基于BIM的變截面橋體可視化施工技術應用研究

劉建偉(中交二公局第六工程有限公司，陜西西安 710075)

基于BIM的變截面橋體可視化施工技術應用研究

劉建偉
(中交二公局第六工程有限公司，陜西西安 710075)

隨著現(xiàn)代三維模擬技術的不斷發(fā)展，越來越多的模擬模型被運用到土木建設工程。BIM具有強大的可視化與信息集成的特點，逐漸成為橋梁建設中的重要工具。將BIM運用在變截面橋體可視化施工技術中，能提升對橋梁工程結構構件與施工臨時構件的把握，從而有效保證橋梁建筑的施工質量。本文以武漢某條橋體建設工程為例，詳細闡述了BIM在變截面橋體可視化施工技術的應用。

BIM；變截面橋體可視化；施工技術

引言

現(xiàn)如今對于橋梁的施工要求越來越高，其設計形狀、負荷強度相較于過去都有了很大的變化。變截面橋體施工技術也變得越來越發(fā)復雜，傳統(tǒng)的施工技術根本無法完成其要求。BIM又稱為建筑信息模型，是將所需要的建筑工程中的各項相關數(shù)據(jù)信息作為基礎的模型。運用BIM能是變截面橋體在可視化的情況下施工，有效提升了對施工質量的把控，減少了返工量，提升整個工程的工作效率。

1.BIM的特點

1.1 可視化

可視化技術對于橋梁建筑行業(yè)的作用是非常大的，它能將紙上的設計圖通過三維立體模擬技術直觀的展現(xiàn)人們眼前，不需要工作人員發(fā)揮自己的想象力去幫助理解。BIM不只是提供了一種“可視化”的角度，并即將橋體間構件形成互動性和反饋性也直觀的體現(xiàn)出來，讓整個施工的方案設計、技術選擇都有一個有利的依據(jù)支持。

1.2 協(xié)調(diào)性

BIM的協(xié)調(diào)性主要體現(xiàn)在對各種專業(yè)碰撞問題協(xié)調(diào)。橋體建筑是一項系統(tǒng)的、涉及專業(yè)廣泛的過程。在施工方案設計過程中，設計師因為種種原因沒有辦法進行詳細的溝通，對方案中所存在的問題也可以一時沒有覺察，待到施工時才發(fā)現(xiàn)。這時無論是修改方案，還是調(diào)整施工設計，都是一項不小的工程。BIM就完成能夠避免此類狀況。在施工方案設計之初，運用BIM建筑信息模型，可以對各專業(yè)的碰撞問題進行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，供各專業(yè)設計師參考。

1.3 模擬性

模擬性可以說是BIM最基本、也最為顯著的特點。BIM可以根據(jù)施工的組織設計要求模擬出實際施工的過程，從而更為合理的指導施工方案的設計。并運用其5D模擬系統(tǒng)，實現(xiàn)建筑成本的合理控制與后期緊急情況疏散。

1.4 優(yōu)化性

整個設計、施工與運營的過程可以看作是一個不斷優(yōu)化的過程。BIM能提供橋梁建筑優(yōu)化前與優(yōu)化后的實際數(shù)據(jù)，讓相關人員能有效把握整個施工計劃設計優(yōu)化的方向。BIM的優(yōu)化型主要體現(xiàn)在兩個方面，一是對項目方案的整體優(yōu)化；一是對建筑中的特殊部分優(yōu)化。

2.BIM在橋體施工中的應用的優(yōu)勢

2.1 提升關鍵施工技術的把控

BIM的3D技術能直觀、生動的模擬橋體施工過程，其是復雜的施工程序與特使的施工技術。不同于傳統(tǒng)平面的施工設計圖紙，BIM的圖紙能直接用于現(xiàn)場施工指導，且易于接受理解，使整個施工更加順利。BIM圖紙能從多個角度展現(xiàn)施工內(nèi)容與工序，并且與實際施工環(huán)境有著高度的統(tǒng)一。大幅度降低或避免施工人員對圖紙誤讀的幾率，減少了不必要的返工工作。

預應力鋼筋的排布合理是影響整個橋梁工程質量的關鍵所在。BIM能在施工前就對鋼筋、波管與預應力鋼筋的排布進行高效的模擬，并通過實驗模擬對其進行檢查，并優(yōu)化其排布方式[1]。加大了對預應力的質量把控，大幅度提升了工程的質量效果。而孔洞預留、凈距離檢查與特殊位置模板、手腳架放置方案這些繁瑣、復雜又對施工影響有著重要影響的程序，都可以通過BIM來進行高度模擬并找到最優(yōu)解決方案。

2.2 有效縮短施工的進度

梁橋施工是是一項系統(tǒng)的、動態(tài)化的過程。因施工過程復雜、施工程序繁瑣，因此其施工工期常，且長期占用城市空間，對周邊的影響較大。傳統(tǒng)的平面施工圖紙無法將施工技術、過程可視化，致使整體的施工管理低下，無法進行有效的進度管理。BIM模型運用現(xiàn)代先進的多維模擬技術，從多個視角模擬在現(xiàn)了施工過程與工序，在施工前就協(xié)調(diào)了各專業(yè)之間的矛盾，讓整個施工變得清晰直觀。及時的發(fā)現(xiàn)施工中存在的隱患及可能出現(xiàn)的問題，在施工前就對其進行有效的修改，避免了后期的返修，優(yōu)化了整個施工流程，提升施工的整體管理度，有效縮短的工期。

