精細(xì)化BIM技術(shù)在渡槽高架橋工程中的應(yīng)用

黨衛(wèi)江

摘要 隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的崛起和數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，BIM技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于工程領(lǐng)域的多個(gè)行業(yè)。西安市浐河渡槽高架橋工程，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大等特點(diǎn)，因此，將精細(xì)化BIM技術(shù)應(yīng)用于渡槽高架橋工程中具有重要的實(shí)際意義。文章旨在探討精細(xì)化BIM技術(shù)在渡槽高架橋施工過(guò)程中有關(guān)施工現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃、特殊氣候及水文條件應(yīng)對(duì)、支架支護(hù)體系的搭建、拱梁結(jié)合段的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)施工等方面的實(shí)際應(yīng)用。文章依托渡槽高架橋項(xiàng)目，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工安裝全過(guò)程的實(shí)際背景，通過(guò)精細(xì)化BIM技術(shù)在全項(xiàng)目周期內(nèi)的實(shí)際應(yīng)用，闡述精細(xì)化BIM技術(shù)對(duì)工程建設(shè)效率和質(zhì)量提高的重要性。

關(guān)鍵詞 精細(xì)化BIM技術(shù)；項(xiàng)目施工過(guò)程；渡槽高架橋拱梁結(jié)合段

中圖分類號(hào) TU85文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）10-0066-03

0 引言

BIM技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了人們的視野，并在工程應(yīng)用中逐漸廣泛受用[1]，渡槽高架橋工程是一種重要的水利基礎(chǔ)設(shè)施，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大、技術(shù)要求高等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的工程管理模式由于技術(shù)的局限性、流程的復(fù)雜性等方面的限制，存在效率低下、質(zhì)量不穩(wěn)定、成本過(guò)高等缺點(diǎn)，已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代渡槽高架橋工程的需求。隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的崛起和數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)步，BIM技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于工程領(lǐng)域的多個(gè)行業(yè)[2]，在渡槽高架橋工程中引入精細(xì)化BIM技術(shù)，通過(guò)數(shù)字化、可視化的方式，提高效率和工程質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理、動(dòng)態(tài)管控高效施工的必經(jīng)之路。

1 依托項(xiàng)目概述

浐河渡槽高架橋項(xiàng)目位于陜西省西安市長(zhǎng)安區(qū)，上跨浐河河段。高架橋的跨徑布置為32 m+90 m+32 m，橋總寬9.8 m，橋高24.4 m。渡槽高架橋采用拱橋結(jié)構(gòu)，分為主梁和拱梁兩部分，其中主梁部分為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、拱梁部分采用鋼結(jié)構(gòu)。施工現(xiàn)場(chǎng)位于浐河河段，浐河兩岸已完成河堤路的鋪設(shè)，交通比較便利，但河水流量受氣候影響較大，對(duì)整個(gè)施工期間的支架搭設(shè)提出了更高要求。浐河渡槽高架橋項(xiàng)目的施工重難點(diǎn)位于拱梁結(jié)合段，在該處，由主梁的現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)渡為鋼結(jié)構(gòu)拱梁，施工工藝復(fù)雜。項(xiàng)目總體效果圖如圖1所示。

2 BIM技術(shù)在項(xiàng)目施工過(guò)程中的應(yīng)用點(diǎn)

2.1 BIM技術(shù)在施工方案策劃中的應(yīng)用

該項(xiàng)目主橋梁段橫跨浐河的河道，按照現(xiàn)有的施工進(jìn)度規(guī)劃，跨河道施工階段剛好與當(dāng)?shù)匮雌诮徊?，因此采取相?yīng)的防汛措施，成為施工安全保證的一項(xiàng)重要內(nèi)容。項(xiàng)目組統(tǒng)計(jì)了多年的水文氣象資料，利用BIM技術(shù)確定項(xiàng)目地理水位信息模型，結(jié)合地理信息模型，確定了在不同月份浐河最高水位的BIM模型，并植入地形及橋梁工程的模型中，為整個(gè)項(xiàng)目的汛期施工預(yù)警提供可靠的具體水位信息。項(xiàng)目組把當(dāng)?shù)氐鸟R家洼村段設(shè)立的水位刻度標(biāo)尺作為觀測(cè)點(diǎn)，并記錄了2021年、2022年、2023年連續(xù)三年浐河的水位，記錄表如圖2所示。項(xiàng)目組根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)施工期間最高水位出現(xiàn)在4—6月份，并且在觀測(cè)點(diǎn)的最高水位為640 mm。最后項(xiàng)目組在方案處理過(guò)程中，根據(jù)以上信息預(yù)測(cè)了施工區(qū)域的最大水位時(shí)對(duì)應(yīng)的河水寬度、水位深度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)支架基礎(chǔ)、支架強(qiáng)度及位置高度進(jìn)行調(diào)整，保證項(xiàng)目正常施工。項(xiàng)目組預(yù)測(cè)2024年4—6月份期間，汛期水位的模型如圖3所示。

