揚(yáng)州市開發(fā)橋項目基于BIM的工程施工綜合應(yīng)用

薛玉波

摘要：針對揚(yáng)州市開發(fā)橋項目結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高、施工難度大的特點(diǎn)，綜合采用BIM技術(shù)，從BIM建模、施工方案模擬和優(yōu)化、碰撞檢查和監(jiān)控平臺幾個方面進(jìn)行了深入研究和實(shí)踐。項目實(shí)踐結(jié)果表明，建立BIM模型，可減少設(shè)計中的誤差，提高了構(gòu)件廠的加工精度，避免由于設(shè)計和加工錯誤引起的工期損失。進(jìn)一步將BIM模型和施工進(jìn)度計劃表相結(jié)合，利于項目參建各方共同發(fā)現(xiàn)施工進(jìn)度中存在的不足。通過碰撞檢查，可分析設(shè)計中的缺陷，提前處理，避免了由于碰撞問題的返工、誤工。BIM監(jiān)控平臺的建立，可有效的解決了監(jiān)控數(shù)據(jù)共享難的問題。BIM技術(shù)為開發(fā)橋項目的科學(xué)化、精細(xì)化施工提供了途徑，更好的保證了施工質(zhì)量，提高了施工效率，取得了良好的效果。

Abstract： The bridge of Kaifa in Yangzhou is of a complicated structure and high quality requirements. In order to manage the difficulty during construction， BIM technology was applied to this project. Modeling， simulation and optimization of the construction scheme， as well as collision inspection and monitoring platform were studied and put into practice. According to the project practice， the modeling helped to reduce design errors and improve processing precision， thereby avoiding construction time loss caused by design or processing mistakes. Furthermore， the model was combined with construction schedule to improve the progress for all parts of the construction. Besides， the collision inspection could analyze design flaws or problems and eliminate them in advance to avoid rework and delay. And the establishment of the monitoring platform resolved effectively the problem of monitor data sharing. In sum， the comprehensive application of BIM on the construction of Kaifa bridge makes scientization and refinement construction be possible， as well as a higher construction quality and construction efficiency. And the effect is satisfactory.

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；橋梁項目；施工應(yīng)用

Key words： BIM technology；bridge project；construction application

中圖分類號：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2019）02-0108-03

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是將建筑信息進(jìn)行集成，并用于設(shè)計、建造和管理的方法，從2002年開始應(yīng)用在建筑工程中。隨著目前橋梁設(shè)計理念先進(jìn)化的發(fā)展趨勢，迫切需要與之相適應(yīng)的施工管理模式，以達(dá)到設(shè)計和施工協(xié)同發(fā)展的目的[1]。傳統(tǒng)的施工管理技術(shù)已不能滿足這種要求，這給橋梁施工企業(yè)造成很大的困難。BIM技術(shù)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜橋梁的科學(xué)化、精細(xì)化施工管理提供了途徑，能從根本上解決目前大型橋梁施工效率低、質(zhì)量控制困難、設(shè)計變更多等問題[2-3]。

目前公開報道過在橋梁工程項目中采用BIM技術(shù)的有：沈陽云龍湖大橋利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬建造功能，對復(fù)雜的V型結(jié)構(gòu)墩，建立可視化、信息元素詳實(shí)的3D模型，以提高施工效率；上海市政工程設(shè)計研究總院利用BIM技術(shù)設(shè)計了江西贛江二橋；同濟(jì)設(shè)計院采用BIM技術(shù)設(shè)計的宜興范蠡大橋；廣西南寧市東西—南北向快速路立交工程項目；重慶永江長江大橋采用BIM技術(shù)應(yīng)用到橋梁施工的實(shí)踐，四維模擬主跨鋼箱梁合龍施工；江西南昌朝陽大橋；上海市奉浦大道金匯港橋在鋼箱梁系桿拱橋的設(shè)計和施工中采用BIM技術(shù)，建立了詳細(xì)的主體橋梁設(shè)計模型和臨時施工設(shè)施模型，同時，在施工進(jìn)度控制和鋼箱梁預(yù)拼裝上也深度應(yīng)用了BIM技術(shù)。

本項目也將BIM項目應(yīng)用于橋梁施工中。通過建立BIM模型，進(jìn)行設(shè)計圖紙的深化，利用BIM4D模擬和優(yōu)化施工方案，采用碰撞檢查技術(shù)避免碰撞問題影響施工。并建立BIM監(jiān)控平臺，實(shí)時共享監(jiān)控數(shù)據(jù)和發(fā)布預(yù)警信息，保證施工安全，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在揚(yáng)州市開發(fā)橋中的綜合應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 工程介紹

