基于BIM技術(shù)的斜拉橋鋼錨箱制作安裝施工技術(shù)分析

徐雨花 （安徽省路港工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

明光市嘉山大道上跨高速公路橋為大跨獨塔斜拉橋，項目位于滁州市明光境內(nèi)。橋梁全長715.9m，主跨徑布置為（135+135）m，全長270m，，主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土雙邊箱梁斷面，主塔采用人字型橋塔，主塔高108m,樁基24根，直徑2.2m,承臺尺寸31.1m×20.1m×5m。嘉山大橋錨固區(qū)共計12對鋼錨箱，30對斜拉索。

斜拉橋主塔鋼錨箱施工為復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工的重難點，塔柱外表面及索導(dǎo)管均與水平面及縱平面皆存在夾角，且越往塔柱頂部每節(jié)索導(dǎo)管與水平X向空間角α遞增、縱平面Y向β角遞減，空間動態(tài)關(guān)系十分復(fù)雜。常規(guī)CAD的二維設(shè)計方法較難控制其空間位置關(guān)系及錨箱結(jié)構(gòu)形式，施工形勢相當(dāng)嚴(yán)峻。為較好解決此項重難點技術(shù)難題，項目采用BIM技術(shù)輔助斜拉橋鋼錨箱制作安裝技術(shù)施工。

2 技術(shù)特點

①依據(jù)BIM技術(shù)進(jìn)行三維空間動態(tài)設(shè)計，將二維平面結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)化為三維可視化設(shè)計研究，合理解決多結(jié)構(gòu)、多角度交互形式的精確施工設(shè)計、控制索導(dǎo)管外端口找平，保證生產(chǎn)施工準(zhǔn)確性及質(zhì)量。

②可在BIM深化設(shè)計后自動化出具三維結(jié)構(gòu)圖、構(gòu)件詳圖并給出準(zhǔn)確構(gòu)件材料清單，依據(jù)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化下料加工，加快出圖及加工效率并節(jié)約材料。

③對錨箱加工、施工過程進(jìn)行空間驗證及施工模擬，預(yù)先掌握空間需求及資源配置情況，合理安排作業(yè)空間形式，并用于可視化技術(shù)交底，便于現(xiàn)場理解和操作，提高效率并節(jié)約資源。

④通過BIM信息模型的協(xié)同應(yīng)用，以信息錄入共享施工動態(tài)的方式使施工、材料設(shè)備、加工等各方參與協(xié)同施工，消除信息孤島。并對工程各工序進(jìn)行可視化進(jìn)度管控，合理優(yōu)化各工序及各參與方工作銜接，保證施工穩(wěn)步進(jìn)行并保證施工質(zhì)量及成本。

3 工藝原理

基于BIM技術(shù)的斜拉橋鋼錨箱制作安裝施工技術(shù)是通過對鋼錨箱結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維深化設(shè)計，更為直觀地表達(dá)復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間布置形式；并以自動化出圖、數(shù)據(jù)交互的方式來傳遞結(jié)構(gòu)信息以用于加工廠數(shù)字化加工，提高加工效率；在加工及施工前進(jìn)行作業(yè)空間驗證及施工模擬，預(yù)先發(fā)現(xiàn)作業(yè)中存在的問題，合理優(yōu)化工藝工序；利用BIM技術(shù)集動態(tài)信息于一身的特點，進(jìn)行施工協(xié)同管理及進(jìn)度可視化管控，有效提高施工效率，節(jié)約成本。

4 施工工藝流程

斜拉橋結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模→鋼錨箱深化施工設(shè)計→索導(dǎo)管端口、塔壁貼合調(diào)整→出具三維、平面施工圖→3D打印鋼錨箱結(jié)構(gòu)→數(shù)字化加工鋼錨箱→施工空間驗證→施工模擬→可視化技術(shù)交底→施工放線→第一節(jié)段勁性骨架安裝→鋼錨箱吊裝→鋼筋接長及編扎第一節(jié)段鋼筋→安裝內(nèi)、外側(cè)模板→檢查簽證→澆注第一節(jié)段混凝土→養(yǎng)護(hù)、鑿毛及拆除第一節(jié)段模板→施工信息錄入→進(jìn)度可視化管理→重復(fù)進(jìn)行下一節(jié)段施工。

