上跨在役鐵路橋梁施工BIM數(shù)字李生技術(shù)應(yīng)用

Abstract：Bridgeconstructionacrossexistinghighwaysorexistingrailwayshasgreaterconstructionsafetyrisksof itsown projectandtraffcsafetyrisksofexistingroads.Therefore，itispossbletousedigitaltechnologytosimulatesafetyriskin advancebeforeconstruction，andtakeefectivetechnicalmeasurestosolvethem.Toimprovetheintrinsicsafetyofconstruction projects.BIMtechnologyisaplidtoupperspanbridgeconstructionprojectstorealizesimulationandoptimizationofcostruction plans，integrationandcollborationofconstructioninfomationconstructionqualityandsafetymanagement，etc.Takingtheabove constructionprojectoftheShanghai-Jiangsu-ZhejiangBridgeastheresearchbackground，westudiedtheBM-baseddigitaltwin technologyforcoss-linbamconsructionThoughBMdigitaldigitalsimulationanalysisofheinstalationandconstructioof cross-linebeams，theconstructionenvironment，importantconstructionproceduresandsafetymanagementandcontrolpointsare pre-realized，andtheafetyeficiencyndrationaltyofresouealocationofprojectconstructionareealizedTheaplicatiof BIMtechnologyinthisprojectcan providereference for digitalsafetymanagementof similarroad-relatedprojects.

Keywords：overpass bridge;construction technology;BIMdigital twins;safetyrisk；technologyapplications

當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，交通量增長訴求要求道路加密設(shè)置，因此往往會上跨既有交通線路新建橋梁工程，而被跨道路因交通繁忙往往無法中斷交通進(jìn)行施工上跨橋梁項目。在新建橋梁施工過程中需嚴(yán)格控制橋梁施工安全隱患，并采取有效措施降低既有道路的交通安全風(fēng)險。上下交叉施工安全管理是一項復(fù)雜而重要的工作，已有多位工程技術(shù)人員對此展開了研究，如鄧小釗、劉昶對上跨既有橋梁新建高架橋安全防護(hù)及交通組織方案進(jìn)行了研究，該項目采用防護(hù)棚的防護(hù)方式，確保了所跨滬昆高速的交通安全，并采用遠(yuǎn)端分流方式減少了涉路段交通量。崔越超以鄭徐客專引入徐州東站應(yīng)急工程上跨京滬高鐵工程為背景，研究了上跨鐵路橋梁施工的主要安全防護(hù)措施。卓建培研究了上跨鐵路橋梁防護(hù)系統(tǒng)，并對防護(hù)體系的設(shè)計關(guān)鍵點及列車運營對施工安全影響進(jìn)行了計算分析。

隨著時代發(fā)展，各個行業(yè)領(lǐng)域都在向大數(shù)據(jù)、數(shù)字化發(fā)展。橋梁建設(shè)行業(yè)大力推進(jìn)BIM的發(fā)展應(yīng)用。如康斌基于BIM技術(shù)應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力橋梁施工監(jiān)控進(jìn)行了研究，并采用Midas對BIM模型與有限元模型耦合，研究了BIM技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)控的可視化、一體化和信息化。徐明星研究了借助BIM技術(shù)優(yōu)化預(yù)制梁生產(chǎn)，對其中的鋼筋加工、模板安裝、混凝土澆筑和預(yù)應(yīng)力張拉等方面進(jìn)行了細(xì)部研究。其他工程技術(shù)人員也對BIM技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程施工做了大量技術(shù)研究工作，為推動BIM應(yīng)用于橋梁工程作出了貢獻(xiàn)[10]

根據(jù)中鐵十五局集團(tuán)有限公司承建的如通蘇州至湖州城際鐵路上跨滬蘇湖特大橋的特點，結(jié)合BIM技術(shù)對該橋梁進(jìn)行數(shù)字化管理研究，以期實現(xiàn)該項目的數(shù)字化與安全性。

1工程概況

上跨滬蘇湖特大橋（ 40+60+40）m 連續(xù)梁位于湖州市南潯區(qū)馬腰村，梁全長為 139.8m ，計算跨度為（ 39.3+ ，線間距 4m ，中支點截面中心線處梁高 4m 跨中 2m 合龍段及邊跨 10.9m 直線段截面中心線處梁高 2.25m ，梁底下緣按圓曲線 R=216.946m 變化。邊支座中心線至梁端 0.6m ，梁縫分界線至梁端 0.10m 。邊支座橫橋向中心距 3.9m ，中支座橫橋向中心距 3.8m 全橋分35個梁段，中支點0號梁段長 11m ，一般梁段分成3.0、3.5m ，中跨合龍段長 2.0m ，邊跨現(xiàn)澆段長 8.9m ，邊跨合龍段長 2.0m ，最大懸臂澆筑塊 95.784t（A1，B1 節(jié)段）。

梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁。箱梁頂板厚度 40cm ，支點附近局部加厚到 60cm ;腹板厚度 45～

85cm ，邊支點局部加厚至 90cm ；底板厚度 47.5～70cm 圓曲線變化。腹板、頂板局部向內(nèi)側(cè)加厚均按直線線性變化。全聯(lián)在端支點、中支點處設(shè)置橫隔板，橫隔板設(shè)有孔洞，供檢查人員通過。橋面寬度：防護(hù)墻內(nèi)側(cè)凈寬7.7m ，橋梁寬 10.8m ，橋梁建筑總寬 11.1m 0

如東經(jīng)南通蘇州至湖州城際鐵路（南潯至長興段）上跨滬蘇湖特大橋23—26號墩為 40+60+40）m 連續(xù)梁，主跨上跨南潯大道。線路與南潯大道交角 101^° ，道路現(xiàn)狀為寬 25.5m ，通行凈空為 5m 。上跨滬蘇湖特大橋23—26號墩為矩形花瓶型實體墩，樁基為摩擦樁，樁長最長 67.5m ，上部結(jié)構(gòu)采用掛籃懸澆施工，主跨共15個節(jié)段，單側(cè)邊跨7個節(jié)段，邊跨現(xiàn)澆段 5m 長，合龍段 2m 。

依據(jù)施工場地總平面圖，搭建項目駐地、鋼筋加工廣、臨時材料堆場、加工區(qū)、辦公區(qū)、生活區(qū)和預(yù)制梁場等施工場地布置BIM模型（圖1）。

圖1施工場地布置BIM模型

2 施工期BIM應(yīng)用作用

2.1施工方案模擬與優(yōu)化

因上跨道路施工橋梁是復(fù)雜工程，利用BIM技術(shù)對施工全過程進(jìn)行模擬碰撞分析，優(yōu)化出合理的施工方案，減少資源浪費和成本。如可以模擬施工工序、施工設(shè)備的布置和使用等，提前發(fā)現(xiàn)施工中的潛在問題，并進(jìn)行優(yōu)化。在預(yù)制橋梁上部結(jié)構(gòu)施工中，基于BIM的施工方案智能模擬技術(shù)可以極大提高工作效率，為其他類似施工方案智能模擬搭建提供新思路。

2.2 施工信息集成與協(xié)同

通過BIM平臺，不同部門可以實時共享施工信息，提高協(xié)同效率，減少溝通成本。如在橋梁施工過程中，采用BIM技術(shù)可以實現(xiàn)工程信息共享與集成管理，統(tǒng)籌優(yōu)化管理，避免設(shè)計、制造和施工應(yīng)用系統(tǒng)之間的“信息斷層\"和\"信息孤島\"問題。

2.3施工質(zhì)量與安全管理

BIM技術(shù)可以對施工過程進(jìn)行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在風(fēng)險，確保施工安全。例如，通過BIM模型可以對施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)施工中的問題，并根據(jù)實際施工需求科學(xué)調(diào)整施工流程

3橋梁施工方案BIM構(gòu)建

3.1 總體施工方案

連續(xù)梁墩頂0號塊采用支架現(xiàn)澆，懸臂現(xiàn)澆段采用菱形掛籃對稱現(xiàn)澆施工。邊跨直線段利用鋼管柱支架法施工；中間合龍段采用吊架法封閉，采用掛籃施工。混凝王預(yù)壓塊在掛籃和支架施工前進(jìn)行堆放。當(dāng)梁截面混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求時，進(jìn)行縱向和豎向預(yù)應(yīng)力施工。按先側(cè)跨后中跨的合閘順序進(jìn)行施工，按要求完成體系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。

3.2施工過程BIM數(shù)字繪構(gòu)

新建上跨滬蘇湖特大橋橋梁主體結(jié)構(gòu)BIM模型搭建，包括上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、橋面系及附屬設(shè)施（橋面鋪裝、護(hù)欄、支座和排水系統(tǒng)等）和交安設(shè)施等，模型細(xì)度：LOD3.0）（圖2）。構(gòu)建2套BIM模型： ① 主梁不分節(jié)段整體BIM模型； ② 主梁劃分節(jié)段BIM模型。

