BIM技術(shù)在公鐵兩用懸索橋中的應(yīng)用研究

劉 杰 李 冰

（1.中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司 430050；2.寧安鐵路公司馬鞍山長江大橋指揮部 243000）

0 引言

BIM 技術(shù)作為一種先進的技術(shù)手段和管理理念，涉及工程項目全生命周期，能顯著提高工程質(zhì)量控制和安全管理水平[1]。中國國家鐵路集團有限公司于2013年12月成立“鐵路BIM 聯(lián)盟”，并相繼發(fā)布了《鐵路工程實體結(jié)構(gòu)分解指南》、《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》、《鐵路工程信息模型存儲標準》、《鐵路工程信息模型交付精度標準》等一系列BIM 標準，大力推廣BIM 技術(shù)在鐵路行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用[2]。連鎮(zhèn)鐵路五峰山公鐵兩用大橋項目在“鐵路BIM 聯(lián)盟”BIM 應(yīng)用框架下，結(jié)合自身項目特點和管理需求開展面向項目全生命周期的BIM 技術(shù)應(yīng)用。

1 工程概況

五峰山長江大橋是新建連（云港）鎮(zhèn)（江）鐵路跨越長江的關(guān)鍵工程，其主橋主纜跨度為（350+1092+350），主梁跨度為（84+84+1092+84+84）m，加勁梁采用鋼桁梁，立面采用華倫桁式，橫斷面采用帶副桁的直主桁形式，2 片主桁中心距為30m，桁高16m，節(jié)間距14m，副桁中心距與主纜中心距為43m（圖1），施工方式為雙節(jié)段整體施工，每個大節(jié)段長28m，最大重量為1758t[3]。

圖1 五峰山長江大橋BIM 模型

2 應(yīng)用總體規(guī)劃

五峰山長江大橋采用了業(yè)主驅(qū)動的BIM 推進方式，由工程建設(shè)指揮部主導(dǎo)，整合設(shè)計單位、BIM 咨詢單位、施工單位、鋼梁制造單位及后期運維管養(yǎng)單位等，開展面向項目全生命周期的BIM 技術(shù)應(yīng)用，各單位職責(zé)見表1。

表1 BIM 參建單位職責(zé)

業(yè)主驅(qū)動的BIM 應(yīng)用模式可以根據(jù)項目特點制定項目目標、組織流程、規(guī)范標準、平臺和協(xié)作機制，并針對項目進展情況隨時調(diào)整BIM 規(guī)劃和信息內(nèi)容，能較好的整體把控各階段的信息流通、提升管控能力，也是現(xiàn)階段主流的BIM 應(yīng)用模式[4]。

3 BIM 模型建立

本項目BIM 模型由設(shè)計單位完成，能較好的反應(yīng)設(shè)計意圖，并綜合考慮施工組織設(shè)計，依據(jù)鐵路BIM 聯(lián)盟頒布的《鐵路工程信息模型分類和編碼標準》和《鐵路工程信息模型交付精度標準》深化本項目橋梁專業(yè)編碼，并和施工單位一起編制BIM 技術(shù)實施方案和應(yīng)用標準，進行分部分項工程的劃分和WBS 分解，實現(xiàn)BIM 模型在設(shè)計、施工階段的模型轉(zhuǎn)化和數(shù)據(jù)互通，并考慮了運維階段的BIM 應(yīng)用需求，確保信息在項目全生命周期內(nèi)的共享和無損傳遞。

由于本項目用鋼梁較大，達到7.2 萬噸，因此選用比較適用于鋼結(jié)構(gòu)建模的Tekla Structure 軟件進行建模。模型精度采用LOD3.5[5]，即施工圖設(shè)計精度，模型幾何精度為G3.0，即滿足真實外觀等精細識別需求的幾何精度。對于鋼結(jié)構(gòu)來說，應(yīng)建立正式設(shè)計文件中的所有幾何信息和非幾何信息。如鋼板件形狀、板厚、切角、人孔、手孔、預(yù)埋件等，還包括構(gòu)件之間的連接，如拼接板、填板、螺栓等；對于混凝土結(jié)構(gòu)來說，應(yīng)在設(shè)計文件的基礎(chǔ)上考慮施工組織設(shè)計，對混凝土結(jié)構(gòu)進行澆筑體劃分。例如，對錨錠、橋塔、橋墩等按施工階段進行分層或分段（圖2）。

