BIM技術(shù)在培森柳江特大橋施工中的應(yīng)用研究

中圖分類號：U446.2 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.WCcst.2025.04.022

文章編號：1673-4874（2025）04-0077-04

0 引言

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）作為土木工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)，通過三維協(xié)同設(shè)計、全生命周期數(shù)據(jù)集成及施工工藝優(yōu)化，能顯著提升復(fù)雜橋梁的建造效率。然而，現(xiàn)有研究多聚焦于常規(guī)橋型的BIM應(yīng)用，針對大跨徑復(fù)雜橋梁施工中的BIM應(yīng)用研究仍有不足，主要包括以下幾方面：（1）跨平臺數(shù)據(jù)交換標準缺失導(dǎo)致模型復(fù)用率低；（2）復(fù)雜地質(zhì)條件下模型與施工協(xié)同性不足；（3關(guān)鍵工序缺乏BIM深度集成，制約施工效率。

針對上述問題，本文以培森柳江特大橋為工程載體，提出了一種適用于大型橋梁BIM應(yīng)用的施工方法。通過構(gòu)建適配復(fù)雜橋梁結(jié)構(gòu)的項目級BIM標準、研發(fā)參數(shù)化建模方法、創(chuàng)新關(guān)鍵工序BIM驅(qū)動工藝，實現(xiàn)復(fù)雜橋梁的高效建造與智能管理，并驗證技術(shù)體系的普適性價值。全文從標準體系構(gòu)建、模型快速創(chuàng)建、施工中創(chuàng)新應(yīng)用三方面展開論述，為同類工程提供可復(fù)用的數(shù)字化建造模式。

1工程概況

培森柳江特大橋長2578.9m、寬29m，設(shè)計跨徑為15×40m+（145+280+145）m+35×40m， 主橋為雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋（見圖1），引橋為先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋；主橋上構(gòu)為單箱三室直腹板變截面箱梁，頂板寬29m，底板寬 20m ，兩側(cè)翼板懸臂為4.5m（見圖2）；主塔高 50m ，主墩為單箱雙室空心薄壁墩。大橋施工面臨以下技術(shù)難點：（1）橋位處于復(fù)雜巖溶及強透水卵漂石層區(qū)，樁基與大體積承臺施工困難；（2）主橋為寬幅大跨徑多節(jié)段懸澆箱梁，施工效率低、鋼筋定位安裝難度大；（3）全橋跨徑長、體量大，協(xié)同管理難。針對上述問題，項目積極采用BIM技術(shù)輔助大橋建設(shè)，以求解決施工中的技術(shù)難題，提高大橋施工效率。

圖1培森柳江特大橋總體布置示意圖

圖2培森柳江特大橋主箱梁斷面布置示意圖

2 BIM標準體系的構(gòu)建

2.1BIM技術(shù)實施方案

項目前期，結(jié)合工程特點明確BIM應(yīng)用目標，根據(jù)項目需求制定BIM實施計劃，確定項目建模標準和編碼規(guī)則，評估項目建模工作量，根據(jù)工作量大小合理安排人員進行結(jié)構(gòu)建模和參數(shù)錄入。依托模型成果，結(jié)合現(xiàn)場情況進行信息協(xié)同應(yīng)用，開發(fā)部署信息化管理系統(tǒng)，對項目進行信息化平臺管理。此外，依托模型成果探索BIM在綠色施工及數(shù)字孿生1等相關(guān)方面的應(yīng)用，最大限度地提高BIM在施工階段的實施效益。BIM應(yīng)用實施流程見圖3。

圖3BIM應(yīng)用實施流程圖

2.2項目級標準的建立

信息化模型的成功應(yīng)用離不開標準體系的完善。近年來，多部BIM標準陸續(xù)發(fā)布，使BIM標準體系有所完善，但針對公路設(shè)施及大型橋梁的相關(guān)標準仍不夠全面，這就導(dǎo)致公路行業(yè)BIM信息化、數(shù)字化模型成果的應(yīng)用不夠標準化，傳遞銜接不夠緊密。基于國家和行業(yè)標準規(guī)范要求，制定項目級BIM標準體系，以更好地為公路橋梁設(shè)施信息化成果的應(yīng)用服務(wù)。

