BIM技術在市政路橋施工中的應用

摘要 為充分發揮BIM技術數字化建模、協同設計和項目管理等優勢，提高市政路橋施工質量及效率，以山西省太原市某路橋工程為實例，文章分析了工程的重點和難點，闡述了BIM技術在市政路橋施工中的技術要點，并依托BIM技術實現了虛擬施工場景的建立及數字化建模。結果表明，該工程順利完工，質量達到驗收標準，未發生施工安全事故，具備良好的施工效益。

關鍵詞 市政工程；路橋施工；BIM技術；應用要點

中圖分類號 U442 文獻標識碼 B 文章編號 2096-8949（2024）13-0103-03

0 引言

市政路橋施工的高質量和高效率對于城市的建設與發展至關重要。BIM技術作為一種集成化的工具，借助于數字化建模、協同設計和項目管理等手段，為市政路橋施工提供更精確、高效和可持續的解決方案。因此，結合實際市政路橋工程案例，深入研究BIM技術在施工中的應用，對于推動市政工程建設的數字化轉型、提高工程質量和效率具有重要意義。

1 工程概況

山西省太原市某市政路橋工程全線長度為4.86 km，起始樁號為K0+000，終止樁號為K4+860。其中地面道路是城市的主干道，與多條城市道路相交錯，并有跨越河道的橋梁。該路橋工程中包含一高架橋工程的施工，橋梁主體結構為預應力混凝土連續梁，結構參數為50 m+80 m+50 m，其西引橋、東引橋均由預應力混凝土箱梁構成，結構分別為（30+3×32）m、（2×28+3×29）m。該橋梁南北兩幅以錯墩方式為布置方法，橋梁總面積為10 665 m2。通過對施工場地情況進行分析，結合工程工期情況，該路橋工程面臨諸多施工重難點。經多方研討決定，在施工中綜合運用BIM技術，以提高施工效率，具體工程案例分析如下。

2 分析工程重點和難點

2.1 施工場地高度限制

該市政橋梁的西側有橫跨橋面的500 kV高壓線，現狀高壓線距離地面的標高為3.5 m。經與電力部門溝通，該高壓線可在施工前將標高參數調整距離路面35.5 m，以減少對工程施工的影響。

2.2 對吊裝要求較高

為進一步提高施工效率，該工程橋梁施工擬采取懸臂掛籃施工技術。在南側橋墩和北側橋墩的位置分別對塔吊進行布設（TC5810），用于運輸施工材料和設備。吊裝半徑為55 m，可實現該橋梁主跨位置各節段的覆蓋施工。施工塔吊覆蓋區域如圖1所示。考慮該橋梁的東側和西側有南北方向布置的高壓線，在主墩西側的上方布置有500 kV高壓線，在主墩東側的斜上方規劃凈空高為32 m的220 kV高壓線，導致該橋梁在吊裝施工時面臨高度受限的問題[1]。與此同時，由于市政橋梁施工場地受限，現場無法利用大型履帶吊和汽車吊進行施工。施工過程雖規劃2臺塔吊輔助吊裝施工，但塔吊工作范圍存在重疊區域，影響吊裝施工的安全性。

2.3 具有復雜的交通情況

該市政路橋工程位于城市交通要塞，具有密集的交通網絡布局，周邊分布較多廠房，交通量大。受多種因素影響，在具體施工過程中對交通網絡規劃具有較高要求。因此，該工程決定利用BIM技術實現交通網絡的模擬布局，組織有序施工。

3 市政路橋工程中BIM技術的應用要點

3.1 建立施工圖BIM模型

由于該工程具有復雜的道路曲線建模，在調整橋梁高程等參數時需根據場地參數進行調整。因此，該工程選擇Revit+Dynamo+Civil 3D軟件，基于Revit+Dynamo實現參數設計和邏輯編輯，確保橋梁構件可結合場地實際情況建立模型。Revit+Dynamo+Civil 3D軟件體系在道路曲面建模方面的運用，有助于自動化處理圖紙參數和設計邏輯，并且可通過保存和修改節點快速生成模型[2]。綜合應用方案在提高建模效率的同時，可降低時間和人力成本的投入。

該工程使用Revit軟件對建筑模型進行細致地建模，包括各個構件的幾何信息、材質、參數等。例如，使用Dynamo軟件編寫腳本自動布置橋墩構件，根據設計規范和參數要求生成橋墩的幾何形狀和布置方式。與此同時，利用Civil 3D軟件，在建模過程中引入地形數據，進行地形分析和設計。將Revit和Dynamo軟件中的模型數據與Civil 3D軟件中的地形數據進行集成，以實現更全面的建模和分析。例如，在道路設計中，在Civil 3D軟件中拾取道路的路徑，通過Dynamo軟件將該路徑導入Revit軟件中進行建模，完成施工圖BIM模型的建立。實現橋墩構件布置、箱梁點位拾取、箱梁拼接、道路路線拾取等功能，為實際施工提供指導。

