BIM技術(shù)在永川長(zhǎng)江大橋施工中的應(yīng)用研究

史瑞英， 賀洪波， 張現(xiàn)林

(1. 河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)系，河北 石家莊 050000；2. 中交一公局廈門(mén)工程有限公司，福建 廈門(mén) 361021；3. 河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，河北 石家莊 050000)

BIM技術(shù)在永川長(zhǎng)江大橋施工中的應(yīng)用研究

史瑞英1， 賀洪波2， 張現(xiàn)林3

(1. 河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)系，河北 石家莊 050000；2. 中交一公局廈門(mén)工程有限公司，福建 廈門(mén) 361021；3. 河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，河北 石家莊 050000)

隨著國(guó)內(nèi)建筑業(yè)BIM技術(shù)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，橋梁工程作為一種特殊的建筑，也應(yīng)充分享受新的生產(chǎn)模式帶來(lái)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益的提高。以BIM技術(shù)在重慶永川長(zhǎng)江公路大橋施工中應(yīng)用為例，分析 BIM 技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用過(guò)程以及創(chuàng)造的價(jià)值，進(jìn)一步研究BIM技術(shù)如何在橋梁工程中發(fā)揮更有力的作用。

BIM技術(shù)；橋梁工程施工

建筑業(yè)信息化概念是 1975年由美國(guó)首次提出，但當(dāng)時(shí)受制于技術(shù)未能實(shí)現(xiàn)。我國(guó)在2003年由建設(shè)部頒布了《2003–2008年全國(guó)建筑業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》，指出我國(guó)要運(yùn)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)跨越式發(fā)展。2008年參與“水立方”建設(shè)的建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術(shù)開(kāi)啟了我國(guó)建筑業(yè)從自動(dòng)化到信息化的轉(zhuǎn)變，并且向低能耗、低污染、可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。橋梁工程作為一種特殊的建筑，也應(yīng)充分把握信息化技術(shù)帶給行業(yè)的變革時(shí)機(jī)，享受新的生產(chǎn)模式帶來(lái)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益的提高。

1 永川長(zhǎng)江公路大橋項(xiàng)目背景

重慶永川長(zhǎng)江公路大橋，經(jīng)跨長(zhǎng)江，其主跨為

608 m的雙塔雙索面混合梁斜拉橋，全長(zhǎng)1 008 m，兩岸塔高分別為196.7 m和207.4 m，由76對(duì)斜拉鋼索拉托橋面。該橋梁的索塔是由塔柱、橫梁組成的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，主梁中跨采用PK斷面鋼箱梁，邊跨采用同外形的PK混凝土梁。橋梁施工中主要以預(yù)制構(gòu)件為主，其運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后進(jìn)行拼裝、焊接、螺栓連接及相關(guān)作業(yè)，因此對(duì)構(gòu)件的尺寸設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的要求較高，如果生產(chǎn)的構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)不符，只能重新生產(chǎn)，這樣不僅影響施工進(jìn)度，也會(huì)大大增加施工過(guò)程的成本。為保證其施工的順利進(jìn)行，此項(xiàng)目采用了BIM技術(shù)作為輔助管理，對(duì)橋梁的二維圖紙進(jìn)行三維模型搭建進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計(jì)，運(yùn)用三維模型進(jìn)行施工過(guò)程模擬及施工工序的合理安排。

2 BIM模型搭建及設(shè)計(jì)優(yōu)化

本項(xiàng)目中，首先根據(jù)工程項(xiàng)目組提供的設(shè)計(jì)圖紙由建模師應(yīng)用 Autodesk Revit軟件進(jìn)行模型的搭建，并且在建模的過(guò)程中對(duì)各個(gè)構(gòu)件添加相應(yīng)的參數(shù)與信息，這樣一方面可以檢測(cè)在構(gòu)件中配筋、鏈接件的沖突問(wèn)題，另一方面也可以為施工模擬提供模型支持。

2.1 基于設(shè)計(jì)圖紙的模型參數(shù)化、信息化設(shè)計(jì)

在應(yīng)用Revit軟件搭建橋梁模型時(shí)，“族”的作用較為突出。永川長(zhǎng)江大橋全橋共11種不同型號(hào)斜拉索，如果采用傳統(tǒng)CAD三維建模，需要先完成一個(gè)型號(hào)的拉索，再以該模型為基礎(chǔ)通過(guò)復(fù)制、修改、縮放等操作逐一創(chuàng)建其他型號(hào)。在使用Revit時(shí)，利用族工具，通過(guò)設(shè)置參數(shù)及關(guān)聯(lián)，創(chuàng)建一個(gè)基本拉索樣板，在其屬性信息中設(shè)置參數(shù)值，并進(jìn)行修改便可實(shí)現(xiàn)所有型號(hào)斜拉索的創(chuàng)建。如果后期還需對(duì)拉索的結(jié)構(gòu)或材質(zhì)等進(jìn)行修改，也無(wú)需逐個(gè)編輯，只需對(duì)族文件中的樣例編輯，該項(xiàng)目中所有運(yùn)用該修改族的構(gòu)件將全部自動(dòng)更新，圖 1顯示的就是一個(gè)參數(shù)化、信息化的斜拉索的族庫(kù)。

