基于BIM的全預制裝配式橋梁施工技術與應用探究

摘要：以某橋梁施工工程為例，利用BIM三維建筑模型，設置橋梁防護棚及平面圖布置，加工預制零構件并安裝防撞欄，用三維動畫模擬吊裝過程后，實現裝配式橋梁施工。研究結果表明：使用BIM的橋梁施工技術，墩柱質量從50kg增加到300kg，發生沉降最大值只有9.5mm，有效保證了橋梁施工質量。

關鍵詞：BIM；全預制裝配式；橋梁；施工技術

0" "引言

全預制裝配式主要是將傳統建筑施工工程中，許多大型的現場施工作業轉移到工廠內完成，將施工所能用到的構件（其中主要包含著樓梯隔板、墻體隔板、陽臺等）在工廠內制作完成后，再運輸到施工現場，通過安全的方式連接，并在施工現場完成裝配。全預制裝配式建筑主要包含著全預制裝配式的混凝土建筑結構、輕鋼結構、木結構等建筑。全預制裝配式施工成為當代建筑施工方式的主要代表[1]，這一過程中需要應用標準化的流程進行設計、制造、生產、施工、智能化管理。

BIM是指工程從規劃到設計、施工，再到竣工以及后續運營管理等一系列過程，通過各個環節之間的相互銜接形成一個完整整體，再將這個整體中每一個環節的信息統一集合至綜合信息管理平臺中，減少工程建設中信息丟失情況，從而提高整體工程建設的效率。

全預制裝配式建筑工程中，全預制裝配式橋梁施工周期相對較長，施工中所牽涉到的環節相對較多，施工難度較大，為此應該重點關注。全預制裝配式橋梁在施工過程中，一旦出現一些無法及時解決的問題，將會影響到后續施工展開[2]，為此有必要對基于BIM的全預制裝配式橋梁施工技術進行深入研究。

1" "工程概況

某橋梁施工工程位于某市區主要干道，橋梁整體長度為2.85km，主要線路中標準寬度為20m，高架中匝道橋梁的標準寬度為9m，滿足雙向四車道的標準。新建的橋梁整體面積為42322m2，總投入資金為3.85億元。本次施工工程位于某市區的交通樞紐處，為了能夠減少施工周期，避免出現因施工對交通進行占道的現象出現，對本次施工采用全預制裝配式，計劃在3個月內全部完成。為了能夠提高施工工程信息化的水平，在本次施工過程中需要使用BIM技術給予協助施工[3]。

2" "全預制裝配式施工技術

2.1" " 建立三維模型及布置平面圖

利用Autodesk Revit 2022軟件，對該橋梁建立BIM三維建筑模型，將零構件的尺寸、位置、材質等相關信息輸入到初步的三維模型中。同時在施工過程中對模型內部參數進行不斷更新，以便負責人員能夠及時查看與施工相關的全部信息。為了讓橋梁在模型內部看起來更加直觀，需要將模型導入到lumion軟件中，同時依照設計圖與周圍環境制定效果模型。

為了降低因施工而對道路帶來的影響，本次工程采用搭建橋梁防護棚，并在防護棚上方設置安裝架的方式進行施工，依照橋梁整體長度需設置3個防護棚，將防護棚的高度設置為7.5m，寬度設置為12.5m。橋梁防護棚結構如圖1所示。

根據橋梁施工工程的主要特點，在滿足施工現場要求的基礎上，本次工程使用運梁車將其從制作工廠運輸至現場待安裝處[4]。使用承載質量150t以上的架橋機進行安裝，根據間隔距離按照從小到大安裝順序施工，先對左側的橋梁進行安裝，再對右側進行安裝，從中間向兩側開始架設。橋梁安裝之前，需要對搭建的防護棚進行拆除。將設計的流程以及平面圖均輸入到BIM三維建筑模型中，以此為基礎對后續的施工提供參考。

2.2" " 安裝橋梁防撞欄

在安裝防撞欄之前，需要對預制的零構件進行制作與加工。零構件制造工廠需要根據VBIM三維模型中的平面圖，對此次施工工程中所需要的立柱、蓋梁以及小箱梁等，制作專用的鋼結構模具。在保證制作模具尺寸與所需要零構件尺寸相同前提下，還需要滿足現場施工所規定的要求。與此同時，要提高零構件材料本身的精度，在降低施工成本的同時，保證零構件自身的質量。

在安裝全預制裝配式橋梁防撞欄時，所使用的方式主要是以側邊的連接為主。側邊防撞欄是將預先埋在橋面連接處的鋼筋，伸入至防撞欄內部的波紋管中，完成后對其進行混凝土灌注，并將防撞欄根部的角鋼與橋面的鋼板相連接，從而讓其與橋梁形成一個整體[5]。

在零構件制造工廠按照設計圖紙對防撞欄鋼筋、角鋼、波紋管進行制作并安裝。通常情況下，將波紋管內部直徑設置為40mm，安裝過程中，需要將鋼筋及其他預先埋好的零件分開。橋梁側邊防撞欄結構如圖2。

