橋梁工程BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

王鑫 解莎莎 王全 常浩宇

橋梁工程作為交通土建工程的重要分支，它是構(gòu)成公共交通系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)物，而且橋梁承受行車動(dòng)荷載、受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)上異形構(gòu)件多，而且在施工中往往易受復(fù)雜環(huán)境條件制約、施工工藝特殊，施工裝備眾多、施工質(zhì)量要求高、施工難度大。

傳統(tǒng)橋梁工程施工組織模式往往采用“人海戰(zhàn)術(shù)”“定人定點(diǎn)”的管理方式，質(zhì)量管控的好壞完全依賴于現(xiàn)場(chǎng)管理人員個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)及能力。橋梁工程屬于線性工程，施工戰(zhàn)線長(zhǎng)，各類施工信息、管理指令傳遞不及時(shí)，各類機(jī)械設(shè)備及物料資源調(diào)動(dòng)不靈活。橋梁工程施工場(chǎng)地狹窄，垂直運(yùn)輸高度大，往往需要進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，布置大量施工輔助設(shè)施來(lái)滿足施工要求。故而發(fā)掘BIM技術(shù)在橋梁施工領(lǐng)域的深入應(yīng)用，建立基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目管理信息整合與發(fā)布平臺(tái)，推行基于網(wǎng)絡(luò)的施工生產(chǎn)協(xié)同組織新模式，對(duì)于改善傳統(tǒng)橋梁施工管理粗放無(wú)序，施工隨意性大的現(xiàn)狀非常有利。

工程概況

廣西百靖高速公路的修建響應(yīng)了國(guó)家西部大開發(fā)戰(zhàn)略，大力發(fā)展西南縱深山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，是廣西地區(qū)“四縱六橫三支線”高速公路網(wǎng)的重要組成部分，對(duì)改善革命老區(qū)交通條件，增進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)合作往來(lái)具有重要戰(zhàn)略意義。

巴更大橋是百靖高速公路全線唯一一座跨越既有鐵路線的橋梁，橋址處屬碎屑巖區(qū)，沿線多維峰叢洼地，地質(zhì)條件復(fù)雜，綜合施工難度極大。橋梁主跨跨越德田鐵路線，鐵路通行對(duì)懸澆段施工造成干擾。施工場(chǎng)地狹窄，橋梁預(yù)制場(chǎng)地布置困難，T梁預(yù)制及架設(shè)施工無(wú)法依常規(guī)方法實(shí)施。

在巴更大橋建設(shè)施工管理過(guò)程中引進(jìn)BIM技術(shù)，并推行以BIM技術(shù)為核心的綜合項(xiàng)目管理方法，依托ProjectWise協(xié)同管理平臺(tái)，系統(tǒng)管理員根據(jù)各專業(yè)分工建立庫(kù)文件，項(xiàng)目BIM人員在施工前完成巴更大橋信息模型的搭建，并且在施工過(guò)程中不斷錄入施工過(guò)程追溯性信息。業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)院、施工單位可在PW平臺(tái)隨時(shí)查看、處理權(quán)限內(nèi)允許查看的項(xiàng)目進(jìn)度、施工情況、信息反饋等內(nèi)容。

建模前期統(tǒng)一建模標(biāo)準(zhǔn)，建立項(xiàng)目級(jí)workspace，利用AECOsim Building Designer的Family+DataGroup數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義橋梁構(gòu)件對(duì)象，并為模型定制符合施工需要的必要屬性信息。利用AECOsim Building Designer工具集中建筑系列工具Parametric Cell Studio（PCS）工具建立參數(shù)化橋梁構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)橋梁下部結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模。利用ProjectWise協(xié)同平臺(tái)（PW平臺(tái)）固化統(tǒng)一建模標(biāo)準(zhǔn)，并作為協(xié)同平臺(tái)整合發(fā)布數(shù)據(jù)信息。在PW平臺(tái)中建立項(xiàng)目管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，隨施工過(guò)程推進(jìn)建立施工過(guò)程管理檔案，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程動(dòng)態(tài)管理。

巴更大橋建設(shè)過(guò)程中，對(duì)傳統(tǒng)項(xiàng)目部人員組織架構(gòu)形式及工作流程進(jìn)行了較大程度的變革，除設(shè)置工程管理項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)對(duì)工程施工管理實(shí)施之外另設(shè)置BIM技術(shù)應(yīng)用經(jīng)理一名，負(fù)責(zé)BIM技術(shù)在本項(xiàng)目施工管理過(guò)程中的開展及應(yīng)用，并增設(shè)BIM小組作為“四部一室”的連接紐帶。傳統(tǒng)“四部一室”為執(zhí)行層，提出施工管理及BIM技術(shù)應(yīng)用需求，BIM小組為“四部一室”進(jìn)行施工管理提供必要數(shù)據(jù)信息支持。