圖1 參數(shù)化、信息化斜拉索族庫(kù)

2.2 碰撞檢查與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的檢測(cè)

對(duì)于這樣一座規(guī)模龐大的橋梁工程，其設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的，為了滿足現(xiàn)實(shí)中結(jié)構(gòu)的需要，需涉及大量的構(gòu)件，特別是構(gòu)件的連接處。在傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)中，這些問(wèn)題主要依靠設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)在基于二維的圖紙上進(jìn)行檢測(cè)，由于工程項(xiàng)目的復(fù)雜性，僅靠設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)是很難一一檢測(cè)出圖紙中出現(xiàn)的大量問(wèn)題。橋梁的三維BIM模型，其組成的各個(gè)構(gòu)件都具有相應(yīng)的工程參數(shù)，可以使用各種參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)三維模型。該斜拉橋結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、施工預(yù)埋件多，在設(shè)計(jì)中極易出現(xiàn)沖突問(wèn)題，常遇到索導(dǎo)管、預(yù)應(yīng)力管道、預(yù)埋件等空間位置碰撞，因此首先基于搭建的模型進(jìn)行碰撞模擬檢測(cè)(圖2)，用來(lái)分析設(shè)計(jì)中存在的缺陷，以便提前作出處理[1]。根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)，碰撞檢測(cè)主要包括整體橋梁的檢測(cè)和部分構(gòu)件間的檢測(cè)。檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單方便，即在Navisworks(BIM軟件)導(dǎo)入搭建的模型，該軟件自動(dòng)生成碰撞檢查分析。在碰撞檢查完成后，系統(tǒng)可自動(dòng)顯示有碰撞沖突的構(gòu)件或?qū)ο蟛⑸膳鲎矝_突報(bào)告。在施工前，施工方將這些需要變更的構(gòu)件，通過(guò)與設(shè)計(jì)方的溝通進(jìn)行解決，因此減少了在施工階段的材料、人工費(fèi)的損失，也節(jié)省了施工的時(shí)間。

圖2 碰撞檢查模型圖

2.3 可出圖性

在應(yīng)用Revit軟件建模過(guò)程中，模型中包含著豐富的非圖形數(shù)據(jù)信息。在三維模型形成的同時(shí)，二維的平、立、剖圖形也自動(dòng)生成，建模人員可以根據(jù)需要在任何時(shí)候生成任意視圖，并且這些圖形互相關(guān)聯(lián)，一處修改，處處修改，避免了傳統(tǒng)施工圖繪制中經(jīng)常出現(xiàn)的上下結(jié)構(gòu)類型或者尺寸對(duì)應(yīng)不上的問(wèn)題。并且生成的文件支持CAD格式的導(dǎo)入與導(dǎo)出。因此，利用 Revit的可出圖性，在進(jìn)行鋼棧橋、箱梁鋼管支架等大型臨時(shí)結(jié)構(gòu)建模后，可隨時(shí)導(dǎo)出二維圖紙與設(shè)計(jì)院二維圖紙進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示。

圖3 邊跨箱梁結(jié)構(gòu)圖

3 基于BIM技術(shù)的施工管理優(yōu)化

橋梁的施工是一個(gè)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的過(guò)程，隨著橋梁工程施工進(jìn)度不斷地推進(jìn)，工程的規(guī)模也在擴(kuò)大，其復(fù)雜程度也在不斷地提高，這意味著施工項(xiàng)目管理的難度也會(huì)越來(lái)越大。目前的橋梁施工進(jìn)度計(jì)劃都使用甘特圖，主要用數(shù)字與文字來(lái)表達(dá)，缺少圖形的可視化，這將導(dǎo)致施工人員無(wú)法清晰地了解施工的進(jìn)度及各種構(gòu)件之間復(fù)雜的關(guān)系。本項(xiàng)目將 BIM 模型與甘特圖導(dǎo)入到軟件Naviswork中，建立一個(gè)4D的施工模擬過(guò)程，該施工模擬過(guò)程可以直觀、精確地反應(yīng)出整個(gè)橋梁施工的過(guò)程，如圖4所示。

圖4 4D施工模擬過(guò)程

3.1 施工過(guò)程的模擬與優(yōu)化

本項(xiàng)目中，施工人員利用BIM技術(shù)搭建的橋梁模型與施工進(jìn)度表相結(jié)合，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的模擬，由項(xiàng)目管理人員與BIM建模師共同發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中主要基于項(xiàng)目人員的建議調(diào)整施工過(guò)程，更新BIM模型，直到最后獲得項(xiàng)目人員認(rèn)可的施工工序，其過(guò)程如圖5所示。