橋梁側邊的防撞欄安裝之前，在橋面鋼板周圍需要設置止水條，并將止水條的寬度設為25mm，厚度設置為8mm[6]。橋梁側邊防撞護欄底部與翼板面之間，需要增鋪12mm厚度的砂漿。砂漿所使用的材料應為高強度、無收縮、材質較為堅硬的中度砂石，細度需要在2.5以上，泥沙含量要＜0.5%。使用砂漿進行墊層施工位置，混凝土初次凝結的時間需要在3h以上，抗壓的強度要在70MPa以上，膨脹率需要控制在0.01%以內。

隨后對側邊的防撞欄進行安裝，將橋面初裸的鋼筋穿入到波紋管的內部。防撞欄底部設有一個卡槽，需要將其與橋面鋼板相對接。安裝完成后，將表面存在的多余砂漿清除，并在四周完成收邊處理。為保證橋梁側邊防撞欄整體的穩定性與安全性，需要應用到預先埋設的吊環。將側邊防撞欄與鋼筋相互連接后，才可以松開吊裝使用的鋼絲繩，以保證后續安裝過程的安全[7]。

2.3" " 全預制裝配式橋梁施工

在全預制裝配式橋梁施工過程中，需要對施工的工序進行模擬。通過BIM技術可以對施工過程進行模擬仿真，對施工工序中每一項方案進行優化，及時對不符合要求的數據進行更新與補充。在橋梁施工過程中，可根據小梁箱的質量來確定起重機的數量與型號，然后根據相關參數，再結合需要起吊高度，來選擇符合該工程施工的起重機。

結合上述參數對起重機參數進行重新設定，再將其放到專門設計位置上。將起重機相關參數輸入到三維模型內部，將其導入到Navisworks軟件中去，根據實際的吊裝過程對吊臂進行軌跡模擬運動，將整個過程用三維動畫展現出來。

在觀察模擬軌跡運動過程中，相關工作人員可以在系統內部進行任意角度的旋轉，從每一個角度來對吊裝的過程進行觀察，以驗證整個過程的安全性[8]。若模擬的吊裝過程無法滿足高壓線下的安全距離，則需要在模擬中對相關參數進行優化，再重新進行模擬測試，直到整個過程滿足相關規定要求為止。

3" "應用與分析

為驗證此次提出的技術具有可行性，將該橋梁施工工程作為需要測試的橋梁，在嚴格按照本文上述技術施工基礎上，對橋梁不同墩柱質量下，橋梁是否發生沉降進行測試。根據施工相關規定可知，橋梁施工中發生沉降的位移要在10mm以內，結合這一規定，對不同墩柱質量下橋梁發生沉降的距離進行測試，具體結果如表1所示。

從表1中記錄的數據可以看出，橋梁施工過程中經過6輪測試，墩柱質量從50kg增加到300kg，發生沉降的最大距離只有9.5mm。當前橋梁施工標準要求中規定，橋梁施工中發生沉降的位移距離要在10mm以內，表1中記錄的數據符合這一要求。上述結果能夠證明，使用BIM技術對全預制裝配式橋梁進行施工，可以有效縮短橋梁沉降距離，證明該施工技術可以有效改善橋梁的沉降位移。

4" "結語

本文以某橋梁施工工程為例，利用BIM三維建筑模型，設置橋梁防護棚及平面圖布置，加工預制零構件并安裝防撞欄，用三維動畫模擬吊裝過程后，實現裝配式橋梁施工。研究結果表明：使用BIM的橋梁施工技術，墩柱質量從50kg增加到300kg，發生沉降最大值只有9.5mm，有效保證了橋梁施工質量。

BIM 技術在全預制裝配式橋梁的施工中的影響是無法忽視的，從事施工的技術人員需要準確掌握BIM施工技術的特點與要求，在施工過程中加大BIM技術的應用，以使其發揮出最大效力，充分保證橋梁的施工安全。

參考文獻

[1] 王占飛，梁偉，孫寶蕓，等.BIM虛擬施工技術在裝配式鋼結構"橋梁中的應用研究[J].北方交通，2020（7）：9-13.

[2] 李德明，翁珊珊.BIM技術在預制裝配式建筑施工中的應用研究[J].房地產世界，2022（15）：158-160.

[3] 刁尚東，陳愛華，呂兵兵，等.BIM技術在預制裝配式建筑施工安全管理中的應用[J].廣東土木與建筑，2020，27（3）：61-64.

[4] 王潔.基于BIM的預制裝配式建筑綠色施工應用研究[J].建筑節能，2020，48（10）：138-141.

[5] 沈萬玉，王從章，劉嗣逸，等.基于BIM技術進行ALC外墻深化設計的應用探究與實踐[J].安徽建筑，2022，29（7）：120-122.

[6] 孫策.城市橋梁預制裝配化綠色建造技術應用與發展[J].世界橋梁，2021，49（1）：39-44.

[7] 張鶴凡，王子非，周天宇，等.BIM技術在裝配式橋梁建設工程中的應用[J].安裝，2022（5）：43-45.

[8] 李莉.BIM技術在裝配式橋梁工程中的作用[J].四川建材，2022，48（5）：161-162+168.