橋梁頂推法施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用

張時(shí)鐘

【摘要】二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)公路橋梁發(fā)展的進(jìn)步十分迅速，BIM技術(shù)更是在公路工程中逐漸發(fā)揮它應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)，特別是針對(duì)一些重難點(diǎn)工程設(shè)計(jì)及施工，目前施工企業(yè)應(yīng)用BIM技術(shù)的主要內(nèi)容是碰撞檢查、模擬施工、三維渲染、知識(shí)管理。BIM技術(shù)在公路橋梁施工中，對(duì)于特殊施工工藝的橋梁施工有很大的幫助，本研究主要針對(duì)跨鐵大體積混凝土箱梁頂推施工中BIM的應(yīng)用進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】BIM;橋梁施工;頂推工藝;技術(shù)應(yīng)用

1、工程概述及難點(diǎn)

1.1工程概述

某跨鐵分離式立交全長(zhǎng)566.04m，公路等級(jí)為一級(jí)，立交橋分左、右兩幅。主橋跨鐵路，全橋共24跨，分為七聯(lián)。其中第四聯(lián)為主橋段，為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，其中頂推段預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁長(zhǎng)80m，頂推距離99m，共跨越七條既有鐵路（客運(yùn)專線上行線及下行線、電氣化鐵路上行線及下行線、軍事專用先線、電務(wù)專用線），頂推方向與既有鐵路交角為76°

1.2工程重難點(diǎn)

（1）本標(biāo)段施工是國(guó)內(nèi)高緯度地區(qū)首次跨越高鐵頂推大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，頂推距離99m，單幅重量約5000t，在國(guó)內(nèi)嚴(yán)寒地區(qū)頂推混凝土箱梁的施工歷史上尚屬首次，施工難度極大。

（2）本橋跨越多條既有線，一般作業(yè)方法無(wú)法完成主橋的建設(shè)任務(wù)。在施工時(shí)間和施工區(qū)域上的限制比較多，故主橋混凝土箱梁頂推施工期間保證既有線行車(chē)安全是本工程的難點(diǎn)。

（3）臨時(shí)墩、滿堂紅支架、導(dǎo)梁、滑道梁、拉錨器、牽引裝置及限位等臨時(shí)設(shè)施的受力檢算、構(gòu)件的制作和安裝是本工程的難點(diǎn)。

（4）主橋混凝土箱梁頂推施工期間的施工監(jiān)測(cè)（變形監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)）是本工程的難點(diǎn)。

（5）主橋混凝土箱梁位于橋梁豎曲線上，豎曲線半徑4500m，永久橋墩位于既有線兩側(cè)，L1號(hào)臨時(shí)墩位于客運(yùn)專線及電氣化鐵路之間，頂推施工的測(cè)量控制是本工程的難點(diǎn)。

（6）主橋混凝土箱梁頂推施工過(guò)程中的基礎(chǔ)及臨時(shí)受力結(jié)構(gòu)的沉降觀測(cè)是本工程的難點(diǎn)。

（7）主橋利用拖拉法頂推頂推，牽引力在后方，在混凝土箱梁在頂推過(guò)程中對(duì)橫向位移限制和糾偏是本工程的難點(diǎn)。

2、BIM技術(shù)在頂推施工生產(chǎn)中的主要應(yīng)用

2.1 初始數(shù)據(jù)建立

利用原有設(shè)計(jì)圖紙及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行Revit基礎(chǔ)模型建立，為日后Navisworks（工期、施工模擬）及Lumion（動(dòng)畫(huà)、視頻模擬）打下基礎(chǔ)。聯(lián)合設(shè)計(jì)單位，對(duì)初始施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，最大程度上安排好施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，將施工區(qū)域及施工時(shí)間最優(yōu)化。