圖2 整節(jié)段鋼梁和北錨錠BIM 模型

在建立BIM幾何模型的過程中，還要同步對模型的非幾何信息進行添加。在設(shè)計BIM 模型交付時，非幾何信息主要有：材質(zhì)、名稱、位置信息、設(shè)計編號、構(gòu)件類型等。在后期BIM 應(yīng)用過程中，隨著工程的進展，BIM 模型的幾何信息和非幾何信息會逐步豐富，最終形成竣工交付BIM 模型。

4 BIM 模型應(yīng)用

設(shè)計BIM 模型交付后，在建設(shè)期間的BIM 應(yīng)用可以劃分為“基于模型的應(yīng)用”和“基于平臺的應(yīng)用”兩大類。

4.1 基于模型的BIM 應(yīng)用

4.1.1 模型深化

施工單位在設(shè)計BIM 模型基礎(chǔ)上針對施工難度大的復(fù)雜部位進行深化，并做相應(yīng)的施工模擬，提前發(fā)現(xiàn)并解決后期可能遇到的問題，保證施工順利進行。例如本項目承臺、主塔下橫梁、錨錠等部位結(jié)構(gòu)體量和荷載比較大，鋼筋布置密集且直徑較大，和預(yù)應(yīng)力以及施工勁性骨架支架的碰撞時有發(fā)生；通過BIM 模型對其進行深化，綜合考慮混凝土澆筑分段、鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋、施工勁性骨架、混凝土澆筑模板、圍堰等因素，建立精細化BIM 模型來指導(dǎo)施工。

4.1.2 鋼結(jié)構(gòu)制造

在鋼梁制造階段，采用了基于BIM 模型的設(shè)計制造一體化技術(shù)來進行加工。將精度為LOD3.5 的設(shè)計BIM 模型深化為精度LOD4.0 的制造BIM 模型（3），主要對橋面板等超寬板根據(jù)鋼板定尺長度和寬度進行劃分，并由BIM模型生成制造工藝圖，再根據(jù)制造工藝添加鋼板的工藝余量，生成NC 文件代碼，進行自動排板套料，并最終生成機床數(shù)控代碼，輸入數(shù)控機床對鋼板件進行切割。

圖3 鋼梁設(shè)計BIM 模型和制造BIM 模型

4.1.3 虛擬預(yù)拼裝

本項目鋼桁梁采用雙節(jié)間整節(jié)段制造架設(shè)，在節(jié)段出廠前要在工廠進行整體預(yù)拼裝。根據(jù)鋼梁廠拼裝工藝和本項目若干次鋼梁組拼之后的數(shù)據(jù)，對焊接余量、焊接順序、拼裝順序等因素對組拼精度的影響，并在BIM 模型上進行模擬，對上述因素進行調(diào)整和優(yōu)化。在確定最優(yōu)的拼裝工藝之后，采用激光跟蹤技術(shù)建立鋼梁實體空間測量網(wǎng)，在橋面板、桁片等連接部位布設(shè)測點，并與BIM 模型進行動態(tài)對比，將接頭兩側(cè)的坐標組進行擬合，完成鋼桁梁塊體之間的虛擬拼裝。在完成虛擬預(yù)拼裝之后，還要對節(jié)段長寬高、對角線差值、桿件角度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進行測量和實際組拼數(shù)據(jù)進行對比分析，對下一輪組拼進行優(yōu)化（圖4）。

