BIM技術在大型預制裝配式橋梁工程施工中的運用

摘要 近年來，BIM技術以其三維建模可視化、自動計算、碰撞試驗尋找沖突點、統計分析等優點被廣泛應用于工程建設的決策、設計、施工、運營等環節。該文依托廣東省某高速公路橋梁預制梁板集中預制場，應用BIM技術對其進行數智賦能，優化預制場功能區布設、智能控制生產、碰撞檢查梁板安裝沖突點，大大提高了工程效益，其經驗可為同類項目提供參考借鑒。

關鍵詞 預制梁板；BIM技術；智能控制；碰撞檢測

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0082-03

0 引言

在先進、智能建造大融合的背景下，建筑企業應做好對先進技術的引入，優化現行的生產流程，從而提升生產效率，為企業的長期高質量發展奠定基礎。但從實際情況來看，部分預制廠存在信息化水平低、生產方式粗放等問題，難以滿足現代化建筑施工的要求。對此，建筑企業應緊跟《交通強國建設綱要》及《數字交通發展規劃綱要》的要求，為智慧交通建設提供助力。廣東省公路建設走在全國前列，2018年全省已建高速公路突破了10 000 km，工程建設經驗十分豐富，BIM技術已陸續應用于設計選線方案比選、復雜橋梁設計檢驗，但是將BIM技術應用于裝配式橋梁預制場較少[1]。

在BIM技術的支持下，建筑企業可應用信息化手段，根據工程信息構建現場模型，再結合工程文件對現場的設備配置、工藝及線路分布等部分進行優化設計，從而實現對施工過程的整體控制，促進數字化建設的全面應用。這不僅可以使決策過程更加高效，還能加快施工進度。由此，該文以珠中江高快速路為研究對象，針對其中某橋梁梁板集中預制場建設進行分析，并利用BIM技術對梁場功能區劃分、進出通道、梁板智能張拉和壓漿、自動化養生等進行全方面智慧化提升，力圖降本增效，為工程順利推進提供幫助。

1 工程概況

該項目是珠海、中山、江門三市規劃構建“十橫十四縱十五加密線”區域高快速路中第九橫－香港、澳門至臺山[港珠澳大橋及其連接線+洪灣至高欄高速公路+跨黃茅海通道（遠期）]的重要組成部分，起訖里程為K17+050～K24+502.8，位于江門市臺山市赤溪鎮境內，路線全長7.452 km。主要橋梁工程內容為6座大中橋總長1 895.8 m，互通匝道現澆梁8聯。該項目小箱梁預制2 548片，其中按梁長劃分為25 m預制小箱梁1 402片、30 m預制小箱梁4片、預制40 m小箱梁1 142片，按區域劃分T5標范圍1 470片、T6標范圍970片、T7標范圍108片。40 m預制小箱梁典型結構形式見圖1。

為充分利用BIM技術對生產進行賦能，該項目從預制場建設、梁板生產工藝等環節管理盡可能進行逐條分析，建立聯系并深度參與優化。

2 BIM技術輔助預制場規劃建設

該項目預制梁板工程量大，需同時供應3個施工標段，因此對預制場的選址、產能、運輸路線、生產組織、質量控制等都提出了較高的要求。通過對擬建路段附近的規劃梁場選址位置先采用無人機三維傾斜攝影建模，精度可達5 cm。利用BIM技術建立的實景模型對鋼筋原材料堆放區、鋼筋加工區、預制梁板澆筑區、養生區、存放區、進出通道、聯絡通道等進行統一規劃（見圖2），對其尺寸進行細化，對廠內龍門吊、拖車路線等進行碰撞檢查及布置優化。場地規劃需要考慮鋼筋加工及綁扎要求進行。其中，對梁段吊裝存放，應盡量減少曲線環節的應用，促進流水線施工的全面落實，為預制場規劃建設的有序開展奠定基礎。

3 借助BIM技術優化預制梁生產工藝

借助BIM技術建設智慧梁廠，將信息化系統和梁廠現場軟硬件結合，再應用自動化技術對預制梁場實施全面的數據采集。當數據采集結束后，需對數據結果進行分析處理，并生成相應的報告，為預制梁生產工藝的優化提供數據支持。

通過應用BIM技術對現場建筑物、施工設備及梁板安裝方案進行模擬，優化施工流程設計。此過程中，施工人員同樣可以在BIM技術的支持下，對質量及安全管理的實施加深理解，減少實際施工中人為因素的影響。此外，對施工過程中的重難點問題，管理人員還需與各環節負責人進行交流，共同探討解決方案，重新模擬施工過程，從而實現對裝配式橋梁施工流程的完善設計。此外，BIM技術還具有模擬物料信息的功能，能夠指導鋼筋加工及綁扎等環節的安全穩定進行，或是在其中引入預制構件生產流程與管理等內容，以期促進預制場信息化轉型[2]。