圖2橋梁主體結(jié)構(gòu)BIM模型

3.2.124號墩、25號墩、0號塊現(xiàn)澆段支架

0號塊現(xiàn)澆支架為梁柱式支架。體內(nèi)固結(jié)形式：支架鋼管樁采用 φ630mm×8mm 圓鋼管，縱橋向橋墩兩側(cè)各設(shè)1排，橫向布置3根，橫橋向等間距布置，間距為 3.5m （主跨 50m 連續(xù)梁）或 3.2m （主跨 60m 或 70m 連續(xù)梁）;鋼管柱上方采用雙拼 I40a 型鋼做柱頂分配梁;柱頂分配梁上部采用 I32a （主跨 50m 連續(xù)梁）或 I36a （主跨 60m 或 70m 連續(xù)梁）縱向承重結(jié)構(gòu)，上方設(shè)置I10橫向小梁，然后上方縱向布置 100mm×100mm 方木，方木間距為200mm （底板兩側(cè)位置）或 300mm （底板中間位置），方木上部設(shè)置 15mm 厚竹膠板為模板面板，承受頂?shù)装寮案拱宸秶鷥?nèi)的作用，翼緣板范圍內(nèi)作用在 I32a （主跨50m 連續(xù)梁）或I36a（主跨 60m 或 70m 連續(xù)梁）型鋼上。支架焊縫采用滿焊，對焊等級為Ⅱ級，角焊等級為3級。

3.2.2邊跨23號墩、26號墩、現(xiàn)澆段支架

直線段采用梁柱式現(xiàn)澆支架，竹膠板規(guī)格為 15mm 方木規(guī)格為 100mm×100mm ，方木下方的采用I10型鋼，縱梁采用I36a型鋼，橫向分配梁為雙拼I45a型鋼，鋼管樁為 φ630mm×8mm ，承臺范圍內(nèi)鋼管樁與下部基礎(chǔ)采用預(yù)埋鋼板連接，樁間連接系為雙拼 ∠125mm× 12mm ，并且使用 2L125mm×12mm 連接鋼管樁與墩身，承臺之外基礎(chǔ)采用鋼管打入土中（圖3）。

圖3大型臨時結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備BIM模型

根據(jù)本工程的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合項目的實際情況，本橋采用菱形掛籃施工。掛籃由專業(yè)生產(chǎn)廠家加工而成，單邊掛籃加模板總重小于0.5倍最重節(jié)段。橋梁梁體施工采用菱形掛籃進(jìn)行對稱懸灌施工，外模板、底模板和主構(gòu)架一次走行到位（圖4）。

圖4連續(xù)梁懸臂澆筑掛籃BIM模型

邊跨現(xiàn)澆直線段采用梁柱式現(xiàn)澆支架，竹膠板規(guī)格為 15mm ，方木規(guī)格為 100mm×100mm ，方木下方的采用I10型鋼，縱梁采用 136a 型鋼，橫向分配梁為雙拼I45a型鋼，鋼管樁為 φ630mm×8mm ，承臺范圍內(nèi)鋼管樁與下部基礎(chǔ)采用預(yù)埋鋼板連接，樁間連接系為雙拼∠125mm×12mm ，并且使用 2L125mm×12mm 連接鋼管樁與墩身，承臺之外基礎(chǔ)采用鋼管打人土中（圖5）。

圖5邊跨現(xiàn)澆段臨時結(jié)構(gòu)

1）施工準(zhǔn)備。懸臂梁段澆筑完畢，清除箱頂、箱內(nèi)的施工材料、機(jī)具，用于合龍段施工的材料、設(shè)備有序放至墩頂。

合龍前測量高程、溫度，連續(xù)觀測時間不少于 48h 滿足正常施工溫度的條件下，合龍段混凝土澆筑時間應(yīng)在一天中溫度最低時段，并使混凝土澆筑后溫度開給緩慢上升為宜。

2）邊跨合龍段吊架及模板安裝。邊跨合龍段采用掛籃底模系統(tǒng)形成吊架進(jìn)行施工。吊架利用在已澆筑砼頂板和底板預(yù)留孔洞， $＼$ 32$ 精軋螺紋鋼為吊桿，前移掛籃模板至邊跨現(xiàn)澆段，利用原掛籃底模與側(cè)模作為合龍段的模板。

3）邊跨合龍鎖定。合龍前使合龍段兩端懸臂端臨時連接，盡可能保持相對固定，以防止合龍段混凝土在澆筑及早期硬化過程中產(chǎn)生裂縫。勁性骨架采用 32a 槽鋼，與預(yù)埋鋼板四周滿焊，綴板四周與槽鋼滿焊，焊縫高 度不小于 8mm 。邊跨合龍模型如圖6所示。