揚(yáng)州市開發(fā)橋項目是揚(yáng)州市開發(fā)路東延跨京杭運(yùn)河大橋，為一座獨(dú)塔單索面不對稱斜拉橋，跨徑為35m+100m+135m+45m，為墩、塔、梁固結(jié)體系。主梁、主塔為鋼結(jié)構(gòu)，主墩為混凝土結(jié)構(gòu)。主塔向邊跨側(cè)傾斜79.7°左右，順橋向?yàn)殡p柱帆式造型，橫橋向?yàn)樨Q一字形變截面塔。主梁采用封閉鋼箱梁，橋面全寬39m，主梁梁高3.3m。橋梁整體造型如圖1所示。

1.2 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

1.2.1 寬幅單索面主梁。鋼箱梁全寬38.7m，主梁梁高3.3m，采用封閉箱梁，頂板設(shè)1.5%的橫坡，底板采用流線型，整個斷面與引橋斜腹板斷面相匹配。全橋鋼箱梁分為38個梁段進(jìn)行加工制造，板材材質(zhì)選用q345qD，總重6207.368t。箱梁寬度和寬跨比較大，單個節(jié)段自重較重，拉索分次張拉，分節(jié)段懸臂拼裝，施工環(huán)節(jié)較多。

1.2.2 帆式異型主塔。主塔向副跨側(cè)傾斜79.7度左右，橋面以上主塔高68.238m，順橋向?yàn)殡p柱帆式造型，橫橋向?yàn)樨Q一字形變截面鋼塔。橋面以下為下塔柱（主墩身）；橋面以上為上塔柱。采用塔墩梁固結(jié)的結(jié)構(gòu)體系，靠近主塔附近的主梁結(jié)構(gòu)在施工過程中受力較復(fù)雜。

1.2.3 不對稱懸臂施工。主塔鋼結(jié)構(gòu)采用分節(jié)段安裝。邊跨鋼箱梁在支架上安裝，主跨和副跨鋼箱梁采用不平衡懸臂拼裝。

2 BIM應(yīng)用

2.1 軟硬件環(huán)境

軟件主要采用Tekla和Revit建模，漫游仿真和施工模擬采用Navisworks，施工監(jiān)控用Visual Studio開發(fā)。硬件包括一臺模型工作站（DELL Precision T7600），兩臺建模PC機(jī)（DELL Precision T5600），服務(wù)器租用微軟Azure云。

2.2 BIM建模

采用Revit對橋梁進(jìn)行建模，建模過程從構(gòu)建族開始，然后用構(gòu)建族建梁族，最后完成橋梁的建模。在創(chuàng)建構(gòu)建族之前，需要先定義族參數(shù)，這樣完成后的族就可以項目中進(jìn)行相應(yīng)的信息顯示和修改?？梢栽跇?gòu)建族或梁族中根據(jù)需要定義任何族參數(shù)，這些參數(shù)會顯示在項目載入族的“屬性”面板或類型屬性對話框中。部分完成后的構(gòu)建族和梁族表1所示。

將完成的族載入到項目中，按照設(shè)計圖紙的完成項目模型的構(gòu)建。完成后的項目模型如圖2所示。

通過BIM建模，可以進(jìn)一步將圖紙細(xì)化、補(bǔ)充和完善。通常，設(shè)計院出的施工圖，在實(shí)際實(shí)施中，會達(dá)不到施工現(xiàn)場要求的深度。通過BIM建模，一方面可以檢查設(shè)計圖紙，避免圖紙中不準(zhǔn)確或者不完善的地方影響到項目的實(shí)施。另一方面，可以對重點(diǎn)部位進(jìn)行BIM深化設(shè)計，滿足實(shí)際施工中的需要。施工中的各專業(yè)分包，可以利用BIM模型，進(jìn)行施工方案、施工工序的確定，清晰直觀的發(fā)現(xiàn)后期施工中可能會出現(xiàn)的問題，提高施工效率，節(jié)約施工成本。

此外，本項目還將BIM模型用于預(yù)制構(gòu)建的加工。本項目鋼結(jié)構(gòu)部分，全是從工廠預(yù)制好了運(yùn)到現(xiàn)場安裝。通常預(yù)制廠會采用傳統(tǒng)的二維圖紙來制作構(gòu)件，可能會存在因?yàn)槌叽缇_而造成安裝誤差。本項目鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件較多，尺寸精度要求高。通過BIM模型，可在三維圖形中產(chǎn)生構(gòu)件加工圖，避免了加工圖的精度問題產(chǎn)生的誤差。構(gòu)件廠也能通過三維圖紙直觀的了解構(gòu)件尺寸、材質(zhì)等各種加工信息，以提前安排生產(chǎn)，確保施工進(jìn)度。

2.3 施工方案模擬和優(yōu)化

在完成的BIM三維模型中加入時間維度，形成BIM4D，就可以進(jìn)行虛擬施工模擬[4]。利用Navisworks提供的TimeLiner模塊，在場景中定義施工時間節(jié)點(diǎn)周期信息，并根據(jù)所定義的施工任務(wù)生成施工過程模擬動畫。在進(jìn)行橋梁施工過程模擬時，按照施工方案定義施工任務(wù)，包括計劃開始和結(jié)束時間，然后確定施工任務(wù)類型，就可以進(jìn)行施工過程模擬。并根據(jù)施工模擬結(jié)果，調(diào)整和優(yōu)化施工方案。開發(fā)橋主梁吊裝的施工過程模擬如圖3所示。

