基于BIM技術(shù)的九溪大橋4D施工模擬

李雅杰

摘要：建立了標(biāo)準(zhǔn)的曲線橋核心構(gòu)件族庫和臨時(shí)構(gòu)件族庫，完成了九溪大橋BIM模型的建立。將BIM模型導(dǎo)入Navisworks2018平臺(tái)中進(jìn)行分析處理，利用TimeLiner功能把模型構(gòu)件與時(shí)間維度相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了九溪大橋施工過程的4D模擬。

關(guān)鍵詞：橋梁工程，九溪大橋，BIM，4D模擬，施工

目前，通過BIM軟件，建筑圖紙已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)100%出圖。但從長遠(yuǎn)看，BIM的應(yīng)用價(jià)值不應(yīng)該僅僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段，更應(yīng)該在建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期中體現(xiàn)其價(jià)值。施工階段作為承上啟下的階段，充當(dāng)著將設(shè)計(jì)意圖付諸實(shí)施，轉(zhuǎn)化為建筑成品的重要作用，因此，在施工階段應(yīng)用BIM蘊(yùn)藏著極大的價(jià)值。

在國外，BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用研究開展較早。目前開發(fā)了動(dòng)態(tài)建筑信息模型數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫的建立為項(xiàng)目的不同參與方提供了交流以及獲取信息的平臺(tái)。然而，我國對于BIM技術(shù)在項(xiàng)目施工中的應(yīng)用研究起步較晚，通過建立4D施工資源信息模型，開發(fā)了4D施工資源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了施工階段對材料、機(jī)械等施工資源的動(dòng)態(tài)管理，并通過在BIM模型中集成工程量信息，實(shí)現(xiàn)了對成本的實(shí)時(shí)監(jiān)控。建立了參數(shù)化BIM模型，重點(diǎn)對碰撞檢測、4D施工模擬和施工進(jìn)度管理等進(jìn)行研究，探索了BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用。本文將BIM技術(shù)應(yīng)用到九溪大橋的施工過程中，采用核心建模軟件Revit建立包含完整工程信息的全橋BIM模型，然后進(jìn)行4D施工模擬。

1工程概況

本項(xiàng)目為濱海東大道（翔安東路-蓮河段），起點(diǎn)與在建的濱海東大道（澳頭至大嶝大橋段）順接，沿線與翔安東路、望嶝北路、溪東路、機(jī)場快速路、蓮河?xùn)|路等相交，終至廈門與廈門交界處與規(guī)劃廈門濱海大道相接，路線全長 8.711km，路幅寬 60 米。九溪大橋全長498m，上部構(gòu)造為PC現(xiàn)澆連續(xù)箱梁;九溪大橋呈曲線型，橋面受力左右不均，澆筑質(zhì)量難以控制，運(yùn)用BIM技術(shù)分析橋梁受力，有效提高施工質(zhì)量。

2 BIM模型的建立

2.1建模流程

由于九溪大橋?yàn)榍€型結(jié)構(gòu)，考慮國內(nèi)外各BIM建模軟件的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，最終選擇采用AutodeskRevit軟件，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行九溪大橋的核心建模工作。Revit軟件最大的優(yōu)點(diǎn)就是建模自由度高，可以根據(jù)需要建立各種復(fù)雜截面的構(gòu)件模型。

首先，利用Revit軟件中“族”的概念，把曲線橋橋的每一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件看作是一個(gè)構(gòu)件族。依次建立鋼便橋及鉆孔平臺(tái)、樁基礎(chǔ)、承臺(tái)、墩柱、現(xiàn)澆梁等參數(shù)化構(gòu)件族。然后將這些構(gòu)件族載入項(xiàng)目中心文件中，根據(jù)各構(gòu)件的空間位置及邏輯關(guān)系，更改其標(biāo)高、平面坐標(biāo)等參數(shù)，并添加相關(guān)屬性信息，最終形成結(jié)構(gòu)的整體模型，即核心BIM模型。圖2為利用Revit平臺(tái)進(jìn)行九溪大橋BIM建模的整體流程。