3.2.3 中跨合龍施工

1）中跨合龍段吊架及模板安裝。中跨合龍段施工應(yīng)在跨兩側(cè)截流段施工完成后進(jìn)行。在中跨合龍段施工前，應(yīng)拆除側(cè)跨直段的支撐，拆除側(cè)墩支撐的水平約束，確保連續(xù)梁體系處于無約束的自由狀態(tài)。

中跨閉合段的構(gòu)造采用吊籃底模和側(cè)模。施工前應(yīng)將一側(cè)吊籃主桁架移至橋墩附近拆除。吊籃的另一側(cè)向前移動并錨固，底部和側(cè)面模具懸掛在箱梁的混凝土上。側(cè)模向前移動，錨定在相鄰兩段的混凝土箱梁上。底部模具和側(cè)面模具放松，落在滑塊上。綁扎鋼筋，設(shè)置內(nèi)模支架，安裝內(nèi)模，用拉桿固定。

2）中跨合龍鎖定。合龍前使合龍段兩端懸臂端臨時連接，盡可能保持相對固定，以防止合龍段混凝土在澆筑及早期硬化過程中產(chǎn)生明裂縫。合龍前除T構(gòu)\"懸臂端按平衡要求設(shè)置平衡重外，如施工控制有要求時還將對合龍段處采取調(diào)整措施。合龍段支撐勁性鋼骨架施工及臨時預(yù)應(yīng)力束張拉施工與邊跨合龍段施工相同。

3）中跨合龍配重設(shè)置。合龍段澆筑前對懸臂梁兩端進(jìn)行水箱配重穩(wěn)定懸臂，單側(cè)配重為合龍段混凝土重量的1/2，水箱重心距懸臂外端部 1m 。

為保證合龍段始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，合龍段混凝土澆筑過程中，按新澆筑混凝土的重量分級卸去平衡重（采用水箱放水的方法），保證平衡施工。

4）中跨合龍混凝土澆筑。合龍段混凝土采用C55補(bǔ)償收縮混凝土。合龍段混凝土選擇在一天中氣溫最低時進(jìn)行澆筑，保證合龍段新澆筑混凝土處于氣溫上升的環(huán)境中，在受壓的狀態(tài)下達(dá)到終凝，以防混凝土開裂，混凝土的澆筑速度要迅速且持續(xù)。

中跨合龍段臨時結(jié)構(gòu)BIM組合模型（圖7），包括：內(nèi)模 ?+ 外模+鋼筋。

圖7中跨合龍模型

4應(yīng)用效果

1）搭建BIM三維模型，實現(xiàn)跨滬蘇湖特大橋上跨被交道路南潯大道施工三維可視化效果。

2）運用BIM虛擬施工模擬，獲得可行的最優(yōu)施工方案，實現(xiàn)全流程重難點施工工藝及工序可視化。

3）提前預(yù)知施工過程將遇到的“錯漏碰缺\"問題，優(yōu)化施工方案，提供虛擬施工作業(yè)指導(dǎo)，提高施工安全管理技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧小釗，劉昶.上跨在役高速橋梁施工安全防護(hù)及交通組織設(shè)計探討[J].西部交通科技，2020（6）：54-57.

[2]崔越超.上跨既有高速鐵路橋梁施工關(guān)鍵技術(shù)[J].鐵道建筑，2017（4）：34-36.

[3]卓建培.市政道路上跨鐵路橋梁防護(hù)體系設(shè)計及施工[J城市道橋與防洪，2022（4）：141-143.

[4]康斌.基于BIM的大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工監(jiān)測研究[D]湘潭：湖南科技大學(xué)，2023.

[5]徐明星.BIM技術(shù)在大型預(yù)制裝配式橋梁工程施工中的運用[J]交通科技與管理，2024，5（21）：82-84.

[秦曉飛.跨河橋梁施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J]交通世界，2024（25）：124-126.

[7]甕雪冬，朱祝府，林江，等.基于數(shù)字孿生技術(shù)的大型交通樞紐綠色施工管理方法研究[J]建筑技術(shù)，2024，55（20）：2524-2528.

[8]衡江峰，高進(jìn)進(jìn)，張谷雨.基于BIM的橋梁工程設(shè)計與施工優(yōu)化研究[J].工程與建設(shè)，2023，37（4）：1106-1108

[9]郭聚富，任有保.BIM技術(shù)在跨海大橋設(shè)計與施工中的應(yīng)用研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2023（5）：85-89.

[10]楊婧雯.基于BIM與數(shù)值仿真的道路下穿高鐵橋梁施工影響分析[D]南昌：.華東交通大學(xué)，2023.