圖4 虛擬拼裝過程示意圖

4.1.4 基于平臺的BIM 應(yīng)用

本項目定制開發(fā)了基于云技術(shù)的BIM 管理平臺，通過IFC 格式導(dǎo)入BIM模型及信息，提供了PC 端、網(wǎng)頁端、移動端三個平臺的應(yīng)用，并對模塊式的BIM 應(yīng)用進行集成，實現(xiàn)了設(shè)計、建設(shè)、施工、監(jiān)理等部門多方協(xié)同工作，提供了基于BIM 技術(shù)的施工進度、安全質(zhì)量、場地設(shè)施的集成管理，實現(xiàn)了BIM 模型價值最大化。

4.1.5 進度管理

將設(shè)計單位BIM 模型通過IFC 格式導(dǎo)入BIM 管理平臺之后，通過編碼將Project 進度計劃和BIM 模型相關(guān)聯(lián)，以此為基礎(chǔ)形成計劃進度模擬。實際進度需通過移動端進行填報，通過掃描事先定義的構(gòu)件及工序二維碼，在模板中自動生成填報數(shù)據(jù)，既減少了填報工作量，又提高了準確率，減少了人為干預(yù)因素。

在平臺中可以實現(xiàn)計劃進度和實際進度的可視化對比分析、進度沖突預(yù)警、任務(wù)前置和之后分析，通過對一個或多個WBS 分部分項、施工節(jié)段和工序節(jié)點進行施工進度模擬和分析，通過可視化方式直觀展示工程進展情況，輔助指揮部和施工單位把控工程進度。

4.1.6 質(zhì)量安全管理

質(zhì)量安全問題是施工過程中的重中之重，一旦發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)立刻發(fā)起整改流程，因此在BIM 管理平臺中更側(cè)重移動端的應(yīng)用。當建設(shè)管理方或者監(jiān)理方在移動端發(fā)起問題整改流程時，可以在BIM 模型中生成問題定位點，并在通過平臺和微信將問題推送至施工單位安全質(zhì)量部門，在問題整改解決后，再推送給問題發(fā)起部門，發(fā)起部門確認整改合格后，形成質(zhì)量安全問題閉環(huán)。

4.1.7 鋼梁制造信息化管理

在鋼梁制造過程中除了采用基于BIM 模型的設(shè)計制造一體化技術(shù)外，還通過BIM 管理平臺對鋼梁制造及架設(shè)進行全過程信息化管理。首先在設(shè)計BIM 模型及編碼的基礎(chǔ)上對鋼梁大節(jié)段進行分解，形成鋼結(jié)構(gòu)制造單元編碼，并生成相應(yīng)的二維碼。在鋼結(jié)構(gòu)分塊單元制造完成后，通過掃描二維碼錄入制造生產(chǎn)信息及質(zhì)檢信息，方便追溯；隨后的分塊拼裝、噴漆、總拼、運輸、吊裝等環(huán)節(jié)也通過移動端隨時更新至BIM 管理平臺。管理人員可實時通過BIM 管理平臺查看所有鋼梁節(jié)段的狀態(tài)或生產(chǎn)計劃，對施工進度、場地布置、吊裝設(shè)備及人員等進行組織優(yōu)化。

5 結(jié)語

五峰山長江大橋BIM 應(yīng)用結(jié)合工程實際，采用了業(yè)主驅(qū)動模式，使用了“基于模型的BIM 應(yīng)用”和“基于平臺的BIM 應(yīng)用”兩條推進路線，用高質(zhì)量高精度BIM 模型支撐精細化BIM 應(yīng)用，并將移動端BIM 應(yīng)用作為應(yīng)用重點，提高了信息管理的時效性和準確性。

在建設(shè)期間將BIM 應(yīng)用的重點集中在“進度、安全質(zhì)量、鋼結(jié)構(gòu)信息化”等應(yīng)用點上，深度挖掘BIM 模型及信息的價值，切實提高了施工管理的水平，提升了建設(shè)效率，形成具有針對性的大跨度公鐵兩用懸索橋BIM 應(yīng)用解決方案。