基于BIM技術(shù)現(xiàn)澆箱梁支架設(shè)計(jì)及施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

董浩 譚宏宇

摘? ? 要：現(xiàn)澆梁支架作為橋梁工程建設(shè)中的關(guān)鍵要點(diǎn)，其在方案設(shè)計(jì)階段時(shí)的支架布置及施工過(guò)程中的條件限制往往需要考慮各方面影響。使用BIM技術(shù)對(duì)現(xiàn)澆梁支架設(shè)計(jì)及施工進(jìn)行全過(guò)程模擬，運(yùn)用其可視化特點(diǎn)，解決施工區(qū)域集中時(shí)交叉施工的問(wèn)題，應(yīng)用三維技術(shù)交底、工程材料數(shù)量提取、虛擬仿真模型搭建、施工進(jìn)度模擬、材料周轉(zhuǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供完善的方案可行性分析，達(dá)到優(yōu)化方案支架體系的目的，確保在各階段未充分考慮到的各項(xiàng)問(wèn)題提前分析解決，減少不必要的返工。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆梁支架;BIM技術(shù);模擬;可視化;可行性分析

1? 引言

現(xiàn)澆梁支架設(shè)計(jì)通常采用CAD繪制，文字方案進(jìn)行說(shuō)明，作為平面結(jié)構(gòu)其缺乏一定的信息傳遞性以及人與建筑之間的互動(dòng)性，在整體設(shè)計(jì)施工階段會(huì)產(chǎn)生信息失真。而采用BIM技術(shù)對(duì)現(xiàn)澆梁支架方案進(jìn)行仿真模擬，可以起到良好的預(yù)判和指導(dǎo)作用，通過(guò)BIM技術(shù)可視化的呈現(xiàn)，打破局限性的2D平面視圖，方便了團(tuán)隊(duì)成員共同審閱模型并進(jìn)行協(xié)同討論，減少各方溝通之間存在的想象落差，提高了工程效率，簡(jiǎn)化了溝通難點(diǎn)，達(dá)到工程團(tuán)隊(duì)的共識(shí)。

2? 工程概況

某新建渦輪互通立交項(xiàng)目現(xiàn)澆梁共計(jì)133孔，現(xiàn)場(chǎng)施工組織按照南北方向?qū)ネ▍^(qū)現(xiàn)澆梁進(jìn)行劃分，北側(cè)采用盤扣式滿堂支架，南側(cè)采用鋼管柱支架?；ネ⒔皇┕^(qū)域狹小，呈4層空間分布，交叉施工影響大，施工組織難度高。

3? 方案設(shè)計(jì)及模型搭建

3.1? 盤扣式滿堂支架設(shè)計(jì)

3.1.1? 設(shè)計(jì)參數(shù)

布置間距：橫橋向立桿間距為0.9m、1.2m，其中腹板處加密;縱橋向在端橫梁和中橫梁處間距為0.9m，跨中位置立桿間距采用1.2m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，立桿步距為1.5m，斜撐每間隔一步設(shè)置一道至頂部。

橫橋向：采用單根150H型鋼主龍骨，放置于盤扣頂托上，跨度根據(jù)支架布設(shè)安裝。次龍骨采用100×100mm方木，中心間距20cm，跨度為1.2m，橫梁處為0.9m，底模采用δ=15mm的竹膠板。

翼緣處：采用單根150H型鋼主龍骨，放置于盤扣頂托上，次龍骨采用[Φ]48[×]3.5mm鋼管背肋和5cm[×]7cm方木，鋼管背肋間距60cm一道，縱向方木背肋中心間距20cm，側(cè)模采用δ=6mm的竹膠板，并增加斜撐鋼管進(jìn)行側(cè)模體系加固。

3.1.2? 盤扣式支架構(gòu)建族創(chuàng)建

根據(jù)方案設(shè)計(jì)確定的材料及布置間距參數(shù)在REVIT中進(jìn)行模型搭建，建立盤扣各組件模型及其余材料的參數(shù)化模型，使族能夠適應(yīng)箱梁變化而進(jìn)行尺寸參數(shù)調(diào)整。

3.1.3? 模型搭建

組合各構(gòu)件族，調(diào)整尺寸參數(shù)進(jìn)行支架定位及模型搭建，確保符合方案設(shè)計(jì)要求，通過(guò)REVIT項(xiàng)目樣板生成三維支架模型，同時(shí)可以導(dǎo)出各立面視圖，提供模型數(shù)據(jù)支撐。

3.1.4? ?側(cè)模支撐體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

側(cè)模體系中構(gòu)建繁多，包括立桿、橫桿、斜桿、頂?shù)淄?、H型鋼，方木，扣件等。通過(guò)BIM模型可視化特點(diǎn)進(jìn)行三維漫游，可以對(duì)支撐體系進(jìn)行檢查定位，優(yōu)化布置間距及桿件間的連接方式，消除桿件之間的碰撞，優(yōu)化支撐布設(shè)，確定后場(chǎng)鋼管加工下料長(zhǎng)度以及彎管弧度，保證了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中桿件連接安全可靠。