2.2核心構(gòu)件族庫的建立

根據(jù)九溪大橋的設(shè)計(jì)信息，采用Revit軟件繪制構(gòu)件輪廓，然后通過拉伸、融合等工具生成三維模型，并按照標(biāo)準(zhǔn)定義構(gòu)件特性參數(shù)形成參數(shù)化構(gòu)件族庫。本曲線橋中自建的參數(shù)化構(gòu)件族庫包含鋼便橋及鉆孔平臺(tái)、樁基礎(chǔ)、承臺(tái)與墩柱、現(xiàn)澆梁等族庫，可通過更改參數(shù)信息生成任意尺寸的構(gòu)件。各構(gòu)件族庫為BIM模型的最小單位。

在Revit中，按照施工圖創(chuàng)建項(xiàng)目的控制標(biāo)高和軸網(wǎng)，然后在相應(yīng)平面視圖中依次載入各構(gòu)件族庫，并通過拼組形成模型組件，添加材料、施工工藝等各種工程信息，形成包含完整工程信息的BIM模型。具體過程如下：

鋼便橋及鉆孔平臺(tái)，鋼便橋主便橋設(shè)置在橋梁左側(cè)，P5～P12墩設(shè)置支便橋及鉆孔平臺(tái)。主便橋?qū)?m，長335米，支便橋?qū)?米、9米兩種形式，鉆孔平臺(tái)尺寸根據(jù)承臺(tái)尺寸設(shè)定;橋樁基采用嵌巖樁樁基礎(chǔ)，總共178根;九溪大橋設(shè)計(jì)有27個(gè)承臺(tái)，其中13個(gè)承臺(tái)位于陸地，16個(gè)承臺(tái)位于九溪水域中;墩身高3.6m-15.4m，根據(jù)設(shè)計(jì)信息建立各構(gòu)件參數(shù)化族庫，再將樁基、承臺(tái)與墩柱按照空間位置關(guān)系進(jìn)行拼組，形成組件，見圖4，即可方便查看樁徑、樁長、承臺(tái)與墩柱尺寸等工程信息。

當(dāng)鋼便橋及鉆孔平臺(tái)、樁基、承臺(tái)、墩柱與現(xiàn)澆梁等族模型全部建立完成后，再將它們載入Revit同一項(xiàng)目文件中，根據(jù)各構(gòu)件之間的空間位置關(guān)系，調(diào)整軸網(wǎng)及標(biāo)高，最終形成了九溪大橋的全橋BIM模型，

3施工過程模擬

3.1總體施工方案模擬

本曲線橋按照自下而上、先中間后兩邊的施工順序，首先施工鋼便橋及鉆孔平臺(tái)、樁基、承臺(tái)、墩柱，再采用支架法施工現(xiàn)澆段橋梁，分節(jié)段澆筑各主梁梁段，最后施工護(hù)欄，完成橋面鋪裝。將本文建立的BIM核心模型導(dǎo)入Navisworks2018中進(jìn)行分析處理，利用TimeLiner功能將模型構(gòu)件與時(shí)間維度相關(guān)聯(lián)，形成4D 模型，從而進(jìn)行施工過程模擬。

對于樁基礎(chǔ)，首先施工鉆孔平臺(tái)，然后采用旋挖鉆機(jī)鉆孔施工。由于承臺(tái)埋深較大且此處地下水豐富，承臺(tái)采用鋼板樁支護(hù)施工。墩身高度H≤8m墩（即九溪大橋1-4#臺(tái)墩柱）施工采用一次性澆筑墩身砼的施工方法;墩身高度H>8m墩（即九溪大橋5-12#臺(tái)墩柱）的采用分節(jié)段澆筑墩身砼的施工方法。采用汽車吊（25T）垂直運(yùn)輸施工材料，工人上下利用腳手架（路上配合人形梯籠、水上配合吊梯）。