2.2.1分類編碼標準

為保證構(gòu)件信息具有唯一可識別性，對項目構(gòu)件進行信息分類和編碼，幫助管理人員快速精準定位其相關(guān)參數(shù)，并將這些參數(shù)應(yīng)用到下一施工階段。分類編碼標準的建立，可以有效保證構(gòu)件模型信息的快速傳遞[2]。該項目模型分類編碼按國家標準《建筑信息模型分類和編碼標準》（GB/T51269一2017）和行業(yè)標準《公路工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》（JTG/T2420一2021）的規(guī)定進行，當國家和行業(yè)標準不能完全覆蓋相關(guān)內(nèi)容時，在原有基礎(chǔ)上進行適當擴展和補充，以滿足實際需求。

2.2.2數(shù)據(jù)儲存交換標準

為保證不同軟件之間數(shù)據(jù)的有效儲存和交換，必須確定一個可以統(tǒng)一描述模型儲存交換的格式標準，此標準能夠準確描述項目全生命周期內(nèi)各階段所覆蓋的信息情況，通過統(tǒng)一的格式標準來滿足不同軟件、不同系統(tǒng)之間模型成果的兼容性，從而降低數(shù)據(jù)傳遞的損耗，提高信息數(shù)據(jù)的共享和傳遞。該項目級數(shù)據(jù)儲存交換標準主要按照數(shù)據(jù)交換標準（IndustryFoundationClasses，IFC）3來擴展制定，解決了不同環(huán)境、不同用戶之間的數(shù)據(jù)交換和共享問題，同時也保證不同場景下數(shù)據(jù)的完整性、有效性、一致性、規(guī)范性和開放性。該標準既滿足了數(shù)據(jù)的交換，又滿足了數(shù)據(jù)的儲存。

2.2.3信息模型交付標準

信息數(shù)字化交付是對傳統(tǒng)紙質(zhì)交付模式的革新，可以使建設(shè)與運維階段數(shù)字信息銜接更加便捷，方便運營單位進行有效的管理。因此，對交付的數(shù)字化成果制定一個合理交付標準十分重要，可以達到信息成果的有效傳遞和使用。該項目級交付標準是依據(jù)國際數(shù)據(jù)管理標準（InformatioDeliveryManual，IDM）來擴展制定的，包括數(shù)字化工程文件的交付、模型成果的交付和平臺應(yīng)用成果的交付，保證了模型數(shù)據(jù)信息后期使用的完整性，明確施工階段BIM交付成果的具體內(nèi)容。

3 BIM模型的快速創(chuàng)建

3.1地質(zhì)模型的創(chuàng)建

大橋樁基處于強巖溶發(fā)育地質(zhì)，存在多層溶洞，地質(zhì)情況十分復(fù)雜，技術(shù)團隊采用EarthVolumetricStudio（EVS）軟件進行三維地質(zhì)模型的創(chuàng)建和模擬分析（圖4），通過對模型進行剖切，實現(xiàn)對巖溶孔洞的精細化展示；基于地質(zhì)模型的橋梁樁基施工分析，可以形象展示樁基附近巖溶孔洞情況，為樁基施工提供合理的施工方案和技術(shù)指導(dǎo)，大大提高樁基的施工效率和質(zhì)量；地質(zhì)模型還可以精準判斷主墩樁位巖溶及其填充物種類、分布情況，為復(fù)雜地質(zhì)下的樁基施工提供精準超前預(yù)報。