2.2 支架體系計(jì)算

該項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)地形復(fù)雜且上跨河道，現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)模板支架體系的要求高。項(xiàng)目模板支架采用“鋼管貝雷梁+盤(pán)扣組合支架”，盤(pán)扣組合支架主要由鋼管、貝雷片、盤(pán)扣架組成。項(xiàng)目的支架結(jié)構(gòu)的BIM模型如圖4所示：

在施工前首先利用BIM軟件創(chuàng)建支架體系模型，將支架體系的模型通過(guò)數(shù)據(jù)互通直接轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。然后利用BIM軟件的計(jì)算優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行多種類荷載模擬計(jì)算，載荷包括支架自重、梁段壓載荷、水壓荷載、沖壓荷載、地震荷載、風(fēng)壓荷載及溫度荷載等。所有載荷加載完畢，利用計(jì)算軟件開(kāi)始計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，得出支架在施工中各種應(yīng)力和應(yīng)變的分布情況，以保證支架結(jié)構(gòu)能安全使用，確保支架在承受各種載荷和沖擊時(shí)仍然保持穩(wěn)定。充分解析計(jì)算結(jié)果，保證支架在水流沖擊及環(huán)境影響的情況下保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。通過(guò)BIM技術(shù)計(jì)算支架體系，支架結(jié)構(gòu)受力最大的節(jié)點(diǎn)位于拱梁結(jié)合段下方的貝雷架的上下弦桿處，且該處下弦桿與臨時(shí)支架搭接。貝雷架在該節(jié)點(diǎn)的最大拉應(yīng)力為上弦桿處，承受的拉應(yīng)力為24.70 MPa，最大壓應(yīng)力為32.08 MPa，完全滿足支架體系材料Q235B的屈服強(qiáng)度要求。以上BIM模型分析結(jié)果，驗(yàn)證了該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的支架完全符合使用標(biāo)準(zhǔn)，有效地保證了施工的進(jìn)度及安全。項(xiàng)目的支架計(jì)算結(jié)構(gòu)如圖5所示：

2.3 BIM技術(shù)在拱梁結(jié)合段關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)用

該項(xiàng)目的施工重難點(diǎn)集中在現(xiàn)澆主梁與拱梁鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)合處，在該處不僅有加強(qiáng)現(xiàn)澆主梁強(qiáng)度的鋼筋結(jié)構(gòu)，還有鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件。通過(guò)精細(xì)化BIM技術(shù)建立的渡槽高架橋模型，可以直觀地展示在該處的各種復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)可視化。在該關(guān)鍵點(diǎn)的施工前期，通過(guò)精細(xì)化BIM技術(shù)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行模擬展示，可以為后期的施工提供可靠的數(shù)據(jù)，提前對(duì)各種不利于施工的情況做出準(zhǔn)確預(yù)判，并提出處理意見(jiàn)。BIM技術(shù)在拱梁結(jié)合段施工的組織和協(xié)調(diào)過(guò)程中發(fā)揮了不可替代的作用，提高了施工的效率和質(zhì)量。

精細(xì)化BIM模型在拱梁結(jié)合段的細(xì)節(jié)展示。通過(guò)施工前期精細(xì)化BIM模型的建立，BIM技術(shù)向施工項(xiàng)目組直觀地展示了該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖6所示為該結(jié)構(gòu)鋼節(jié)點(diǎn)詳圖。