九溪大橋現(xiàn)澆梁陸地上第一聯(lián)、第二聯(lián)一、二跨支架采用盤扣支架，其余采用鋼管柱加貝雷桁架搭設(shè)，每跨貝雷梁按簡支設(shè)置，橫橋向根據(jù)橋梁橫截面設(shè)計(jì)不同，分別采取不同的鋼管貝雷支架布置?？v橋向35m跨箱梁縱向設(shè)置3排鋼管立柱，一個(gè)中支墩，兩個(gè)邊支墩，最大間距為13m，鋼柱之間橫縱橋向每兩根鋼管柱上下每隔6m采用20#工字鋼做橫縱向連接，16#工字鋼做剪刀撐連接，鋼管柱底部采用直徑10mm的鋼板封端，保證鋼管柱受力和穩(wěn)定。鋼管柱上設(shè)置雙排40b工字鋼做橫梁，橫梁上架設(shè)貝雷桁架梁，縱向長度根據(jù)箱梁跨度來布置。55m 跨按三跨布置，即12m+13m+12m，25m跨按兩跨布置，即8.5m+9m;橫向截面腹板下按45cm布置單層貝雷梁，其它位置按90cm布置單層貝雷梁，貝雷架上按照0.6m、1.2m布置一道14a的工字鋼，并用φ48 鋼管+U形卡與貝雷梁，6米長鋼管3道U形卡相互鎖扣增加穩(wěn)定性。工字鋼上安裝腳手架，縱橋向間距60cm、120cm布置。盤扣式鋼管支架搭設(shè)，立桿采用φ60.3×3.2mm 鋼管，水平桿、豎向斜桿采用φ48.3×2.5mm 鋼管，立桿間距縱橋向間距60cm、120cm布置，橫橋向間距150cm、90cm、120cm 布置，箱梁底、頂模板采用2400*1200*15mm的竹膠板，模板下鋪設(shè) 10×10cm 的方木腹板下20cm間距、室板下30cm 間距，方木下布14a的工字鋼。翼緣板下采用2400*1200*9mm的竹膠板，橫向8×8cm方木分配梁間距30cm，方木下設(shè)置弧形托架。

3.2關(guān)鍵施工工序模擬

針對特殊施工工序的專項(xiàng)方案進(jìn)行模擬和分析，清晰地把握施工過程中關(guān)鍵工序的施工難點(diǎn)和要點(diǎn)，從而提高施工質(zhì)量和效率，確保施工專項(xiàng)方案的安全性，指導(dǎo)施工現(xiàn)場科學(xué)施工。墩柱施工完成后，采用支架法澆筑現(xiàn)澆梁施工。支架采用便于組裝和拆卸的鋼管和型鋼，其上鋪設(shè)貝雷梁在支架搭設(shè)完成后，并檢查預(yù)埋構(gòu)件，以確保墩柱、梁固結(jié)質(zhì)量，然后鋪設(shè)方木、安裝模板、綁扎鋼筋，最后進(jìn)行混凝土澆筑。

3.3可視化施工進(jìn)度管理

將九溪大橋全橋模型導(dǎo)入Navisworks軟件中，借助TimeLiner功能，按照施工組織設(shè)計(jì)中的施工進(jìn)度計(jì)劃，將模型信息與計(jì)劃時(shí)間相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)4D施工進(jìn)度管理，還可自動(dòng)生成施工進(jìn)度甘特圖。通過4D模擬，能夠形象直觀地了解施工進(jìn)度情況，對施工進(jìn)度進(jìn)行有效管控。

4結(jié)語

本文采用BIM核心建模軟件Revit，對九溪大橋進(jìn)行參數(shù)化建模，建立了標(biāo)準(zhǔn)下的曲線橋核心構(gòu)件族庫，然后載入同一項(xiàng)目文件中，根據(jù)各構(gòu)件的平面坐標(biāo)及空間位置關(guān)系進(jìn)行拼組，建立了包含完整工程信息的九溪大橋BIM模型。將BIM模型導(dǎo)入Navisworks軟件中進(jìn)行分析，通過TimeLiner 功能使模型構(gòu)件與時(shí)間維度相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了曲線橋施工過程的4D 模擬。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)，具體完成了九溪大橋總體施工方案的模擬、支架法現(xiàn)澆施工模擬，使施工過程與施工進(jìn)度變得可視化。

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