圖4三維地質(zhì)模型創(chuàng)建和模擬分析示意圖

3.2地形模型的創(chuàng)建

技術(shù)團隊通過無人機對項目范圍內(nèi)地形進行三維航拍，完成施工區(qū)域地形數(shù)據(jù)的收集，整理得到帶有地理坐標信息的數(shù)字地形文件，采用實景建模軟件ContextCapture進行數(shù)據(jù)篩選處理，生成地形模型（圖5）[4]。對工程范圍內(nèi)臨時便道、沿線地表進行特定寬幅的高精度傾斜攝影，建立項目全線實景模型并導(dǎo)入項目BIM模型，完成三維設(shè)計環(huán)境的搭建，為項目前期建設(shè)提供三維可視的數(shù)據(jù)支撐，輔助進行施工場站的選址、施工便道的設(shè)計，為項目建設(shè)節(jié)省成本，提高效率。

圖5三維地形模型圖

3.3橋梁結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建

目前橋梁模型的創(chuàng)建主要為手動輸入創(chuàng)建，此方式建模效率低、模型精度和質(zhì)量都難以保證。因此，該項目采用一種基于“Revit + Dynamo”的參數(shù)化建模方法來進行大橋模型創(chuàng)建[5]。利用Dynamo軟件的可視化編程技術(shù)，建立大橋下構(gòu)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型，模型構(gòu)件的各種截面尺寸都可以根據(jù)實際情況利用參數(shù)進行實時調(diào)整。該方法可以實現(xiàn)橋梁BIM模型的快速批量創(chuàng)建、修改、信息批量導(dǎo)入，并且保證模型的高精度，同時腳本具有一定的通用性。

4基于BIM技術(shù)的施工應(yīng)用

4.1基于BIM的復(fù)雜巖溶樁基精準研判及成孔技術(shù)

針對厚卵漂石層與強發(fā)育巖溶復(fù)合地質(zhì)的樁基施工難題，項目團隊創(chuàng)新提出“地震波 CT⁺ 多功能地質(zhì)鉆探 + BIM三維建模\"集成技術(shù)。通過地震波CT掃描與高精度地質(zhì)鉆探獲取巖溶分布數(shù)據(jù)，結(jié)合BIM技術(shù)構(gòu)建三維地質(zhì)模型，精準定位橋墩樁位地下溶洞形態(tài)、填充物性質(zhì)及巖層構(gòu)造。同步引入大直徑全套管全回轉(zhuǎn)鉆機成套設(shè)備，動態(tài)優(yōu)化成孔路徑與護壁工藝，解決巖溶區(qū)樁基塌孔、偏位等難題。該技術(shù)應(yīng)用后，樁基成孔合格率提升 30% ，節(jié)約工期93 d。

4.2基于BIM技術(shù)的堰模一體鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對強透水卵漂石層下大體積埋置式承臺施工困難的問題，項目團隊開展了基于BIM的外圍穩(wěn)固、內(nèi)部零干擾堰模一體鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過三維參數(shù)化建模（圖6），動態(tài)模擬封底、抽水及澆筑工況，優(yōu)化圍堰拼裝順序與止水構(gòu)造，實現(xiàn)圍堰系統(tǒng)與模板體系同步集成、鋼筋無干涉精準定位及承臺尺寸誤差 ?10mm 的施工目標。該技術(shù)突破傳統(tǒng)鋼圍堰汛期下沉作業(yè)的高風險瓶頸，施工周期壓縮30d，綜合成本降低 25% ，為復(fù)雜地質(zhì)水文條件下的大體積承臺施工提供了創(chuàng)新解決方案。