圖5 基于BIM技術(shù)的橋梁施工優(yōu)化過(guò)程[2]

例如在斜拉橋鋼箱梁合龍施工的整個(gè)過(guò)程(包括橋面吊機(jī)、勁性骨架等)中，重點(diǎn)應(yīng)用了BIM模型進(jìn)行虛擬合龍。其合龍段理論長(zhǎng)度4.4 m，重約89.5 t(含風(fēng)嘴、排水管)。采用溫度配切法，利用4臺(tái)橋面吊機(jī)同步抬吊施工。由于本橋主跨跨度達(dá)

608 m，溫度變化 1 ℃將導(dǎo)致合龍間隙變化約7.2 mm。合龍精度要求高、時(shí)間緊迫。

傳統(tǒng)的鋼箱梁合龍施工過(guò)程常見(jiàn)形式是首先制定總體的施工流程，在施工技術(shù)復(fù)雜處配置傳統(tǒng)的CAD平面圖，無(wú)法可視化，這些因素導(dǎo)致其無(wú)法清晰地描述施工過(guò)程與各種工作的復(fù)雜關(guān)系，也不能完整清晰地表達(dá)鋼箱梁合龍施工的整個(gè)過(guò)程。

通過(guò)BIM技術(shù)與激光測(cè)距儀相結(jié)合，首先對(duì)合龍口進(jìn)行了觀測(cè)，在勁性骨架鎖定后，通過(guò)連續(xù)觀測(cè)歸納分析，找到合理的合龍溫度，并通過(guò)這一溫度下的龍口姿態(tài)得出相應(yīng)的合龍段精加工形狀及尺寸[3]。合龍口寬度測(cè)量采用手持式激光測(cè)距儀進(jìn)行，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與BIM模型進(jìn)行對(duì)比，來(lái)確定合龍口的形狀、長(zhǎng)度。然后BIM建模人員根據(jù)觀測(cè)溫度下合龍口姿態(tài)，通過(guò)參數(shù)的修改，檢查合龍段的配切長(zhǎng)度是否滿足要求，并對(duì)合龍的過(guò)程進(jìn)行模擬，將確定配切好的模型放入合龍口進(jìn)行校核，此過(guò)程能夠直觀、精確地反應(yīng)整個(gè)鋼箱梁合龍施工過(guò)程，如圖6所示。

圖6 傳統(tǒng)施工過(guò)程與BIM技術(shù)施工技術(shù)模型圖對(duì)比

3.2 施工管理的優(yōu)化

橋梁作為一種特殊的結(jié)構(gòu)形式，在施工過(guò)程中，施工單位要依據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)行材料的管理、安全監(jiān)控與質(zhì)量檢測(cè)等。通過(guò)BIM技術(shù)中的可視化施工過(guò)程模擬，可實(shí)時(shí)指導(dǎo)真實(shí)的施工過(guò)程，讓工人能夠提前更好地理解施工工藝、流程、協(xié)作方式、安全隱患，這不僅可以減少施工問(wèn)題的產(chǎn)生，還可以提高管理人員的管理效率、減少管理中出現(xiàn)的問(wèn)題。能夠?qū)蛄菏┕み^(guò)程可能出現(xiàn)的問(wèn)題提前發(fā)現(xiàn)并解決，改變了傳統(tǒng)的管理思維模式，即由待問(wèn)題發(fā)生后的“被動(dòng)管理”轉(zhuǎn)變?yōu)樘崆鞍l(fā)現(xiàn)問(wèn)題的“主動(dòng)管理”，從而減少施工問(wèn)題的發(fā)生、簡(jiǎn)化施工現(xiàn)場(chǎng)管理。

例如本項(xiàng)目中鋼箱梁的施工管理中，鋼箱梁共分為41個(gè)梁段(6種類型)：標(biāo)準(zhǔn)梁段36個(gè)(A、B、C型)，合龍段1個(gè)(F型)，鋼混結(jié)合段2個(gè)(E 型)，特殊段2個(gè)(D型)，每個(gè)鋼箱梁在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中要完成拼裝、焊接、螺栓連接及相關(guān)作業(yè)。并且鋼箱梁在施工中的制作順序、存放位置、運(yùn)轉(zhuǎn)周期均需要認(rèn)真考慮，稍有不慎將制約到工程進(jìn)度，影響施工的順利進(jìn)行，傳統(tǒng)的材料管理基本上是EXCEL表格。基于BIM技術(shù)的可視化的動(dòng)態(tài)管理，對(duì)相關(guān)鋼箱梁物流的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的記錄和管理。在橋梁工程施工中，就能大大緩解橋梁工程對(duì)鋼箱梁跟蹤帶來(lái)的管理壓力。并且在工人進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)前，觀看鋼箱梁的信息及施工過(guò)程的模擬，也有利于提高生產(chǎn)組織、加快工序銜接，提升項(xiàng)目管理質(zhì)量，如圖7所示。

