跨海高速鐵路斜拉橋組合截面鋼梁智能制造全過程研究

段濤 張亞峰 梁奇 白昌杰 周聲宇

1. 中鐵時代建筑設計院有限公司 安徽 蕪湖 241000；2. 中國鐵建大橋工程局集團有限公司 天津 300300

1 工程概況

福廈客專安海灣特大橋跨越安海灣航道，主橋采用（40+135+300+135+40）m雙塔雙索面結合梁斜拉橋，半漂浮體系，主橋全長650m，主墩基礎為樁基礎，高樁承臺，H型混凝土索塔，分離式塔柱，塔高126.9m，主梁采用砼橋面板+槽型鋼箱梁的結合梁結構，為封閉箱形斷面形式，主梁含風嘴全寬21m，梁高4.25m，主梁共劃分為65個梁段，標準節段長10.5m，最重節段吊重403t（含混凝土橋面板177t）；主梁全長650m，共65個梁段

主梁標準節段長10.5m，最重節段最大吊重約403t（含混凝土橋面板約177t）。

混凝土橋面板采用分塊工廠預制，最大尺寸為4.65m（橫向）×9.7m，重約42t（加厚區為61t），預制后需存放6個月以上方可與鋼梁進行結合。

混凝土橋面板縱向按全預應力結構設計，懸拼過程中采用5-φS15.2mm鋼絞線，輔助墩區設15-φS15.2mm規格的鋼絞線，索塔區和中跨中部設12-φS15.2mm規格的鋼絞線[1]。

2 基于ifc格式的橋梁核心模型的建立

福廈安海灣特大橋主要結構構件可劃分為三類：預制橋面板、槽型鋼箱梁和下部結構。模型為構件組合模式，下面按構件分類的原則，介紹建模原理及思路。預制橋面板分為邊跨邊板、邊跨中板、中跨邊板、中跨中板。

橋面板的建模主要是由拉伸命令完成，在這個基礎上完善局部構造，如開剪力槽、倒角等。橋板模型槽型鋼箱梁為一個標準段，每個梁段按構成可分為頂板、腹板、底板、隔板、T型橫肋板、縱向I肋版、挑臂等構件。先勾畫出各構件的橫斷面圖然后拉伸形成立體模型。構件模型下部結構劃分為墊石、橋墩、承臺、樁基。作為參數化的建模系統，各個構件都能實現參數化功能和3D可視功能，同時可實現各個構件的平面出圖功能，在構件的基本屬性立面可以添加信息，如材料、力學性能、廠家信息等[2]。

獨立的構件建模完成后，根據各個構件的相對關系進行有機地組合。并對眾多構件進行分類組合管理，從而實現該橋的BIM建模。此模型不僅擁有構件參數信息，還能包含并關聯工程信息和資料。

3 運用參數化模型對圖紙進行校核

按照施工設計圖完成整個工程參數化模型創建后，對模型中的工程量進行提取統計，與設計工程量比對找到偏差。將整個模型組合完畢后進行碰撞檢測，查驗樁基、承臺、墩柱、支座墊石、橋面高程是否有偏差，查驗整體線型是否平順、照明綠化等城市景觀效果，另外在裝配式鋼-混凝土組合箱梁橋的一個重要應用，是鋼箱梁剪力釘與預制橋面板外露環形鋼筋之間的沖突、碰撞處理。

將Tekla模型通過IFC格式導入Navisworks軟件，由于這兩款軟件同屬Autodesk公司，因此模型能夠順利導入并被讀取，然后進行硬碰撞檢測。針對這種碰撞，對參數模型中橋面板的外露環形鋼筋進行微調整，在滿足設計及相關規范要求的前提下，有效地解決該問題[3]。

圖1 底板加勁肋與橫隔板碰撞

圖2 底板加勁肋與橫隔板碰撞

4 數字化預拼裝技術的應用

虛擬預拼裝即“計算機仿真模擬預拼裝”。一般采用三維設計軟件，將鋼結構分段構建控制點的實測三維坐標，在計算機中模擬拼裝形成分段構件的輪廓模型，與深化設計的理論模型擬合比對，檢查分析加工拼裝精度，得到所需修改的調整信息。

4.1 箱梁各單元控制點測量

箱梁預制完成后應進行驗收，同時利用全站儀對制作完成的構件進行實測，主要對構件外輪廓控制點進行三維坐標測量。首先應設置全站儀測站點坐標，通過設置測站點相對于坐標原點的坐標，儀器可自動轉換和顯示位置點（棱鏡點）在坐標系中的坐標；其次是設置儀器高和棱鏡高，用以獲得目標點z的坐標值；最后設置好已知點的方向角，照準棱鏡開設測量，此過程中須安排監理進行旁站監督，并對實測數據進行簽字確認，以保證數據的真實有效性。在全站儀無法一次性完成對構件所有控制點進行測量且需要多次轉換測站點。在轉換測站點時，應保證所有測站點坐標系在同一坐標系內；同時由于不能保證現場測量地面的絕對水平，每次轉換測站點后儀器高度可能會不一致，因此在轉換測站點后設置儀器高度時應以周邊某固定點高程作為參照；對于同一構件上的控制點坐標值的測量保證在同一時段完成，以保證測量坐標的準確和精度。所有桁架各單元控制點均取構件外輪廓控制點，如遇到端部有坡口的構件，控制點取坡口的下端，且測量時用的反光片中心位置應對準構件控制點[4]。

5 BIM理念與物聯網系統的融合（二維碼和物料管理）

由于本工程鋼箱梁為異地制造，構件的運輸和管理對整個工程尤為重要。基于BIM的橋梁信息模型雖然是一個多維信息數據庫，但其并不擅長記錄各種構件的狀態信息，而基于RFID技術的物流管理信息系統能對相關物件流通的信息數據進行有效的記錄和管理，故引入了RFID技術。

該技術是通過射頻識別、紅外感應器、全球定位、激光掃描器等信息傳感設備，按約定協議把物品與互聯網相連、交換信息和通信，以實現對物品智能識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡概念。物聯網系統在本工程的應用技術研究主要為材料管理、材料查詢、構件運輸管理。通過引用RFID技術，應用電子標簽可實現對原材料入庫、庫存、發放和領用的全過程跟蹤管理，指導工人操作。通過系統實現原材料合同信息自動導入、各環節制單、原材料入庫定位、堆垛順序采集、快速盤點、原材料明細鑒定、出庫管理、去向追蹤和綜合查詢等功能，提高材料發放效率及材料的追溯性。

6 結束語

本文結合安海灣特大橋主橋的實例，研究了BIM技術在高速跨海斜拉橋組合截面鋼梁中的應用情況，詳細介紹了BIM技術在鋼梁加工制作及現場安裝中的應用。其中在加工制作中的領域內，BIM技術的應用可以實現3D節點和模型的模擬，實現自動生成三維圖紙，精準模擬碰撞等，可以有效地提高工作效率，減少錯誤的發生，提高業主滿意度。在現場安裝階段，BIM技術可以更加直觀、生動地模擬從構件制作到安裝完成后的施工全過程，并且由于BIM技術的引用，同時提高了施工安全、質量和進度的數字化管理水平和各參建方的協作能力和管理效率。

探索了基于BIM技術在組合截面鋼箱梁中的制造階段全過程，也為后續建設項目的BIM應用積累了寶貴經驗。