BIM技術(shù)在預(yù)制懸拼橋梁施工中的應(yīng)用研究

楊成方，王珊珊，瞿志林，趙保峰，林 海（中建八局第三建設(shè)有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

BIM技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、項(xiàng)目管理的數(shù)據(jù)化工具。近年來(lái)，BIM技術(shù)方興未艾，在公路、鐵路、市政工程的橋梁建設(shè)中都得到了大量實(shí)踐應(yīng)用[1-8]。

預(yù)制懸拼橋梁施工方法是橋梁領(lǐng)域的一種先進(jìn)的施工工藝，適用于規(guī)模化、程序化和標(biāo)準(zhǔn)化施工作業(yè)，具有施工速度快、施工質(zhì)量高、科技含量高、橋下交通影響小等特點(diǎn)，在多跨度的連續(xù)梁橋、城市高架橋等工程中得到了非常廣泛的應(yīng)用[9-12]。

南京市寧句城際軌道項(xiàng)目將BIM技術(shù)應(yīng)用于預(yù)制懸拼橋梁施工設(shè)計(jì)、管理階段，通過(guò)智慧化信息管理平臺(tái)，嘗試建立信息化、精細(xì)化和規(guī)范化的施工管理流程，解決了實(shí)際施工中的一些難題，為BIM技術(shù)在預(yù)制懸拼橋梁施工中更好地發(fā)揮價(jià)值提供了參考。

1 項(xiàng)目概況

寧句城際軌道黃寶高架區(qū)間中，在HY37～HY40的位置處上跨既有黃東線立交橋，跨度為30.5 m＋50 m＋30 m。為了減少對(duì)既有黃東線立交橋的影響，項(xiàng)目方?jīng)Q定采用預(yù)制節(jié)段懸臂拼裝法施工。連續(xù)U梁墩頂截面采用U型與箱型結(jié)合截面，全寬10.88 m，主要由箱梁結(jié)構(gòu)＋U型護(hù)欄板共同構(gòu)成（僅1號(hào)和2號(hào)塊帶箱室）；跨中截面采用U型截面，由底板及腹板組成。節(jié)段預(yù)制采用工廠短線法施工，節(jié)段梁匹配面使用環(huán)氧樹(shù)脂膠作為膠結(jié)劑，并設(shè)置有濕接縫進(jìn)行線型調(diào)整。首先進(jìn)行中墩墩頂0號(hào)塊施工并設(shè)置臨時(shí)支撐，再進(jìn)行邊跨現(xiàn)澆段8號(hào)、9號(hào)塊施工；其次采用造橋設(shè)備進(jìn)行對(duì)稱懸臂拼裝預(yù)制節(jié)段，澆筑邊跨濕接縫完成邊跨合龍；最后進(jìn)行中跨合龍，拆除臨時(shí)支撐，完成體系轉(zhuǎn)換。

2 BIM應(yīng)用方式

2.1 建立BIM施工模型

以實(shí)現(xiàn)全過(guò)程BIM管理為目標(biāo)，建立BIM工作室，統(tǒng)籌各專業(yè)、各系統(tǒng)開(kāi)展BIM建造工作，深度探討在預(yù)制懸拼橋梁施工中BIM技術(shù)的各種應(yīng)用可能性，通過(guò)全面性、系統(tǒng)性、專業(yè)性的應(yīng)用，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)，為預(yù)制懸拼橋梁施工的安全保駕護(hù)航。工作室選擇Autodesk Revit軟件建立BIM施工模型，將預(yù)制懸拼施工存在的技術(shù)難題，提前用BIM技術(shù)模擬實(shí)際施工進(jìn)行可視化演練，提高與現(xiàn)場(chǎng)的契合度，通過(guò)三維可視化操作，提前了解施工中可能存在的問(wèn)題，指導(dǎo)預(yù)制拼裝橋梁科學(xué)、安全施工，為工程管理提供有力的技術(shù)支撐。連續(xù)梁橋整體模型，如圖1所示。

圖1 連續(xù)梁橋整體模型

2.2 深化設(shè)計(jì)