圖7 鋼箱梁的信息數(shù)據(jù)記錄與安裝模擬

因此，應(yīng)用BIM技術(shù)的施工管理，指導(dǎo)真實(shí)的施工過(guò)程，在工人進(jìn)入工地之前，利用模型了解橋梁的施工工序，熟悉構(gòu)件的安裝方案與一些隱蔽工程中構(gòu)件之間的連接形式，以及在施工過(guò)程中，對(duì)施工人員的安全問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)管。這種管理方式改變了傳統(tǒng)的管理思想，充分應(yīng)用信息化技術(shù)由被動(dòng)地等待問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地去解決問(wèn)題，從而減少了施工過(guò)程中問(wèn)題的發(fā)生，為工程順利、安全的進(jìn)行提供了保證。

4 結(jié) 束 語(yǔ)

我國(guó)橋梁事業(yè)目前發(fā)展迅猛，為提高施工效率、保證工程質(zhì)量，大多數(shù)橋梁構(gòu)件已選擇采用工廠預(yù)制，利用大型設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)高精度拼裝。在本項(xiàng)目中鋼錨梁、鋼主梁等大型構(gòu)件與BIM模型相結(jié)合，均采用了工廠預(yù)制，運(yùn)用4D施工模擬對(duì)這些工況進(jìn)行高精度測(cè)試，得出預(yù)制構(gòu)件的合理尺寸信息，在工廠一次加工到位，有效克服現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境、施工水平的不利因素，使得現(xiàn)場(chǎng)施工順利開(kāi)展，有效地縮短了施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)間[4]。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，所有預(yù)制件若均依照設(shè)計(jì)圖紙直接加工，到現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)由于誤差累計(jì)、控制精度等因素需進(jìn)行切割、修補(bǔ)等情況。因此，BIM 技術(shù)的使用能夠使橋梁施工單位掌控施工進(jìn)度，科學(xué)有效進(jìn)行施工組織[5]。整體或局部模型碰撞能有效避免施工中出現(xiàn)預(yù)料不到的錯(cuò)誤，提供有效的幫助。相信隨著B(niǎo)IM技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，BIM技術(shù)在橋梁工程的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，從而提高其工程質(zhì)量、工作效率與管理水平。

[1] 洪 磊. BIM 技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究[D]. 成都:西南交通大學(xué), 2012.

[2] 李紅學(xué), 郭紅領(lǐng), 高 巖, 等. 基于 BIM 的橋梁工程設(shè)計(jì)與施工優(yōu)化研究[J]. 工程管理學(xué)報(bào), 2012, 26(6): 48-52.

[3] 李亭亭, 楊學(xué)會(huì), 張德海, 等. BIM技術(shù)在預(yù)制裝配式工程中的應(yīng)用研究[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2014, 6(4): 62-65.

[4] 屈 仆, 張東省, 薛保勇, 等. 大跨徑連續(xù)剛構(gòu)橋梁合龍控制關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 公路交通科技: 應(yīng)用技術(shù)版, 2014, (11): 5-7.

[5] 劉延宏. BIM技術(shù)在鐵路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用[J]. 技術(shù)研究: 鐵路技術(shù)創(chuàng)新, 2015, (3): 47-50.

The Application of BIM Technology in Yongchuan Changjiang Bridge Construction

Shi Ruiying1, He Hongbo2, Zhang Xianlin3

(1. Department of Computer Technology, Hebei College of Industry and Technology, Shijiazhuang Hebei 050000, China; 2. CCCC First Highway Xiamen Engineering Co., LTD., Xiamen Fujian 361021, China; 3. Department of Architecture, Hebei College of Industry and Technology, Shijiazhuang Hebei 050000, China)

Along with the domestic construction industry BIM technology is more and more widely used. Bridge engineering as a special building, also should enjoy the new mode of production of the improvement of production efficiency and econom ic benefit. The BIM technology application in the bridge construction process and created the value are analyzed by using of an example as in Chongqing Yongchuan Changjiang river highway bridge construction. The BIM technology is studied how to play a strong role in bridge engineering.

BIM technology; bridge engineering construction

TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2016040556

A

2095-302X(2016)04-0556-05

2015-10-08；定稿日期：2016-01-05

河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)研究項(xiàng)目(ZZ-1303)

史瑞英(1976–)，女，河北唐山人，副教授，碩士。主要研究方向?yàn)锽IM技術(shù)研究、建筑設(shè)計(jì)。E-mail：695955015@qq.com