顯，所以BIM 技術(shù)可以減少設(shè)計圖紙問題，進(jìn)而提前發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計問題可以減少后續(xù)的施工調(diào)整，對施工整體的進(jìn)度和成本控制也具有重要意義。

（2）BIM 輔助管理。BIM 技術(shù)在橋梁墩柱施工中的應(yīng)用具有輔助管理的作用，BIM 技術(shù)建立的三維虛擬施工模型具有可視化的特點(diǎn)，根據(jù)該模型施工人員和管理人員都能直接找到施工重點(diǎn)，從而避免施工問題和事故的發(fā)生。

（3）指導(dǎo)施工。BIM 技術(shù)在橋梁墩柱施工中的應(yīng)用具有指導(dǎo)施工的作用，技術(shù)交底一直以來都是施工準(zhǔn)備工作中的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的技術(shù)交底方式作用雖然比較明顯，但是仍然有一定的問題和不足，而通過BIM技術(shù)構(gòu)建的模型進(jìn)行技術(shù)交底更容易讓施工人員了解施工重點(diǎn)和工藝，有利于提高施工質(zhì)量和進(jìn)度。

（4）施工資料管理。BIM 技術(shù)在橋梁墩柱施工中的應(yīng)用具有施工資料管理的作用，通過BIM 技術(shù)構(gòu)建的施工模型可以明確各個施工項目的負(fù)責(zé)人。而且各個階段的施工工藝和技術(shù)都可以保存到BIM 管理平臺中，工作人員可以隨時了解施工工藝，施工出現(xiàn)問題之后也可以立即根據(jù)BIM 管理平臺確定負(fù)責(zé)人。

四、結(jié)語

綜上所述，BIM 技術(shù)在橋梁墩柱施工中的應(yīng)用可能對工程的施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本進(jìn)行全方位管控，相比傳統(tǒng)施工方法來說具有非常明顯的優(yōu)勢。但是總體來說BIM 技術(shù)是一種對數(shù)字虛擬技術(shù)的應(yīng)用，技術(shù)手段是否完善對施工效果的影響比較嚴(yán)重，因此在實際施工中必須將BIM 技術(shù)應(yīng)用理論與施工現(xiàn)場的實際情況結(jié)合起來一同分析，這樣才能發(fā)揮出BIM 技術(shù)的作用和效果。