3.1.5? 墩柱侵占支架空間

渦輪互通區(qū)匝道橋上下交錯(cuò)，其中DU04聯(lián)現(xiàn)澆梁下部支架受到CP15墩柱侵占影響，該部位支架整體需進(jìn)行重新調(diào)整確保支架整體穩(wěn)定性。

通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行1：1模擬現(xiàn)場(chǎng)盤扣滿堂支架搭設(shè)情況，發(fā)現(xiàn)主要問(wèn)題為：①盤扣立桿、橫桿、斜桿侵入墩柱內(nèi)部需要進(jìn)行移除;②底托需重新布置于墩柱頂部。③因支撐桿件減少（120cm橫桿52根、90cm橫桿16根，斜桿35根），此處為受力薄弱點(diǎn)，需進(jìn)行穩(wěn)固措施，保證支架體系結(jié)構(gòu)安全性。

針對(duì)上述問(wèn)題整理，對(duì)基礎(chǔ)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，解決方案包括：①青色：調(diào)整底托至墩頂，形成底部支撐。②紅色：雙拼焊接150H型鋼作為底托底部支撐，減少底托絲扣外露長(zhǎng)度。③黃色、綠色：立桿底部50cm滿布橫桿，加強(qiáng)此處于周圍立桿的橫向連接，優(yōu)化支架整體穩(wěn)定性。④淺紅色：底部橫桿由于墩柱侵入無(wú)法布置，通過(guò)外加鋼管進(jìn)行扣件連接，加強(qiáng)縱向立桿整體連接強(qiáng)度，確保支架受力均勻。

3.2? 鋼管柱支架設(shè)計(jì)

3.2.1? 設(shè)計(jì)參數(shù)

底部支撐體系：條形基礎(chǔ)采用C30混凝土，尺寸為1150cm[×]50cm[×]80cm;底座頂面預(yù)埋50cm[×]50cm鋼板與鋼管柱焊接;采用[Φ]426[×]8mm鋼管柱+砂箱作為豎向支撐，橫向間距2.5m，縱向間距根據(jù)現(xiàn)澆梁長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，最大不超過(guò)5.3m;斜撐采用5cm[×]8cm方鋼與抱箍通過(guò)螺栓連接。

上部支撐體系：底模為15mm竹膠板，下部采用10cm[×]10cm方木，中心間距20cm布置，方木下為I32b工字鋼縱向分配梁間距80cm。分配梁下放置I40b工字鋼橫向承重梁。

側(cè)向支撐體系：側(cè)模采用δ=6mm的竹膠板，次龍骨采用[Φ]48[×]3.5mm鋼管背肋和5cm[×]7cm方木，鋼管背肋間距60cm一道，縱向方木背肋中心間距20cm。

3.2.2? 模型搭建

根據(jù)方案要求組合模型，生成橫縱截面圖及三維視圖進(jìn)行方案可行性論證。

3.2.3? 細(xì)部節(jié)點(diǎn)交底

鋼管柱支架安全把控要點(diǎn)多，通過(guò)三維模型設(shè)計(jì)交底，可將二維視圖中未考慮全面的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，使施工人員能夠清晰的理解細(xì)部構(gòu)造，從而提高施工精度，減少返工現(xiàn)象，保證了施工質(zhì)量。

3.2.3.1? 工字鋼穩(wěn)定性要點(diǎn)

I40b工字鋼通過(guò)兩道騎馬筋與底部砂箱鋼板進(jìn)行穿孔連接;I32b工字鋼通過(guò)兩側(cè)肋板處焊接[Φ]16鋼筋做斜向支撐穩(wěn)固。

3.2.3.2? 墩柱處支撐體系

墩柱頂部由于墊石、支座和抗震擋塊的影響，原支撐體系中32b縱向工字鋼需加大間距。通過(guò)三維漫游發(fā)現(xiàn)不足之處后進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，采取底部增加方木進(jìn)行支墊，上部放置10#工字鋼進(jìn)行橫向支撐，增加支架穩(wěn)定性。

3.2.3.3? 端頭處模板體系

端頭處模板體系是現(xiàn)澆梁安全及質(zhì)量控制的關(guān)鍵要點(diǎn)之一，通過(guò)模擬采用15mm厚整體木模板封堵，橫向背肋采用10mm[×]10cm方木，中心間距30cm/道，縱向背肋采用雙拼鋼管，間距80cm/道，蝴蝶卡+對(duì)拉螺桿固定，鋼管伸出現(xiàn)澆梁頂板150cm，采用裝配式圍擋固定至鋼管上?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中端頭處安全防護(hù)有效，結(jié)構(gòu)線型平順，且無(wú)漏漿現(xiàn)象發(fā)生，整體安全、質(zhì)量控制可靠。