采用動畫方式來進(jìn)行施工過程模擬，使得復(fù)雜的施工過程變得清晰。相比傳統(tǒng)的甘特圖表示施工過程，動畫模擬能更清晰明確的展示施工過程，在方案交底的時候更加直觀，有利于選出最優(yōu)方案。

2.4 碰撞檢查

橋梁施工中預(yù)埋件較多，如預(yù)應(yīng)力管道、索導(dǎo)管、冷凝管等。這些預(yù)埋管件容易與圖紙中的其他構(gòu)件產(chǎn)生空間沖突，可以通過模擬碰撞檢測，來分析預(yù)埋件布置方案的缺陷，提前修正以避免影響實(shí)施[5]。

利用Navisworks提供的Clash Detective工具檢測模型圖元是否發(fā)生碰撞。Clash Detective工具可自動根據(jù)用戶所指定兩個選擇集中的圖元間，按照指定的條件進(jìn)行碰撞測試，當(dāng)滿足碰撞的設(shè)定條件時，Navisworks將記錄該碰撞結(jié)果，以便對碰撞結(jié)果進(jìn)行管理。本文采用碰撞檢測的方式查看橋墩冷凝管布設(shè)是否與鋼筋發(fā)生碰撞，結(jié)果顯示冷凝管無碰撞，設(shè)計方案符合要求。碰撞檢查結(jié)果如圖4所示。

2.5 施工監(jiān)控

開發(fā)橋結(jié)構(gòu)為多次超靜定，結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜，影響因素多。因此，監(jiān)控數(shù)據(jù)較多，施工時間周期也比較長，控制難度較大?；贐IM的施工平臺管理能顯著的提高施工管理效率[6]，本文采用BIM技術(shù)，建立基于BIM的開發(fā)橋監(jiān)控平臺，實(shí)時共享監(jiān)控數(shù)據(jù)，發(fā)布預(yù)警數(shù)據(jù)。以方便參建各方動態(tài)掌握監(jiān)控過程，更加精準(zhǔn)的控制施工質(zhì)量，確保施工安全。平臺開發(fā)主要采用ASP.NET 4.6技術(shù)，以SQL Server 2014作為數(shù)據(jù)存儲對象，并在微軟Azure公共云上進(jìn)行運(yùn)行。

3 應(yīng)用效果

在本項目的實(shí)施中，BIM技術(shù)在施工中取得了一定的成效，包括以下幾個方面：

①通過建立BIM模型，減少了設(shè)計中的誤差，提高了構(gòu)件廠的加工精度，避免由于設(shè)計和加工錯誤引起的工期損失。對關(guān)鍵部分進(jìn)行深化設(shè)計，提高設(shè)計圖紙與現(xiàn)場實(shí)施條件的匹配度，有效解決設(shè)計與施工不一致的矛盾。各專業(yè)分包單位通過BIM模型，熟知各自的作業(yè)內(nèi)容和范圍，加深對圖紙的理解，避免今后施工中的沖突。

②通過BIM4D模擬施工過程，直觀、精確的反應(yīng)開發(fā)橋的施工過程。將BIM模型和施工進(jìn)度計劃表相結(jié)合，利于項目參見各方共同發(fā)現(xiàn)施工進(jìn)度中存在的不足。并根據(jù)BIM4D模型，反復(fù)調(diào)整施工過程，進(jìn)行施工方案的優(yōu)化。

③通過碰撞檢查，分析設(shè)計中的缺陷，提前處理，避免了由于碰撞問題的返工、誤工，節(jié)約了施工時間。

④通過建立基于BIM的監(jiān)控平臺，有效的解決了監(jiān)控數(shù)據(jù)共享難的問題。將施工監(jiān)控與BIM結(jié)合，可第一時間將監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳到BIM模型，方便項目參見各方實(shí)時查看監(jiān)控數(shù)據(jù)和預(yù)警信息，提高了施工安全，保證了施工質(zhì)量。

4 總結(jié)

本文主要針對BIM技術(shù)在揚(yáng)州市開發(fā)橋中的應(yīng)用研究，并就應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，取得了一定的效果。雖然本項目中BIM項目的應(yīng)用包括了建模、施工方案優(yōu)化、碰撞和監(jiān)控平臺等幾個方面的內(nèi)容，但是與全過程、全方位的BIM應(yīng)用相比還是存在一定的不足，有待于更近一步的深化。隨著計算機(jī)技術(shù)和云技術(shù)的發(fā)展，今后應(yīng)在微信小程序、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的輔助下，更好的實(shí)現(xiàn)BIM的價值。

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