BIM技術(shù)應(yīng)用

施工現(xiàn)場(chǎng)采用GPS測(cè)量施工線路的地形坐標(biāo)信息，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果，利用GEOPAK軟件提取測(cè)繪數(shù)據(jù)信息，如DWG、DGN格式的高程、等高線、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)。模型涵蓋了坐標(biāo)、高程、洼地、地面起伏等施工難以控制的地理特征。GEOPAK提供了方便的數(shù)據(jù)讀取功能，通過(guò)生成的數(shù)字地面模型（DTM）可以進(jìn)行土方開挖的設(shè)計(jì)、算量等。本工程地處峰叢洼地，高邊坡開挖、高填方施工段比較多，在GEOPAK軟件的中，通過(guò)開挖前后的測(cè)量數(shù)據(jù)生成地模，通過(guò)地模相對(duì)地模的方法能精確地計(jì)算出土方開挖量、回填量、平衡量，極大地方便了施工規(guī)劃及路基開挖、回填施工算量。

由于巴更大橋所處的地理特征原因，施工現(xiàn)場(chǎng)各類設(shè)施布置十分困難，本項(xiàng)目利用三維數(shù)字地面模型進(jìn)行施工總平面布置，設(shè)計(jì)多套布置方案。本工程主橋采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T型梁，由于制作要求精度高，且橫截面形式多變，綜合多方面考慮，T梁制作采用定型鋼模版，鋼模板的拼接采用多段式，為了便于橫坡調(diào)整，采用可調(diào)整的支撐螺桿來(lái)實(shí)現(xiàn)翼緣板的坡度。本工程考慮到T梁制作工藝的關(guān)鍵性，為保證施工質(zhì)量，采用Bentley公司的MicroStation軟件對(duì)T梁定型鋼模板進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，模板構(gòu)件采用定型化，對(duì)面板、背筋槽鋼、模板支架、橫坡調(diào)整支撐螺桿、橫隔板等建立構(gòu)建模型，模型精準(zhǔn)，且結(jié)構(gòu)合理。模板制作加工準(zhǔn)確，且符合規(guī)范要求模板平整度，減少制作誤差。

山嶺地區(qū)的T梁運(yùn)輸是本工程的施工難點(diǎn)之一。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)BIM方案模擬，在方案設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)提升架的寬度寬于梁板吊裝孔的寬度。為解決此施工問(wèn)題，BIM人員利用AECOsim軟件設(shè)計(jì)添加在T梁兩端用于垂直起吊的提梁扁擔(dān)。通過(guò)精細(xì)化建模，并動(dòng)畫模擬鋼絲繩穿過(guò)吊裝孔、牢牢套住T梁的兩端并將鋼絲繩兩端與鋼扁擔(dān)連接、插銷子固定的施工過(guò)程，確保T梁平穩(wěn)提升，解決了提升站提升架梁的技術(shù)難題。

跨越鐵路線橋梁施工段為避免對(duì)列車行駛造成干擾，同時(shí)避免鐵路接觸網(wǎng)高壓電壓（2.75萬(wàn)伏）對(duì)掛籃施工的影響，確保通車及施工安全。本項(xiàng)目通過(guò)BIM技術(shù)設(shè)計(jì)在跨線區(qū)域設(shè)置沿鐵路線的安全防護(hù)棚，對(duì)鐵路線路實(shí)現(xiàn)封閉式防護(hù)。防護(hù)棚采用混凝土基礎(chǔ)、鋼管支撐柱，頂棚設(shè)置絕緣材料，充分保障了施工及通行安全。

施工模擬主要表現(xiàn)工序及工藝兩方面，為保證工程質(zhì)量，本工程以BIM技術(shù)為依托，采用工序、工藝模擬施工進(jìn)行三維技術(shù)交底，利用MicroStation軟件的三維可視化功能進(jìn)行三維動(dòng)畫模擬。由于T梁制作工藝復(fù)雜，而且T梁的質(zhì)量好壞直接影響橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性和美觀性，故T梁制作質(zhì)量控制需做到精細(xì)化;架橋機(jī)架梁施工是本工程質(zhì)量控制的重點(diǎn)，提高T梁架設(shè)精度、架橋機(jī)行走移動(dòng)的安全控制等，通過(guò)BIM技術(shù)將工程施工中可預(yù)見(jiàn)的和不可預(yù)見(jiàn)的進(jìn)行三維施工模擬，為項(xiàng)目提供了極大的技術(shù)支持。