3.2.3.4? 箱室內(nèi)部支撐

現(xiàn)澆梁砼澆筑過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)內(nèi)模漲模及爆模現(xiàn)象導(dǎo)致砼超方，主要原因是箱室內(nèi)部支撐穩(wěn)定性差，布置形式不規(guī)范。通過(guò)BIM技術(shù)優(yōu)化箱室內(nèi)部支撐體系，形成三維模型，根據(jù)箱室內(nèi)部構(gòu)造合理采用鋼管+方木支撐體系進(jìn)行扣件式連接，統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)模支撐結(jié)構(gòu)形式，采用三維模型展示將方案交底至各隊(duì)伍負(fù)責(zé)人，在后續(xù)施工過(guò)程中內(nèi)模整體穩(wěn)定性極高。

3.2.3.5? 側(cè)模支撐體系優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)預(yù)彎弧形鋼管尺寸進(jìn)行側(cè)模體系整體設(shè)計(jì)，順橋向布置間距為60cm。設(shè)計(jì)4道豎向鋼管作為受力支撐及裝配式圍擋固定桿;通長(zhǎng)鋼管9道作為支撐體系整體穩(wěn)定性連接，斜撐2道交叉連接作為側(cè)壓力支撐。底部橫截面間距1.8m設(shè)置通長(zhǎng)鋼管連接左右兩邊的側(cè)模體系。經(jīng)過(guò)BIM三維設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)施工驗(yàn)證。側(cè)模支撐體系穩(wěn)定性強(qiáng)，裝拆方便，尺寸設(shè)計(jì)合理，極大的提高了現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度。

3.2.4? 安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

穿行效率高為鋼管柱支架的特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)便道規(guī)劃以及通行要求，提前進(jìn)行門洞防護(hù)設(shè)計(jì)，通過(guò)三維模型進(jìn)行門洞結(jié)構(gòu)布置，兩側(cè)通過(guò)防護(hù)棚作為通道，連接處上部放置15mm竹膠板防落物。同時(shí)可以對(duì)爬梯的布置規(guī)劃和安全標(biāo)志標(biāo)牌，安全警示橫幅進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用BIM技術(shù)可視化特點(diǎn)，確保現(xiàn)澆梁施工過(guò)程中安全的前瞻性及可靠性。

3.3? 三維技術(shù)交底

通過(guò)精細(xì)化BIM建模，可使用投影設(shè)備及VR技術(shù)向施工人員展示虛擬施工場(chǎng)景，對(duì)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)、難點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，通過(guò)實(shí)時(shí)操作對(duì)模型細(xì)部結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)觀察可以多視角進(jìn)行方案可行性判定，輔助進(jìn)行方案設(shè)計(jì)優(yōu)化，建立全新的交互模式，避免現(xiàn)場(chǎng)施工出現(xiàn)返工現(xiàn)象。

3.4? 精細(xì)材料用量

通過(guò)建立精細(xì)三維模型，使用Revit明細(xì)表提取模型材料用量，形成支架工程量清單，可以精確到單個(gè)螺絲的數(shù)量。采用BIM技術(shù)進(jìn)行材料用量統(tǒng)計(jì)，減少了手算的失誤和繁瑣過(guò)程，并且還可以進(jìn)行分孔、分聯(lián)單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算匯總，使項(xiàng)目部向零庫(kù)存材料管理目標(biāo)進(jìn)靠近。

在進(jìn)行材料周轉(zhuǎn)使用時(shí)，使用Fuzor 4D管理平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目施工進(jìn)度信息化動(dòng)態(tài)模擬，可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度以及后續(xù)施工進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行材料周轉(zhuǎn)模擬，列出材料由第幾聯(lián)現(xiàn)澆梁向第幾聯(lián)進(jìn)行周轉(zhuǎn)的詳細(xì)方案，通過(guò)對(duì)比相鄰兩孔現(xiàn)澆梁的工程量差值，計(jì)算出材料清單的差值并進(jìn)行材料補(bǔ)充或材料富余量清單，既確保周轉(zhuǎn)方案可行，亦可提高每一套支架及模板的周轉(zhuǎn)次數(shù)，實(shí)現(xiàn)材料周轉(zhuǎn)的合理性，達(dá)到成本合理控制的目標(biāo)。

4? 結(jié)論

基于BIM技術(shù)現(xiàn)澆梁支架設(shè)計(jì)及施工虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，以實(shí)際尺寸控制支架的布設(shè)，進(jìn)行三維審查細(xì)化支架布置方案。考慮各區(qū)域施工計(jì)劃存在的交叉施工問(wèn)題，通過(guò)三維技術(shù)交底、工程材料數(shù)量提取、虛擬仿真模型搭建、施工進(jìn)度模擬、材料周轉(zhuǎn)優(yōu)化設(shè)計(jì)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?？蓪IM模型作為方案信息庫(kù)，明確方案內(nèi)容，延伸更多的視覺分析與討論，為橋梁支架搭設(shè)過(guò)程中的安全控制、質(zhì)量控制、進(jìn)度控制、成本控制提供一種全新的BIM解決方案。

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