2.3 優(yōu)化施工現(xiàn)場布置

橋梁工程一般都是位于交通要塞或城市中心地段，施工場地有限，且對周圍影響大。因此合理的布置施工現(xiàn)場，能最大限度的降低對周圍環(huán)境的影響，提升對施工現(xiàn)場的利用率。傳統(tǒng)的平面設計圖紙只能大致標出施工周圍的環(huán)境與施工現(xiàn)場，無法對施工現(xiàn)場進行詳細全面的描繪。BIM模型能模擬出施工現(xiàn)場布置后的情況，通過其多維視覺的模擬管理技術，能有效的進行動態(tài)管理，實現(xiàn)優(yōu)化施工現(xiàn)場布置的目的。

其中最為重要的是對施工材料堆放與機械進出的路線安排。施工材料堆放位置的是否合理直接決定了其二次搬運的效果。當施工材料堆放過少，就會拖長施工工期，導致施工無法正常進行；若堆放材料過多，就會占用過程的施工現(xiàn)場，致使本就不夠充裕的施工場地變得更加擁擠、雜亂；若施工材料堆放的位置不合理，就需要進行二次搬運或多次搬運，如此就增加了整體的施工成本[2]。而機械基礎的路線不合理也會對正常施工產(chǎn)生一定的影響。應該用的機械不到位，或由于路線問題導致需要二次移動，期間也會才生不必要的施工成本。

3.BIM在變截面橋體可視化施工中的應用

3.1 工程概況

該橋梁位于武漢市黃埔街與金橋大道段，全長圍為250米，主跨長為142米，邊跨分為兩部分，一部分長42米，一部分長80米，該橋為獨塔雙索斜拉橋。主橋梁采用雙邊箱梁截面，主梁為變截面，左幅主梁寬寬度不變，但右幅主梁寬度發(fā)生線性變化。橋面的標準寬度為40.0米，變寬度有39米漸變?yōu)?9.99米，梁高為3.9米。主跨跨越12股鐵路線，每股鐵路線共分為21各節(jié)段；塔梁固結段主要采用支架澆筑法與掛籃懸臂澆筑法。

3.2 可視化施工模型的建立

本工程所使用的BIM軟件系統(tǒng)為“Autodesk Revit”、“Navisworks”等國內(nèi)最常使用的軟件[3]。這兩款然間都能夠構建非常復雜的建筑模型。根據(jù)軟件需求，我們將每一個建筑構件都看做是軟件所需要的“族”，并攝入相應的參數(shù)變化加載如項目文件中，讓系統(tǒng)自動構建出各個構建的空間關系與平面坐標位置。以同樣的方式建立施工模型。如此便可以構建出所需要的施工模型與建筑模型了。

3.3 可視化施工子模型的建立

整體的施工模型建立后，就需要以此為基礎，輸入相關的數(shù)據(jù)以構建個個施工的子模型。按照軟件建立模型的要求，鋼筋模型必須建立在鋼筋混凝土模型上面，因此只有在斜拉橋的各個緩凝土構建都建模之后才能建立起鋼筋模型。根據(jù)對工程概況分析，，可以了解到需要建立以下施工模型：

（1）場地模型：輸入該橋梁的具體位置與斜拉橋的52號墩、5352號墩、5452號墩與52號墩。

（2）結構模型：①群樁承臺：將各鉆孔樁、樁基的根數(shù)、長度與直徑全部輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)就會建立一個群樁承臺的參數(shù)，這個參數(shù)會直觀的現(xiàn)實灌注樁的根數(shù)、樁直徑、長度與承臺的尺寸，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動繪制相關的三維圖像。工程人員可以根據(jù)這些圖像計算出所需要的建設工人、材料、機械與大致的施工時間[4]。②墩柱與主塔：該橋梁工程中有三個邊墩柱，所以只需要建立一個墩柱群，在其下面設立三個不同類型即可。數(shù)據(jù)三個邊墩柱的實際參數(shù)，如高度、直徑便可以了。如相關的參數(shù)發(fā)生改變，BIM的參數(shù)也會自動改變。③箱梁：該橋梁工程是采用雙邊箱梁的形式，且箱梁的寬度呈線性變化。因為只是其主梁右幅截面寬度發(fā)生變化，因此其中兩個邊箱的寬度不會發(fā)生變化[5]。簡化建立變截面箱梁的建族，忽略箱梁定的雙向橫坡。在建立有箱梁模型是將一節(jié)箱梁分為左右兩幅，分別建族[6]。之后只需要輸入實際的數(shù)據(jù)便可。④拉索模型：因拉索是用專門的廠家直接生產(chǎn)，故可以不用建立非常精細的模型，其建立方式也是通過建族，輸入拉索的長度及具體坐標即可[7]。當其中某一個拉索的參數(shù)發(fā)生變化，只需要之間移動該拉索，并修改相關的數(shù)據(jù)參數(shù)即可。

（3）鋼筋模型：在施工土著的基礎上，運用建群及輸入?yún)?shù)的方式分別建立了灌注樁、承臺、墩柱、箱梁、箱梁與預應力管道的鋼筋模型，需要注意的是，變截面箱梁鋼筋與預應力感到的鋼筋模型要運用常規(guī)模型族的建立方式建立。該模型主要用于建設所需的鋼量計算，并對鋼筋材料下料進行指導，為之后的施工模擬與設計方案提供有力的支持。

結論

經(jīng)BIM運用在變截面橋體可視化施工技術中，能直觀的從多個視角感受施工過程與施工技術，提升對施工質量的把控，有效的縮短工期，降低整個工程的建設成本。BIM采用的多維視覺直觀生動的模型了施工過程，優(yōu)化了施工方案與設計，這是傳統(tǒng)的平面設計圖所不能比擬的。隨著BIM不斷的深入發(fā)展，其將成為現(xiàn)代橋梁建設中最為不可獲取的重要工具。

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