圖6基于BIM技術(shù)的堰模一體鋼圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計流程圖

4.3基于BIM的裝配式主箱梁內(nèi)模吊架設(shè)計

針對主橋大跨箱梁懸澆節(jié)段多、施工效率低的難題，項目團隊開展了基于BIM技術(shù)的裝配式主箱梁內(nèi)模吊架設(shè)計。通過參數(shù)化設(shè)計構(gòu)建標準化、輕量化、模塊化的吊架體系，實現(xiàn)模板拼裝效率提升 40% ；同步創(chuàng)新了掛籃模板施工系統(tǒng)，采用裝配式內(nèi)模吊架替代傳統(tǒng)鋼管支架，減少支架搭拆時間 50% 。該技術(shù)的應(yīng)用共節(jié)省橋梁上構(gòu)工期69d，降低成本207萬元，解決了大跨箱梁多節(jié)段同步施工的精度與效率矛盾，為同類工程提供了可復(fù)用的工業(yè)化解決方案。

4.4基于BIM的箱梁鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋精準定位安裝技術(shù)

針對寬幅箱梁鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋精準定位安裝難，箱梁腹板裂縫控制難的問題，技術(shù)團隊研發(fā)基于BIM的鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋精準定位安裝技術(shù)（圖7），采用BIM技術(shù)進行箱梁鋼筋定位架設(shè)計，解決了鋼筋安裝中位置沖突的問題，保證了鋼筋的安裝質(zhì)量，提高了鋼筋的安裝效率。此技術(shù)大幅提升了箱梁施工品質(zhì)，施工完成后的主箱梁腹板沒有出現(xiàn)任何裂縫，成功解決以往連續(xù)剛構(gòu)橋腹板容易開裂的問題。

4.5 BIM+GIS數(shù)字協(xié)同管控

針對大橋整體協(xié)調(diào)管理難的問題，團隊自主研發(fā)BIM+GIS信息管理系統(tǒng)，以BIM模型為管理框架，整合施工階段所需的各類資源，將項目的進度管理、質(zhì)量管理、安全管理、技術(shù)管理、監(jiān)測管理等模塊融合到一個平臺，通過科學(xué)的歸類方法和三維的人機界面，使項目管理人員能更方便地完成整個項目的智能監(jiān)控化管理。同時還開發(fā)基于BIM的數(shù)字梁場管理系統(tǒng)，通過實時記錄預(yù)制梁生產(chǎn)過程中的各項數(shù)據(jù)，實現(xiàn)預(yù)制梁從計劃、下料、出庫和架設(shè)全過程可追溯。

圖7基于BIM技術(shù)的箱梁鋼筋與預(yù)應(yīng)力精準定位安裝技術(shù)流程圖

5結(jié)語

本文通過在培森柳江特大橋施工中的BIM應(yīng)用，系統(tǒng)構(gòu)建了BIM技術(shù)應(yīng)用體系，通過項目級標準制定、模型參數(shù)化建立及施工過程綜合應(yīng)用，實現(xiàn)大跨徑復(fù)雜橋梁的快速、品質(zhì)、綠色建造。

（1）實現(xiàn)大跨徑復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁的快速建造。首創(chuàng)\"BIM + 地質(zhì)勘探\"融合技術(shù)，巖溶樁基成孔合格率提升30% ，累計節(jié)約工期93d；研發(fā)裝配式內(nèi)模吊架結(jié)構(gòu)，模板拼裝效率提升 40% ，綜合降本207萬元，突破大跨徑橋梁快速施工瓶頸。

（2）實現(xiàn)大跨徑復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁品質(zhì)建造。基于BIM的箱梁鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋精準定位安裝技術(shù)，實現(xiàn)鋼筋保護層合格率 295% 、全橋腹板零可見裂縫，解決寬幅箱梁施工質(zhì)量通病，形成薄壁混凝土結(jié)構(gòu)精細化施工范式。

（3）實現(xiàn)大跨徑復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁綠色智能管理突破。自主研發(fā)BIM+GIS數(shù)字孿生平臺，集成進度、質(zhì)量、安全多維度智能監(jiān)控，施工碳排放降低 15% ；通過“堰模一體圍堰優(yōu)化\"“無支架裝配工藝\"等技術(shù)，減少臨時材料用量30% ，推動橋梁工程向低碳化、工業(yè)化轉(zhuǎn)型。

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收稿日期：2025-01-07