3.1 BIM技術在鋼筋加工綁扎與預埋件安裝環節中的應用

（1）鋼筋自動下料環節。在此過程中，施工人員需根據組織計劃，通過BIM技術對鋼筋的型號、長度、數量等進行精確計算和模擬，確保下料的準確性和高效性。而在鋼筋加工和綁扎等環節，則可以應用BIM技術模擬鋼筋的加工和綁扎過程，及時發現潛在的問題和沖突。這不僅可以避免在實際施工中引發質量問題，還可以提高施工效率和質量。同時，通過BIM技術對鋼筋加工設備的自動化控制，我們可以實現鋼筋加工的精確度和一致性的提升。

（2）鋼筋碰撞檢查與預埋件定位。此環節中，技術人員需根據上一環節的建模結果，對鋼筋籠中的復雜節點進行檢查，隨后通過BIM技術對鋼筋籠進行三維建模，從而清晰地展示鋼筋的排布、型號、直徑等詳細信息，以便施工人員更加直觀地了解鋼筋籠的結構和細節，避免因人為因素導致的錯誤和遺漏。另外，利用BIM技術進行碰撞檢查，自動檢測鋼筋之間的空間沖突和交叉問題，避免在后續施工中引發返工、延誤等現象。此外，技術人員還可以應用BIM模型，明確預埋件在梁板結構中的具體位置，從而確保在澆筑混凝土前準確地將預埋件放置到位。這不僅提高了施工精度，還避免了因預埋件位置錯誤而導致的質量問題[3]。

3.2 BIM技術在模板安裝及拆除環節中的應用

通過移動小車自帶感應裝置和各功能區的定位樁，可實現“站點”之間的一鍵對位操作，減少人工操作產生的位移誤差，防止碰撞等事故發生，提高工作效率及安全系數。此系統可接入平臺實時監控各臺車位置。系統可實現本地或遠程操控側模的開合行程和左右幅模板的速度同步控制，并可接入至指揮大屏實現實時監測，以便于掌握各生產線的施工狀態。

需要注意的是，由于端模的體型較大，在組裝環節需要安裝人員加強對端模安裝精度的重視，防止后續預制梁施工出現偏差。此過程中，技術人員還應對端模安裝的水平度、中線及垂直度等參數進行調整，或是對其預留的孔洞進行檢查，確保孔洞位置與圖紙設計相符。隨后，將測量得到的各項數據輸入BIM模型中，通過模型對端模安裝位置進行模擬調整，直至模型顯示端模安裝位置滿足施工要求，以此減少端模安裝調整次數，提高安裝精度。最后，當端模被運送至預定位置后，就可以使用專用吊具，將鋼筋骨架吊入其中，再根據施工需要進行調整，以給后續施工提供便利。

對于內部空腔體積為變截面的預制梁，這類梁結構的內心設計為多段式液壓定撐結構，該結構通過精確的液壓控制系統，實現了對梁體內部空腔體積的靈活調整。在BIM技術的輔助下，該液壓定撐結構的設計更為精確，確保了每一段撐體的尺寸和位置都能與梁體內部空腔完美匹配。這種設計不僅提高了預制梁的整體結構強度，還使得梁體在承受荷載時能夠均勻分布壓力，從而提高了梁體的承載能力和使用壽命。另外，技術人員還可以利用BIM技術還可以對預制梁的養護過程進行精細化管理。通過對養護環境、溫度、濕度等參數進行實時監測和數據分析，確保混凝土整體強度不低于設計強度的75%，從而使預制梁在養護過程中保持最佳狀態[6]。

3.3 BIM技術在混凝土施工及養護中的應用

在預制區端頭修建鍋爐房，配備一套蒸汽量3 t/h燃油鍋爐，通過管道向預制區輸送養生蒸汽。其中，蒸養控制系統由PLC控制器、傳感器和電動執行器等部分組成，能夠實現預制梁蒸養過程的自動化控制和精準管理。通過BIM技術，可以建立蒸養過程的仿真模型，模擬不同溫度和濕度條件下混凝土的硬化過程，從而確定最佳的蒸養參數，如溫度、濕度和時間等。這有助于避免混凝土因溫度過高或過低而產生裂縫、變形等問題，提高預制梁的質量。此過程中，蒸汽養護時間和溫度控制應根據試驗數據進行優化。在施工過程中應根據不同養護條件下的同養混凝土試件的強度及彈性模量，不斷地收集整理數據，繪制強度及彈模曲線，找出最優蒸養模式，提高蒸養效率。