4.1 鋼錨箱建模及深化設(shè)計

依據(jù)項目施工需要，需建立鋼錨箱、塔柱、模板、機(jī)械設(shè)備等結(jié)構(gòu)模型。對鋼錨箱需進(jìn)行深化設(shè)計，塔上索導(dǎo)管外端口需與主塔外壁平齊，利于模板安裝，索導(dǎo)管端口注意需貼合緊密，控制不漏漿。

主塔、拉索及機(jī)械設(shè)備建模使用Revit軟件，錨箱結(jié)構(gòu)建模使用Tekla鋼結(jié)構(gòu)軟件，并在模型建立之后通過IFC格式在同一基準(zhǔn)點進(jìn)行合模。因塔壁與縱平面存在交角，索導(dǎo)管端口需做成斜切面，對錨箱索導(dǎo)管端口與主塔外壁進(jìn)行空間設(shè)計，依據(jù)15組索導(dǎo)管空間角調(diào)整索導(dǎo)管端口面切割角度使之與塔壁精確貼合，使外側(cè)模板能夠準(zhǔn)確覆蓋主塔壁及索導(dǎo)管。

4.2 出具三維、平面施工圖

經(jīng)對錨箱結(jié)構(gòu)深化設(shè)計后，做出30組索導(dǎo)管結(jié)構(gòu)模型，得知索導(dǎo)管與塔壁結(jié)合形式及索導(dǎo)管與錨箱側(cè)壁結(jié)合形式。分解鋼錨箱細(xì)部拼接排布情況，反映構(gòu)件實際尺寸形狀，精確定位切割形狀。依據(jù)軟件設(shè)計自動出具三維結(jié)構(gòu)圖及單個構(gòu)件平面圖，并自動統(tǒng)計出各構(gòu)件材料清單，做出爆炸視圖以用于加工及施工交底。

4.3 數(shù)字化加工鋼錨箱

依據(jù)軟件設(shè)計自動出具三維結(jié)構(gòu)圖及各個單元構(gòu)件詳圖，并自動統(tǒng)計出各構(gòu)件材料清單。通過BIM協(xié)同平臺將模型數(shù)據(jù)、圖紙及材料清單提供給加工廠。通過數(shù)字化交付，加工廠提取數(shù)據(jù)后準(zhǔn)確下料并進(jìn)行數(shù)字化自動加工。并做出爆炸視圖及3D打印模型以用于加工及施工交底。

4.4 施工空間驗證

對加工過程中錨箱內(nèi)部焊接、螺栓安裝以及施工中拉索安裝對稱索力牽引進(jìn)行空間模擬驗證，判斷施工機(jī)具布置形式及工人操作方式，檢查施工過程中的臨時結(jié)構(gòu)、施工設(shè)備及主體結(jié)構(gòu)間的碰撞，避免作業(yè)中的空間沖突，得出合理的作業(yè)方法及流程。

4.5 施工模擬及可視化技術(shù)交底

施工前，對鋼錨箱施工設(shè)備的進(jìn)場、鋼錨箱起吊安裝、混凝土澆筑及索力牽引等重要工序進(jìn)行施工模擬，合理優(yōu)化施工流程及資源配置。預(yù)先檢查施工過程中的安全隱患及工藝疏漏，及時做出優(yōu)化及改正。隨后對項目班組進(jìn)行三維可視化技術(shù)交底，便于其理解結(jié)構(gòu)形式及施工要點。

4.6 索道管的定位測量

主塔上塔柱為斜拉索錨固區(qū)。索道管的定位精度要求很高，為避免索與管口發(fā)生碰撞，規(guī)范要求其三維坐標(biāo)精度≯5mm，角度偏差小于5"。為此制定了特定的測量方法，既能保證精度，效率也較高。

索道管的定位采用三維坐標(biāo)一體化的方法，用全站儀在塔柱兩側(cè)建立三維坐標(biāo)系，通過平移再建立平行于坐標(biāo)軸的豎直面，利用空間的點和面的關(guān)系，調(diào)整索道管的管口三維坐標(biāo)到設(shè)計值。

4.7 鋼錨箱安裝

鋼錨箱運(yùn)抵現(xiàn)場后，進(jìn)行檢查驗收。鋼錨箱吊裝采用D800塔吊，鋼錨箱采用四點起吊，按設(shè)計院加工圖紙，在鋼錨箱四個角點設(shè)置四個吊點。