根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，將全橋的Revit軟件模型和邁達(dá)斯模型結(jié)合，進(jìn)行組合驗(yàn)算，對(duì)整橋在施工階段及施工后運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)階段的應(yīng)力、應(yīng)變、線性、混凝土裂縫等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)檢算和評(píng)估。連續(xù)梁受力示意圖，如圖2所示。通過(guò)分析數(shù)據(jù)指標(biāo)，對(duì)施工重點(diǎn)部位予以預(yù)判，提前與設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位溝通，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙、施工方案進(jìn)行變更優(yōu)化，以最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行施工，不僅具有提高施工效率、減少材料浪費(fèi)、降低成本等優(yōu)點(diǎn)，還大幅提高了施工的安全性。

圖2 連續(xù)梁受力示意圖

2.3 方案比選

結(jié)合黃東線立交周邊環(huán)境特點(diǎn)，為盡可能減少對(duì)既有交通的影響，保證道路正常通行，同時(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)安全施工的作業(yè)空間和施工工期需要，利用Revit軟件模型對(duì)不同施工方案進(jìn)行預(yù)先模擬，畫出實(shí)際的BIM施工模型。考慮在保證施工安全的前提下，選擇合適的施工方法，以加快施工進(jìn)度。通過(guò)BIM模擬和工期驗(yàn)算，在龍門吊拼裝、架橋機(jī)拼裝、移動(dòng)掛籃拼裝等施工方案中進(jìn)行比選，結(jié)合成本和工期以及安全性考慮，最終選擇利用造橋機(jī)進(jìn)行對(duì)稱懸臂拼裝預(yù)制節(jié)段施工作為最終的施工方案。

2.4 指導(dǎo)施工

2.4.1 優(yōu)化預(yù)制梁場(chǎng)布置

梁場(chǎng)作為預(yù)制節(jié)段梁的生產(chǎn)工廠，其自身的建造布局對(duì)施工有著舉足輕重的影響。施工前，采用無(wú)人航拍技術(shù)，對(duì)現(xiàn)狀的地形地貌進(jìn)行掃描，將掃描的點(diǎn)云模型與BIM模型進(jìn)行結(jié)合，提前了解場(chǎng)地特點(diǎn)，便于開(kāi)展場(chǎng)地規(guī)劃。然后利用BIM技術(shù)模擬各種梁場(chǎng)模型，逼真地模擬預(yù)制梁場(chǎng)各種可能的布置狀況（如圖3所示），并根據(jù)不同階段工況特點(diǎn)分析物料需求及場(chǎng)內(nèi)場(chǎng)地使用狀態(tài)，合理優(yōu)化梁場(chǎng)布置，保證梁場(chǎng)布設(shè)合理，方便施工。BIM技術(shù)的運(yùn)用有利于現(xiàn)場(chǎng)管理，能確保U梁節(jié)段預(yù)制和運(yùn)輸?shù)膶?shí)際需求。

圖3 梁場(chǎng)布置模型

2.4.2 優(yōu)化預(yù)制節(jié)段鋼模板

在預(yù)制梁廠制作U梁節(jié)段前，通過(guò)BIM建模提前進(jìn)行節(jié)段的曲線擬合，為精準(zhǔn)配置鋼模板提供參考和依據(jù)，然后進(jìn)行U梁節(jié)段的生產(chǎn)。通過(guò)BIM模型提前對(duì)鋼模版的線性進(jìn)行擬合并進(jìn)行調(diào)整，有效保證了后期節(jié)段拼裝的精準(zhǔn)度，解決了錯(cuò)臺(tái)等質(zhì)量弊病，而且很好地達(dá)到設(shè)計(jì)的外觀效果，保證了實(shí)體質(zhì)量。

2.4.3 合理化布置鋼筋綁扎順序

鋼筋綁扎作為梁體施工的重要環(huán)節(jié)，也是耗時(shí)最多的環(huán)節(jié)。利用建立的BIM模型，深度分析墩柱與現(xiàn)澆0號(hào)塊等部位大直徑鋼筋的施工順序是否存在沖突與矛盾，然后對(duì)大直徑主筋進(jìn)行分類編號(hào)，確定安裝順序，解決局部鋼筋交叉、排布密集的繁雜問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化不同型號(hào)鋼筋之間的綁扎順序，不僅保證了施工的精確度，方便工人施工，還加快了施工進(jìn)度。