2.2 建模數(shù)據(jù)完善

在初期Revit建模完成后，根據(jù)原有設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行排查工作，發(fā)現(xiàn)可能存在的施工與設(shè)計(jì)相沖突的部位，在施工前及時(shí)進(jìn)行合理安排，最大程度上保證既有工期的順利進(jìn)行，同時(shí)也在成本管控方面進(jìn)行最優(yōu)化配置。如工程中存在的臨時(shí)結(jié)構(gòu)（平聯(lián)鋼管）與既有永久結(jié)構(gòu)橋墩間的沖突問(wèn)題，就是利用建模及碰撞工具及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免了一邊施工一邊補(bǔ)救的“尷尬”局面;隨著頂推施工的不斷進(jìn)行，原設(shè)計(jì)圖紙并未考慮到頂進(jìn)過(guò)程中千斤頂與拉錨裝置存在的碰撞問(wèn)題，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將極大延誤工期，且施工時(shí)間占用臨時(shí)封鎖天窗，分秒必爭(zhēng)的情況下決不允許發(fā)生錯(cuò)誤。根據(jù)碰撞工具的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將在頂進(jìn)過(guò)程中及時(shí)拆除拉錨裝置及牽引所用千斤頂，由12號(hào)墩上千斤頂單獨(dú)提供受力，繼續(xù)頂推工程。

2.3 后期數(shù)據(jù)分析

本工程的主要難點(diǎn)就在于頂推部分，而如何最大程度上保證頂推部分箱梁從預(yù)制到全天候監(jiān)測(cè)再到頂推施工，成了重中之重。

2.3.1 箱梁預(yù)制

利用BIM技術(shù)在臨時(shí)結(jié)構(gòu)的空隙處虛擬搭設(shè)碗扣式腳手架，在最大程度節(jié)約成本的情況下，保證箱梁平穩(wěn)受力，集中荷載處采用步距較小的布置方式，分散荷載處采用步距較大的布置方式。搭設(shè)完成后，與臨時(shí)結(jié)構(gòu)共同成為預(yù)制箱梁平臺(tái)，鋪設(shè)模板，預(yù)制頂推段80m混凝土箱梁。

2.3.2 箱梁監(jiān)測(cè)

頂推前除在箱梁預(yù)制階段埋設(shè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)單元外，還需對(duì)導(dǎo)梁、臨時(shí)墩、12號(hào)、13號(hào)反力墩、限位裝置、滑道等部位安裝溫度及應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，并在導(dǎo)梁、箱梁、L1號(hào)、10號(hào)、11號(hào)墩頂埋設(shè)位移監(jiān)測(cè)裝置，利用自動(dòng)化位移監(jiān)測(cè)儀器在頂推時(shí)進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)，使用BIM技術(shù)模擬箱梁預(yù)制施工，保證了監(jiān)測(cè)前期的數(shù)據(jù)采集，確保了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性、安全性、及穩(wěn)定性。

2.3.3 箱梁頂推

本工程箱梁及頂推結(jié)構(gòu)體系布置均為斜交76°，施工現(xiàn)場(chǎng)中均采用斜向臨時(shí)墩正向布置牽引。存在著頂推力不易控制、行進(jìn)不勻速、極易造成偏位現(xiàn)象。為保證頂推就位后施工誤差為±1cm以內(nèi)，確保頂推路徑的精確度，應(yīng)用BIM技術(shù)提前進(jìn)行模擬頂推施工，多次演練工作，將施工中可能遇到的實(shí)際問(wèn)題一次性解決。

除箱梁為斜交外，頂推軌道處于在豎曲線上，每個(gè)支撐滑道的都在其圓曲線軌道上，預(yù)制箱梁時(shí)在圓曲線軌道上預(yù)制，保證箱梁頂推前梁底豎曲線跟滑到連成的豎曲線擬合，在頂推前利用BIM技術(shù)計(jì)算出各滑道支撐標(biāo)高，隨梁的位置移動(dòng)而產(chǎn)生變化，通過(guò)調(diào)整調(diào)整頂推使用滑塊厚度方式解決了此項(xiàng)難題。通過(guò)采用BIM技術(shù)提前觀測(cè)前導(dǎo)梁和箱梁可能存在的標(biāo)高變化和下?lián)现?，在?shí)際施工中隨時(shí)調(diào)整下一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)上的滑塊厚度來(lái)確保頂推線路通暢。

3、BIM技術(shù)在頂推施工生產(chǎn)中的其他應(yīng)用

3.1 BIM可視化技術(shù)交底

通過(guò)BIM模型，對(duì)項(xiàng)目的技術(shù)方案、關(guān)鍵施工工藝進(jìn)行三維可視化表達(dá)，發(fā)現(xiàn)技術(shù)方案和施工工藝的缺陷，提前進(jìn)行優(yōu)化。利用BIM建模顯示出截面尺寸，標(biāo)高，混凝土量等工程數(shù)據(jù)，提高工作效率。