從實際應用效果來看，利用BIM技術優化混凝土工程量的統計方式，不僅能使施工過程在溝通渠道得到簡化，還可以避免混凝土浪費的現象發生。具體而言，管理人員可應用BIM技術對混凝土攪拌車的駕駛路線進行規劃，并實時獲取運輸車輛的狀態。而在混凝土澆筑環節，應對澆筑順序加以把控，并充分利用BIM技術的可視化優勢，對澆筑過程進行模擬和優化。當澆筑結束后，施工人員應按照要求進行振搗處理，嚴格約束自身行為避免因不規范操作帶來安全隱患。另外，企業還需在每條生產線中各配置一臺振搗系統，此系統可設置附著式振搗器振頻和時間并自帶記憶功能，參數設置好后可實現一鍵振搗。根據首件試驗梁總結，混凝土塌落度在180～200 mm時，振頻設置為120 Hz，振搗時間控制在30 s最佳。后續此系統可接入至指揮大屏實現數據采集及一鍵操控功能。此外，企業還可以建立預制梁存放二維碼信息管理系統，將預制梁的編號、尺寸、生產日期、混凝土強度等關鍵信息錄入系統中，并生成相應的二維碼。施工人員和質檢人員可以通過掃描二維碼，快速獲取預制梁的各項信息，從而實現對預制梁的精準管理和質量追溯。這不僅可以提高施工效率，還可以有效避免預制梁在存放和運輸過程中的混淆和錯用問題。

3.4 BIM技術輔助張拉壓漿

為使張拉壓漿環節得到順利開展，建筑企業應堅持精細化施工理念，針對橋梁預應力進行有效控制。只有這樣，橋梁施工設計才能滿足工程需要，防止后續施工中出現病害問題，給橋梁運行帶來負面影響[5]。箱梁預應力采用智能張拉技術，多根鋼束通過工作錨具同時張拉，同時伸長，同時夾片卡位，做到張拉力精確控制、同步控制，伸長量校核。從實際應用效果來看，預應力智能張拉技術的應用能夠使張拉施工質量得到保障，但這需要技術人員關注管道壓漿的密實性，只有密實性滿足工程要求，箱梁結構的耐久性才能得到保障。具體而言，智能壓漿是通過智能壓漿機，調配到適合的漿料通過進漿管從錨墊板進漿口從下往上依次壓漿，每次壓漿時，當水泥漿從排漿口順暢排出，且稠度與灌入的漿體相當時，關閉出漿口閥門，壓力值達到0.7 MPa時，壓漿泵停機，持壓2 min，若漿體壓力無明顯下降，則關閉進漿管。

4 結論

利用BIM模型對梁板預制場布局、設備布設、便道位置及線型優化，將平面圖轉化為易理解、直觀的可視三維圖，為決策者提供了更好的研究視角，使得布局更加合理，避免了不必要的后期調整[4]。利用三維模型對施工圖設計進行碰撞檢查、自動化算量，提前發現圖紙中的差、錯、漏、碰，精確指導現場施工，減少了浪費和返工。通過智慧化輔助優化施工工藝、自動化工程量計算可極大提升施工管理效能。通過BIM與梁板生產的工藝控制深度融合，極力優化生產工藝，實時感應模板、梁板狀態，實現智能化模板定位與開合、智慧張拉與壓漿、智慧養生，減少人力消耗，降低人為出錯概率，大大提高了生產效率和裝配式梁板質量。該項目大型預制裝配式梁板通過了尺寸、強度、平整度、張拉數據、壓漿飽滿度、外觀等質量檢驗，安裝于相應橋梁2年以來混凝土外觀未見明顯裂紋，檢測揭示預應力損失也在可控范圍內，表明BIM技術在該項目大型預制裝配式橋梁工程應用中是成功的、質量可靠，可為同類項目提供經驗參考。

參考文獻

[1]洪磊.BIM技術在橋梁工程中的應用研究[D].西南交通大學，2012（10）：68-68.

[2]秦獻，王明路.基于BIM的橋梁智能化快速建模技術分析[J].市政技術，2021（8）：37-41.

[3]許海玲.橋梁工程BIM施工質量管理研究[D].云南大學，2021（6）：79-79.

[4]吳巨峰，祁江波，方黎君，等.基于BIM的橋梁全生命期管理技術及應用研究[J].世界橋梁，2020（7）：75-80.

[5]彭子茂.BIM技術在路橋施工全過程控制中的應用研究[J]. 江西建材，2017（4）：175-176.

[6]周光禹.基于BIM技術的裝配式結構設計方法研究[J].智能建筑與智慧城市，2021（11）37-38.