3.2 模擬施工場地布置

利用BIM系統的Revit軟件，對施工現場的實際情況進行可視化模擬。在具體應用中主要包括以下技術節點[3]：①導入現場數據：收集現場的實際情況數據，例如地形數據、建筑物輪廓等，將數據導入Revit軟件中。②建立項目模型：在Revit軟件中，根據現場數據和設計需求，創建項目模型，使用Revit軟件的建模工具繪制建筑物、道路、臨時設施等元素，并進行精確的尺寸定位。③添加臨建設施和施工用地：根據現場實際情況，在項目模型中添加臨建設施，例如施工辦公室、休息室、材料倉庫等；同時規劃施工用地，包括施工道路、鋼筋加工場和物料堆放區域等。④調整模型參數：根據實際情況，修改項目模型的建筑物外觀、位置和尺寸，并調整臨建設施和施工用地的布局。⑤生成模擬效果：在Revit軟件中，使用可視化工具生成真實場景的模擬效果，使用Revit軟件的動畫功能，展示施工過程和臨建設施的搭建過程。

依托BIM+GIS技術，將BIM模型與地理空間數據相互關聯，使用Infraworks和Google Earth，直觀展示工程模型在真實地理環境中的位置關系。將BIM模型與地圖數據進行融合，準確獲取并分析工程對其周邊環境的影響，從而輔助項目在場地布置選型時作出明智決策。

3.3 完成橋梁主體模型構建

該工程利用Revit軟件實現橋梁主體的參數化建模，通過定義和調整對象的參數創建模型，以便根據需求和設計的變化進行快速修改和更新。在橋梁主體模型構建時，使用Revit軟件的建模工具和參數化功能創建和編輯承臺、橋墩和管線，定義上述構件的幾何形狀、材料屬性、尺寸和連接關系等參數，模擬真實橋梁的幾何形態和結構性能。此外，Revit軟件還可實現荷載分析、風荷載分析和結構監控等。

3.4 路橋施工模擬優化

該工程具有復雜的預制構件，為保證施工效率，在相同時間內需有較多的機械設備一同運轉。受施工場地的限制，在橋梁構建施工過程中易出現結構碰撞風險。因此，基于BIM模型對塔吊的施工場景進行模擬，以實現三維動畫模擬。在機械設備縱向空間BIM模擬過程中，該工程利用BIM軟件，根據掛籃在橋面的標高參數、塔吊的高程參數等，對真實施工場景進行模擬，可細致地分析機械設備的運行狀態。

在市政路橋結構施工過程中，利用BIM技術模擬施工工藝。在BIM系統中安裝Phoenix FD流體模擬插件、RailClone參數化建模插件和ChaosVray渲染器等，導入或創建相關的建筑模型，包括懸臂結構和周圍環境。使用RailClone插件，在懸臂結構上創建參數化模型，根據實際情況對建模元素進行調整和修改。使用Phoenix FD流體模擬插件，創建流體容器模擬混凝土在施工過程中的流動行為[4]。設置流體的物理屬性，例如黏度、密度等，根據施工進度，逐步將混凝土添加到模板中。在時間軸上設定合適的動畫幀范圍和幀率，確定懸臂結構的起始和結束狀態，以及混凝土流動的起始和結束時間。將懸臂結構設置為動畫模式，并定義其運動軌跡，使用3Dsmax的動畫工具和插件進行設置。在流體模擬中，逐漸添加混凝土并觀察其流動效果，通過調整模擬參數和流體容器的外力（如重力和風速等）控制流動行為。

圖2所示為該工程掛籃拼接的BIM模型。根據測量好的軌道中心線，在合適位置上安裝掛籃行走軌道，并使用螺栓等固定設備將軌道牢固固定。然后對稱吊裝4片菱形桁架，確保桁架的安裝位置和姿態正確。安裝完成后，使用臨時支撐等方式進行臨時固定，以確保安全。使用精軋螺紋鋼吊桿進行上橫梁的吊裝，確保吊裝過程中的穩固性，在確認上橫梁安裝完畢后，再安裝下橫梁。將吊桿底部與掛籃底部前下橫梁進行連接，確保連接緊固可靠，再安裝吊裝底板的分配梁和底模板，并在底模板上安裝安全圍欄，以確保工作平臺的安全性。最后進行吊裝翼板（外側面板）下行走導梁和外模板的安裝，確保位置準確、穩固可靠，并且與其他部件緊密協調。使用混凝土塊對掛籃進行預壓，以增加掛籃的穩定性和承載能力。