然后利用優(yōu)化后的模型對(duì)施工管理人員及施工班組作業(yè)人員進(jìn)行可視化的交底，提高交底的有效性，進(jìn)而提升技術(shù)管理水平。

3.2 BIM場(chǎng)地模擬

利用BIM技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)大型機(jī)械設(shè)備、模板、預(yù)制構(gòu)件的布置情況，幫助進(jìn)行管理，優(yōu)化施工現(xiàn)場(chǎng)總平面布置，合理利用施工場(chǎng)地。在保證順利施工的情況下使工程的經(jīng)濟(jì)性最大化，提高工程效率。

3.3 BIM 4D施工模擬

利用BIM技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化施工模擬，對(duì)構(gòu)件安裝、節(jié)點(diǎn)連接等關(guān)鍵工序提前進(jìn)行預(yù)演，提前預(yù)知現(xiàn)場(chǎng)安裝問(wèn)題。利用BIM技術(shù)結(jié)合工期，搭設(shè)整體腳手架，從施工模擬中妥善安排工期，從而達(dá)到縮減工期提高效率的目的。利用BIM技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)漫游，結(jié)合4D施工模擬，進(jìn)行虛擬的施工工藝展示，使施工人員更直觀的了解橋梁整體。

由于前導(dǎo)梁較長(zhǎng)，應(yīng)力變化較大，連接處錨栓較多，利用BIM技術(shù)提前預(yù)知施工，從而保證錨固準(zhǔn)確有效。

本項(xiàng)目中的頂推施工過(guò)程可以通過(guò)BIM技術(shù)結(jié)合施工方案進(jìn)行提前模擬分析，優(yōu)化施工方案，保證頂推施工的順利進(jìn)行。

4、BIM經(jīng)驗(yàn)梳理

4.1 預(yù)制施工

因本橋頂推在豎曲線上，利用BIM技術(shù)提前進(jìn)行模擬，調(diào)整滑道標(biāo)高及底模板預(yù)拱值，解決頂推過(guò)程中出現(xiàn)的滑道與箱梁不擬合問(wèn)題。利用BIM技術(shù)提前進(jìn)行頂推模擬，預(yù)知施工。提前預(yù)知施工過(guò)程中橫向偏移等問(wèn)題，為實(shí)際頂推保駕護(hù)航。

4.2 安全防護(hù)

本橋跨越既有電氣化鐵路、客運(yùn)專線、電務(wù)專用線、軍事專用線等七條既有鐵路，在施工時(shí)間和施工區(qū)域上的限制比較多，故主橋混凝土箱梁頂推施工期間保證既有線行車(chē)安全是本工程的難點(diǎn)，利用BIM技術(shù)模擬頂推，與各產(chǎn)權(quán)單位銜接，提前預(yù)知安全隱患，提前防護(hù)。

4.3 縮短工期

連續(xù)利用近60天高鐵維修天窗施工平齊線和哈齊高鐵間施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)，利用BIM技術(shù)縮短工期近30天，減少對(duì)營(yíng)業(yè)線行車(chē)影響。

4.4 認(rèn)清BIM

BIM技術(shù)的應(yīng)用，將為建筑業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大的效益。使得規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程施工、運(yùn)營(yíng)管理、乃至整個(gè)工程的質(zhì)量和管理效率得到一個(gè)顯著的提高。通過(guò)建筑模型使我們很直觀的看到施工過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題以及施工的交叉次序。BIM提供了可視化的思路，讓我們將以往的線條式的構(gòu)件形成一種三維的立體實(shí)物圖形展示在人們的面前;在BIM建筑信息模型中，由于整個(gè)過(guò)程都是可視化的，所以可視化的結(jié)果不僅可以用來(lái)效果圖的展示及報(bào)表的生成，還有項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，本橋成功地應(yīng)用BIM技術(shù)，不僅解決了實(shí)際施工中遇到的問(wèn)題，更取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但我們依然半知半解的走在這條“康莊大道”之上。未來(lái)，在我們的共同努力下，相信BIM和實(shí)際施工的結(jié)合將會(huì)更好，BIM也將全方位的應(yīng)用于實(shí)際施工之中。