動(dòng)畫模擬是通過(guò)模型元素得以實(shí)現(xiàn)的，模型建立采用AECOsim軟件，首先通過(guò)三維精確定位來(lái)確定模型相對(duì)位置關(guān)系，再建立預(yù)制梁場(chǎng)、龍門吊、天車、T梁、模板、橋臺(tái)、墩柱、架橋機(jī)等三維模型。T梁鋼筋模型采用ProStructures軟件完成鋼筋的布置。當(dāng)各素材文件建立完成后進(jìn)行動(dòng)畫編輯。MicroStation提供了一套完整的動(dòng)畫編輯器，通過(guò)簡(jiǎn)單的操作可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫制作效果。本工程根據(jù)施工工藝及工序定義素材角色，利用關(guān)鍵幀編輯角色動(dòng)畫時(shí)長(zhǎng)。動(dòng)畫編輯完成后，可通過(guò)軟件的輸出功能，直接輸出視頻，也可渲染輸出圖片序列，通過(guò)第三方軟件生成視頻效果。

通過(guò)三維施工模擬，顛覆了施工現(xiàn)場(chǎng)傳統(tǒng)的紙面交底，交底內(nèi)容更豐富且形象直觀，并且不同作業(yè)層都可以明確質(zhì)量控制要點(diǎn)及工序安排。從項(xiàng)目管理角度來(lái)講，施工工序模擬能提前預(yù)演施工方案的可行性，并以三維模型指導(dǎo)施工作業(yè)，檢查分析現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量偏差，合理控制施工進(jìn)度，提出改進(jìn)措施。

本項(xiàng)目橋梁采用BridgeMaster軟件建立模型，通過(guò)信息模型，巴更大橋施工實(shí)現(xiàn)了材料量精確控制、材料預(yù)提、過(guò)程控制、結(jié)算等方面全部在BIM信息模型基礎(chǔ)上進(jìn)行。模型搭建完成后，即可實(shí)現(xiàn)工程量輸出。

在施工管理過(guò)程中可以通過(guò)模型信息處理，對(duì)鋼筋進(jìn)行編號(hào)，鋼筋報(bào)表控制材料進(jìn)場(chǎng)量，減少浪費(fèi)及材料過(guò)載堆放，鋼筋下料、制作可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)精確施工?；炷敛牧狭拷y(tǒng)計(jì)精準(zhǔn)高效，施工前輸出即將澆筑部位混凝土量，合理計(jì)劃每次澆筑方量，避免不必要的材料損耗。

在經(jīng)營(yíng)算量方面實(shí)現(xiàn)了快速提取、快速輸出工程量清單，包含工程量、供貨方、施工方、進(jìn)場(chǎng)日期、施工日期、型號(hào)等，清單內(nèi)容詳細(xì)且與工程聯(lián)系緊密，形成了系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)庫(kù)，有助于項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理、外包采購(gòu)管理、溝通協(xié)調(diào)管理等多方面。

在巴更大橋施工中，公司發(fā)揮BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)全過(guò)程采用信息化管理模式。以BIM模型為數(shù)據(jù)信息載體，三維模型整合集成施工管理必要信息，最終發(fā)布在ProjectWise服務(wù)器，項(xiàng)目參建方依據(jù)各自權(quán)限，實(shí)時(shí)調(diào)用信息模型，提取信息。通過(guò)PW平臺(tái)，保證“一個(gè)模型，各方通用”，從而確保施工信息傳遞的一致性，實(shí)現(xiàn)高效協(xié)同作業(yè)。

BIM應(yīng)用效果和經(jīng)濟(jì)效益分析

本項(xiàng)目通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程通過(guò)模型屬性信息進(jìn)行管理，改變了傳統(tǒng)的管理模式，從而提高了項(xiàng)目施工效率，節(jié)約了大量施工成本。并對(duì)構(gòu)件采用cell單元庫(kù)管理模式，形成了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，方便模型調(diào)取。

BIM技術(shù)可以為項(xiàng)目提出最佳的優(yōu)化設(shè)計(jì)解決方案，通過(guò)模擬施工、精確算量，為項(xiàng)目決策層提供可靠的技術(shù)依據(jù)，本項(xiàng)目?jī)H在巴更大橋T梁垂直提升架設(shè)一項(xiàng)上，節(jié)省15萬(wàn)元，工期縮短56天。