談BIM技術在高速公路橋梁施工中的應用

李忠義　趙更新

(中鐵三局集團第三工程有限公司，山西 太原　030000)

0　引言

近年來，工程建設領域的信息化有較快的發(fā)展。發(fā)達國家對BIM技術理論研究開展了幾十年，目前已在工程建設各領域有成功的應用實踐。但BIM技術現(xiàn)在還是不成熟的技術，國內(nèi)外對其研究了幾十年，但距離其成熟應用還有很長的路。

目前，大型橋梁工程項目的設計通常還是依靠傳統(tǒng)的二維圖紙，并通過合圖來分析設計中存在的沖突；施工規(guī)則主要依靠項目管理人員的經(jīng)驗來制定和實施，且同樣是采用二維圖紙來表現(xiàn)。然而，由于橋梁工程自身的特點，以及設計復雜，構(gòu)件繁多，僅依靠傳統(tǒng)的二維圖紙很難提前檢測或發(fā)現(xiàn)設計中存在的沖突問題；這些沖突問題通常在施工階段才能發(fā)現(xiàn)，從而影響了施工進度和成本，也將影響施工安全。與此同時，為了解決出現(xiàn)的工程施工問題，不得不配置更多的人員，導致管理成本的增加。橋梁作為一種常見而又特殊的結(jié)構(gòu)，其在施工階段主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)復雜、構(gòu)造異型、施工風險大、施工工藝復雜、施工機具多、施工質(zhì)量要求高等。因此，保證橋梁工程設計的可建造性與施工方案的可行性對橋梁工程的高效實施是十分重要的。

1　BIM技術在芝河大橋的施工應用特點

1)采用BIM技術中三維技術交底解決了施工過程中技術交底下達不準確的問題。

2)采用BIM技術中輔助測量放樣的技術解決了測量時對任意所需坐標的提取，進行坐標復核或放樣，提高測量人員的工作效率。

3)采用BIM技術中模塊碰撞檢查解決了橋梁施工中各部分結(jié)構(gòu)是否干涉的問題。

4)對整體橋梁施工進行實時監(jiān)控，做到進度實時管理。

5)有效解決芝河大橋跨河道、跨省道高速公路橋梁墩臺施工，提前在BIM中組織預演施工，避免了許多施工中的安全隱患。

2　工藝原理

針對高速公路斜交橋梁跨越既有省道、既有河流，施工中具有較大的技術難度、存在較大安全隱患，通過運用BIM技術切實指導高速公路橋梁施工，提前建立BIM施工模型，將構(gòu)筑物及其施工現(xiàn)場3D模型與施工進度鏈接，并與施工資源、安全質(zhì)量、場地布置、成本變化等信息集成一體，實現(xiàn)基于BIM的施工進度、人力、材料、設備、成本、場地布置等的動態(tài)集成管理及施工過程可視化模擬。規(guī)避了許多施工中跨越河流、既有線的施工風險，并大大降低了斜交橋梁施工的技術難度控制。

3　施工操作要點

3.1　BIM技術在芝河大橋施工準備階段的應用

1)建模。

根據(jù)掌握的芝河大橋附近的原設計1∶2 000圖紙，實時進行輸入建模，建立的三維地質(zhì)模型應能滿足后期BIM應用的需要；采用真實的橋梁施工坐標建模，一方面提高了模型精度，另一方面通過查詢模型坐標可以直接用來指導施工；建立一個符合施工工藝的模型，對后續(xù)模型在施工階段的應用將起到?jīng)Q定性作用，進度的跟進，質(zhì)量安全問題的追蹤都將更加精確。

2)審圖。

基于BIM的圖紙會審會發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)二維圖紙會審所難以發(fā)現(xiàn)的許多問題，傳統(tǒng)的圖紙會審都是在二維圖紙中進行圖紙審查，難以發(fā)現(xiàn)空間上的問題，基于BIM的圖紙會審是在三維模型中進行的，各工程構(gòu)件之間的空間關系一目了然，通過軟件的碰撞檢查功能進行檢查，可以很直觀地發(fā)現(xiàn)圖紙不合理的地方。

3)放樣坐標的查詢。

橋梁整體采用實際坐標進行建模后，作為可以指導施工的信息模型，具備精確的坐標信息，保持與現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)的一致性，可直接為施工現(xiàn)場提供數(shù)據(jù)來源。根據(jù)項目測量需求，可以隨時提取所需部位的坐標信息，可以保證測量放樣精確度，并提高工作效率。

4)三維技術交底。

在施工單項工程前，集中相關責任技術員、對應勞務人員等，采用將BIM三維模型投放于大屏幕的方式進行技術交底工作。BIM三維模型可以可視化預演施工中的重點、難點和工藝復雜的施工區(qū)域，多角度、全方位地查看模型。這樣做，不僅能夠提高交底工作的效率，還便于工人和非本專業(yè)人員理解相關的工作內(nèi)容。

5)基于BIM的三維算量。

工程量復核是工作量最大、最繁瑣的一項工作，對于施工單位來說，從進場后的工程量復核來確定0號清單,到施工過程中的材料計劃、施工隊伍的對下驗工等，對工程量的精確性要求直接關系項目成本。BIM建模時，進行詳細的圖紙審核，建立實時3D模型后，在后期的施工過程中，可以隨著BIM模型精細程度變化，隨時進行工程量的計算。