拱梁結(jié)合段由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)渡為“鋼結(jié)構(gòu)+鋼筋混凝土”復(fù)合結(jié)構(gòu)。主梁鋼筋籠在該節(jié)點(diǎn)由于增加結(jié)合段的混凝土臺(tái)階，增加了鋼筋用量。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件在該節(jié)點(diǎn)與鋼筋籠混合在一起，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件是工廠完成焊接涂裝后到現(xiàn)場(chǎng)安裝，而主梁的鋼筋籠是現(xiàn)場(chǎng)綁扎，所以兩者極小的尺寸偏差也會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)施工造成困難，這就要求提高預(yù)埋件的加工精度和現(xiàn)場(chǎng)捆扎的精準(zhǔn)度，精細(xì)化的BIM模型可以為加工工廠提供準(zhǔn)確的加工數(shù)據(jù)，也可以為現(xiàn)場(chǎng)鋼筋捆扎人員提供更準(zhǔn)確的鋼筋加工尺寸。

BIM技術(shù)在拱梁結(jié)合段的施工模擬。該節(jié)點(diǎn)模型的建立，使施工人員在混凝土澆筑之前，就了解到鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件與主梁鋼筋籠有一定的傾斜角度，該角度造成了鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件的重心直接分擔(dān)給主梁的鋼筋籠。該項(xiàng)目通過(guò)BIM技術(shù)，精確計(jì)算出該節(jié)點(diǎn)預(yù)埋件的重量，并為預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)提前搭建支架，保證為該節(jié)點(diǎn)在澆筑前后的穩(wěn)定及位置精度提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，項(xiàng)目組選用50 t的汽車吊，保證了支架搭建的順利進(jìn)行。BIM技術(shù)在施工模擬過(guò)程中可精確地預(yù)判了汽車吊在澆筑前吊裝位置、吊臂長(zhǎng)度、旋轉(zhuǎn)半徑等相關(guān)過(guò)程，保證了施工的進(jìn)度及精度。圖7所示為拱梁結(jié)合段的施工模擬：

2.4 BIM技術(shù)在施工成本估算和資源分配中的應(yīng)用

項(xiàng)目的工程量是后期結(jié)算的必備要素，而人為統(tǒng)計(jì)工程量不僅速度慢還容易出錯(cuò)。精細(xì)化BIM技術(shù)在建模階段，就對(duì)施工過(guò)程中所需要的各種材料進(jìn)行了精準(zhǔn)分類，并且精準(zhǔn)地分配到各個(gè)階段、各個(gè)節(jié)點(diǎn)。精細(xì)化BIM技術(shù)的以上特點(diǎn)，有助于更方便、快捷、準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)渡槽高架橋的工程量數(shù)據(jù)，包括材料用量、勞動(dòng)力需求等。項(xiàng)目組根據(jù)BIM統(tǒng)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，再結(jié)合項(xiàng)目的相關(guān)進(jìn)度、安全、質(zhì)量要求，對(duì)相關(guān)的人力、物料等相關(guān)資源進(jìn)行合理的調(diào)度安排。BIM技術(shù)有助于進(jìn)行成本估算和資源分配，提高工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益、工作效率，并提升預(yù)算質(zhì)量。

3 精細(xì)化BIM技術(shù)在施工中的展望

近年來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步，智能建造已成為現(xiàn)代建筑領(lǐng)域的主流趨勢(shì)[3]。精細(xì)化BIM技術(shù)在渡槽高架橋工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。精細(xì)化BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以提高渡槽高架橋工程的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，優(yōu)化施工過(guò)程和提高施工安全性，精確地進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)和資源分配，以及加強(qiáng)建成后的維護(hù)和管理。未來(lái)，隨著精細(xì)化BIM技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，其在渡槽高架橋工程中的應(yīng)用將更加廣泛和深入，為工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)更大的推動(dòng)力。將精細(xì)化BIM技術(shù)滲透到項(xiàng)目管理工作中有著顯著的效果，不僅可以提升工作水平，還能為企業(yè)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

精細(xì)化BIM技術(shù)在施工過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)中起到連接作用，所以使得更多的施工人員能夠通過(guò)BIM模型及時(shí)了解項(xiàng)目中的重點(diǎn)難點(diǎn)。因此，精細(xì)化BIM技術(shù)對(duì)施工有非常大的指導(dǎo)意義，是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，精細(xì)化BIM技術(shù)在渡槽高架橋工程中的應(yīng)用具有重要的意義和價(jià)值。通過(guò)精細(xì)化BIM技術(shù)的應(yīng)用可以提高工程效率和質(zhì)量，降低項(xiàng)目成本和風(fēng)險(xiǎn)。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，精細(xì)化BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，并發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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