在懸臂現澆段BIM模擬施工中，先進行底模和外模的校正，確保模板的位置和垂直度符合設計要求。在底模和外模校正后，開始綁扎底板和腹板的鋼筋，以增強混凝土結構的強度和承載能力。當底板和腹板的鋼筋綁扎完成后，安裝內模，保持混凝土的形狀和大小，防止其流動或改變。安裝好內模后，進行頂板鋼筋的綁扎，加固混凝土結構，安裝頂板波紋管，使混凝土可以均勻分布并實現收縮控制[5]。圖3所示為基于BIM技術的合龍段施工，通過施工模擬，確保市政橋梁合龍段施工符合設計要求，保證施工質量。

3.5 施工碰撞檢測

市政路橋項目的施工現場布局復雜，為了實現信息共享和協作，該項目使用Revit軟件構建信息共享平臺，實現建筑、結構、MEP等專業人員各自負責模型的創建，并通過鏈接功能將所有的BIM模型整合。不同專業的模型在同一平臺上進行協同工作和信息共享，為施工過程的協調和優化提供便利。使用Navisworks軟件對整合后的BIM模型進行綜合碰撞檢查，測試不同模型之間的碰撞和沖突，避免施工過程中出現錯誤和問題。基于BIM模擬，可以提前發現和解決潛在的沖突，確保項目能夠順利進行和完成。

該市政路橋項目，經BIM技術的碰撞檢測，存在8處雨水管與污水管的碰撞，以及26處管線與橋墩樁基的碰撞。針對上述沖突問題，由相關人員對施工設計方案進行修正，以確保施工方案的合理性，保證路橋施工的有序進行。

3.6 模擬現場交通組織

該項目現場具有交通組織復雜的現狀，對施工安全帶來一定影響。因此，利用BIM技術對現場交通情況進行模擬。首先，收集相關的交通數據，包括道路容量、交通流量、行車速度等，了解施工范圍內早晚高峰時段的交通狀況和擁堵情況。基于CAD平面路線規劃圖，使用Civil 3D軟件生成三維地形模型，準確反映現實的道路網絡和環境。然后，將修改后的三維地形模型導入3Dsmax軟件，根據交通數據和規劃圖，進行交通組織的動態模擬[6]。最后，觀察仿真結果，評估不同交通組織方案的效果，根據道路擁堵情況、行車速度等指標評估方案的優劣，并根據需要進行調整和優化。依托BIM技術進行有效的交通組織安排，減少周邊居民投訴和安全隱患，提高施工效率。同時，使用Civil 3D和3Dsmax等軟件進行三維地形模型的建立和交通仿真模擬，準確反映現實環境和模擬交通情況，為交通組織安排提供科學依據。

3.7 模擬路橋施工進度

為保證項目施工進展，該工程利用BIM技術對施工進度進行模擬。將施工進度計劃以Project等格式導入TimeLiner，進行施工進度的查看和管理。根據施工過程中各個階段的工期要求，對模型進行細化和拆分。按照進度順序，將模型進行分解，每個階段對應一個子模型，更清晰地呈現整個施工過程的不同階段。制作相應的工期節點，將拆分好的子模型與對應的工期節點進行連接，在BIM模型上可以準確顯示每個階段的工期要求以及相應的模型狀態。按照進度順序模擬BIM進度模型，直觀展示整個施工過程的進度安排，輔助協調和決策。

4 BIM技術在市政路橋工程中的應用成效

該項目基于BIM技術對工程的重點及難點進行了深入分析，建立了施工場景的模型構建，對主梁結構進行了參數化建模，并對重點施工工藝進行了模擬，實現施工過程三維可視化的展現，有效提高了施工效率，降低了施工安全風險。

5 結束語

BIM技術作為先進的信息化技術，為市政路橋施工在優化施工工藝、降低施工安全隱患等方面帶來諸多優勢和變革。隨著BIM技術的發展與運用，將進一步推進智慧工程的建設，實現對工程施工過程的實時監測和控制，提高施工安全性和效率。

參考文獻

[1]張松韜. BIM技術在市政路橋施工中的應用研究[J]. 石油化工建設， 2023（1）： 106-108.

[2]楊威. 探討BIM技術在市政路橋施工中的應用[J]. 科技創新導報， 2022（23）： 164-166.

[3]陳煌. BIM技術在市政路橋設計施工方面的應用淺析[J]. 磚瓦世界， 2021（14）： 99.

[4]馮偉軍. BIM技術在市政路橋施工中的應用[J]. 智能建筑與智慧城市， 2022（10）： 141-143.

[5]陳偉仁， 謝國華， 梁耀星. BIM技術在市政路橋施工中的應用[J]. 建筑機械， 2021（8）： 16-19.

[6]黃柳云， 宋少軍， 王建軍， 等. 基于CATIA的BIM技術在大跨度鋼管混凝土拱橋施工中應用研究[J]. 公路， 2019

（1）： 117-120.

收稿日期：2024-02-07

作者簡介：衛紅（1984—），男，本科，助理工程師，研究方向：道路與橋梁。