6)施工進度管理。

基于BIM建立的三維模型，增加時間元素，提前根據(jù)施工工藝和施工計劃，進行可視化的施工進度動態(tài)追蹤。隨時對比現(xiàn)場施工進度和施工計劃，對施工進度滯后的提前預警，通過BIM技術，我們可以更加直觀地對施工進度進行可視化管理，并且通過與現(xiàn)場實際進度的對比，我們可以觀察出施工計劃是否滯后，從而對現(xiàn)場的人員、機械、材料等合理化的調(diào)整以保證施工快速有效地進行。

3.2　基于BIM技術組織進行的芝河大橋橋梁墩臺施工

1)普通墩臺施工。

基礎為灌注樁采用沖擊鉆機鉆孔結(jié)合人工挖孔樁施工，吊車吊裝鋼筋籠，混凝土灌注施工；系梁、承臺采用明挖法施工；下部結(jié)構(gòu)墩臺身采用整體式鋼模板翻模施工，按設計尺寸分塊制作、組拼，模板拉桿全部采用外置式的常規(guī)方法施工。

2)跨河段橋梁墩臺施工。

芝河位于芝河大橋5號墩與6號墩之間，由于水流大，樁基采用旋挖鉆施工。在河道內(nèi)精準放樣后，用沙袋堆碼簡易圍堰，使用砂礫反填，修筑鉆機作業(yè)平臺，在作業(yè)平臺上采用2.4 m×1.2 m×3 cm鋼板進行滿鋪，分散旋挖鉆自重荷載，防止旋挖鉆在鉆進過程中發(fā)生傾斜、沉降。在旋挖鉆施工過程中用兩臺汽車拉走旋挖鉆鉆出來的泥漿，碎渣，以保護河道及河流生態(tài)環(huán)境。而5號、6號墩的施工難點在于承臺施工，離河道較近，所以承臺基坑均較深嵌入巖石層，基坑開挖后，周圍都有水滲入基坑。承臺施工需要先平整場地，然后測量人員利用BIM技術快速得出承臺坐標，并放出基坑按1∶0.5放坡后的基坑邊緣線，挖土機司機按照邊緣線挖基坑，注意挖出的坡度要平緩，在承臺施工作業(yè)時，用水泵持續(xù)將基坑內(nèi)水抽走，隨時觀察基坑是否有塌陷現(xiàn)象。

3.3　芝河大橋跨省道段橋梁墩臺施工

1)跨省道段防護方案。

在S248省路面及路肩上搭設支架，采用工字鋼架空，形成一個10 m寬，不小于6.0 m高的通道，通道兩側(cè)長于橋梁施工投影區(qū)10 m，防止墜物因風力改變墜落點使防護棚失去作用。防護棚頂部為工字鋼上鋪設一層3 mm鋼板，鋼板上部用方木墊起，頂層加設一層竹架板做緩沖層，防止墜物直接落在鋼板上擊穿鋼板。防護棚架立柱基礎采用1.0 m×1.0 m條形混凝土基礎，支架采用529 mm鋼管立柱，支架上部縱橫向架設32a工字鋼，32a工字鋼上鋪設鋼板及竹架板。防護支架下凈空不小于6.0 m。為防止墜物滾落至路面，防護支架頂面設置1.8 m高護欄，與最外側(cè)工字鋼焊為整體，頂部用鋼管作為扶手，外側(cè)掛封閉網(wǎng)。護欄底部設置30 cm高擋腳板。

2)施工時省道保通措施方案。

S328省道為臨汾市永和縣交通干道，是從隰縣、石樓進出永和縣城的必經(jīng)之路，經(jīng)過與永和縣交通局、公路局協(xié)調(diào)，在架梁時，對省道進行限時封路，其余常規(guī)作業(yè)時間范圍，對省道務必保通。保通范圍以芝河大橋及兩側(cè)工地施工影響S248省道交通段落范圍。

3.4　基于BIM技術組織進行的芝河大橋斜交120°40 m T梁施工

1)芝河大橋斜交120°40 m T梁預制施工。

芝河大橋設計為斜交120°40 m T梁，斜交角度較大，相對施工難度較大，主要集中在中隔板、端隔板等模板安拆等方面，施工中，通過增加模板倒角、改進模板結(jié)構(gòu)形式等方面的改進，結(jié)合BIM建模驗算，保障了斜交40 m T梁預制的順利進行。鋼筋加工采用集中加工，鋼筋骨架采用胎模輔助安裝，梁板養(yǎng)生采用智能噴淋養(yǎng)生，梁板張拉壓漿采用智能張拉壓漿循環(huán)系統(tǒng)。

2)芝河大橋斜交120°40 m T梁架設施工。

芝河大橋梁板設計為斜交120°40 m T梁，架梁時，需提前籌劃，架梁前，提前在BIM中進行推演，并按照設計斜交角度，提前放樣架橋機軌道角度，按照既定角度進行拼裝，架梁時，架橋機按照拼裝好的角度，斜向推進、過跨等，有效保證了架梁的順利進行。

3)在梁板預制施工中，通過BIM建模進行鋼筋、圓錨波紋管碰撞檢測，聯(lián)合設計院，探索性的使用圓錨負彎矩張拉技術，以解決傳統(tǒng)扁波紋管負彎矩施工時，非常容易產(chǎn)生變位或者變形，致使負彎矩鋼絞線穿不進去，在梁頂板上開膛破肚的問題。

4　結(jié)語

近年來，隨著高速公路的建設，在山區(qū)需要建設大量的橋梁來保證道路暢通，建設大型橋梁的過程中，遇到的問題較為復雜，需要研發(fā)新的技術來縮短工期、提高施工質(zhì)量，保證施工安全，BIM技術因其經(jīng)濟投入少、科技含量高等原因而越來越受推廣，未來的高速公路橋梁施工中，將不僅僅使用在復雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)造物中，會成為工程施工中必需的技術而推廣。