2.4.4 模擬吊裝作業(yè)

現(xiàn)場(chǎng)吊裝前，對(duì)架橋機(jī)械進(jìn)行BIM建模，并進(jìn)行模擬吊裝作業(yè)，確保吊具設(shè)計(jì)合理、安全性強(qiáng)，架橋機(jī)具備正常拼裝運(yùn)行的能力。工作室通過(guò)對(duì)預(yù)制裝配過(guò)程的模擬，分析這一流程的技術(shù)難點(diǎn)和控制要點(diǎn)，加深作業(yè)人員的理解度，有效規(guī)避作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量一次成優(yōu)。

3 BIM應(yīng)用成果

3.1 智慧平臺(tái)

以廣聯(lián)達(dá)為信息總控平臺(tái)，深度開(kāi)展BIM技術(shù)在預(yù)制懸拼橋梁項(xiàng)目管理中的深度應(yīng)用。通過(guò)廣聯(lián)達(dá)BIMFACE平臺(tái)的專業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了BIM模型輕量化應(yīng)用，在網(wǎng)頁(yè)端即可實(shí)現(xiàn)模型瀏覽、模型上安全隱患和質(zhì)量通病問(wèn)題查詢分析、現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件信息追蹤等功能。BIM工程師將模型上傳至智慧總控中心，將模型與施工數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享、實(shí)時(shí)分析。模型上傳平臺(tái)采用快速輕量化傳輸，便于上傳及下載。項(xiàng)目各方主體包括一線工人都可以在同一個(gè)空間中讀取、查閱、審核數(shù)據(jù)信息，保證模型信息的同步性和真實(shí)性。通過(guò)模型編號(hào)定位，在平臺(tái)可以對(duì)預(yù)制構(gòu)件出場(chǎng)、安裝等進(jìn)行全過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤。

借助智慧工地可視、可管、可控、可測(cè)的管理手段，整合各類數(shù)據(jù)信息到BIMFACE平臺(tái)，將項(xiàng)目實(shí)際執(zhí)行情況共享給項(xiàng)目部、監(jiān)理單位、建設(shè)單位，提升各方信息的準(zhǔn)確性與及時(shí)性，便于及時(shí)做出科學(xué)的管理決策。通過(guò)BIM專業(yè)化工具應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確的信息共享，為后續(xù)施工提供可靠的技術(shù)支撐及參考依據(jù)。

3.2 安全技術(shù)交底

借助BIM技術(shù)可視化的特點(diǎn)，在進(jìn)行方案交底、安全技術(shù)交底時(shí)，用BIM模型清楚地展示施工過(guò)程和重點(diǎn)部位，可以幫助管理人員和工人加深對(duì)施工的理解，提前掌握施工的重難點(diǎn)，打破傳統(tǒng)交底枯燥乏味、流于形式的弊端。不僅有助于項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，保證和提高項(xiàng)目施工質(zhì)量，而且對(duì)項(xiàng)目施工安全、進(jìn)度、材料損耗等方面的管理提供大量幫助，還有利于“智慧工地”建設(shè)，推動(dòng)了工程項(xiàng)目朝著數(shù)字化、智能化與信息化的方向發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前，在預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)中應(yīng)用BIM技術(shù)是工程建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也為解決問(wèn)題提供了一些新的思路。在復(fù)雜工況下預(yù)制懸拼橋梁施工中，BIM技術(shù)還處于探索發(fā)展階段，有待更多同行在后續(xù)工程上應(yīng)用與創(chuàng)新。

南京市寧句城際軌道交通項(xiàng)目通過(guò)在預(yù)制懸拼橋梁施工中應(yīng)用BIM技術(shù)，結(jié)合廣聯(lián)達(dá)智慧信息平臺(tái)，有效解決了復(fù)雜工況下大跨度預(yù)制懸拼橋梁施工中的一系列技術(shù)難題，提升了生產(chǎn)效能，優(yōu)化了服務(wù)與管理理念，縮短了工期，保證了工程質(zhì)量一次成優(yōu)，有效降低了施工成本。