在首節(jié)鋼錨箱安裝之前，根據(jù)鋼錨箱的安裝標(biāo)高，在主塔施工時，在鋼錨箱對應(yīng)的四個角位處先設(shè)預(yù)埋件，精確定位預(yù)埋件的位置及標(biāo)高，并在預(yù)埋件上焊接導(dǎo)向板，以便引導(dǎo)鋼錨箱下放及定位。

在安裝鋼錨箱節(jié)段前，采用打磨工藝確保四個角點的鋼板位于同一平面內(nèi)。打磨后在鋼板面畫出定位點，便于鋼錨箱節(jié)段的精確定位。鋼錨箱節(jié)段整體吊至安裝位置后，利用千斤頂進(jìn)行精確調(diào)位，達(dá)到設(shè)計要求后將按設(shè)計和規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行段間接縫施焊。

為了控制好索道管的位置，施工時將特別設(shè)計和制造索道管的定位構(gòu)架，構(gòu)架上備有微調(diào)設(shè)施，可精確地調(diào)整位置。測量的手段和天氣的情況是影響索道管安裝定位質(zhì)量和時間的主要因素，為此，我們在進(jìn)行索道管的安裝時，將編繪測量網(wǎng)絡(luò)圖利用先進(jìn)的儀器，采用科學(xué)的測量方法，選擇好適當(dāng)?shù)陌惭b調(diào)整時間。索道管經(jīng)反復(fù)測量調(diào)整合乎設(shè)計精度后，立即焊接固定。

4.8 錨固區(qū)混凝土施工

首先將錨箱管封好，不能讓混凝土或砂漿流入孔內(nèi)，造成以后清理麻煩。塔柱混凝土的分段以爬模高度（即灌注高度）進(jìn)行分段，斜拉索管道可能在此次只能被填筑部分，剩下的待下節(jié)段澆筑混凝土?xí)r才被填筑。

4.9 施工信息錄入及進(jìn)度可視化管理

針對主塔錨固區(qū)施工進(jìn)行BIM模型信息錄入，并進(jìn)行可視化進(jìn)度管理。通過現(xiàn)場端口采集上傳鋼錨箱加工進(jìn)度、施工節(jié)點時間、工程量、安全質(zhì)量檢查等即時施工信息，再模型集合上報文件、圖紙、報告等，工作人員可在平臺中進(jìn)行查閱及審批，并對現(xiàn)場施工狀態(tài)直觀了解，動態(tài)控制。加工廠及現(xiàn)場也可通過移動端查看平臺下發(fā)的信息指令，結(jié)合模型與實際組織落實。

5 質(zhì)量安全主要控制措施

①嚴(yán)控鋼錨箱構(gòu)件加工精度，保證加工誤差在合理范圍內(nèi)，構(gòu)件拼裝須做好溫度控制及應(yīng)力應(yīng)變控制。

②自有設(shè)備必須經(jīng)檢修、試機(jī)、檢驗合格后，方能進(jìn)場施工，外租設(shè)備在進(jìn)場前，要進(jìn)行檢驗和認(rèn)可，證明能滿足工程施工需要后，方可進(jìn)行施工。

③定人定崗，嚴(yán)格按照設(shè)備操作規(guī)程實施。鋼構(gòu)件加工廠加工需要遵照安全操作規(guī)程，切割、焊接及螺栓需專用設(shè)備及器械。

④現(xiàn)場高空作業(yè)所有臨邊必須防護(hù)，腳手板用鐵線固定，防止施工過程中人員及工具發(fā)生墜落。

6 結(jié)論

基于BIM技術(shù)的斜拉橋鋼錨箱制作安裝施工新技術(shù)應(yīng)用研究，探索出骨架結(jié)合知識模板的基本建模方法思路，實現(xiàn)了設(shè)計人員協(xié)同與并行設(shè)計，成功解決了大型橋梁錨固結(jié)構(gòu)復(fù)雜空間設(shè)計施工難題，保證了橋塔有索區(qū)段施工工作有序推進(jìn)，而且，知識模板不僅可以用于一個工程，對于類似工程也可以直接運(yùn)用，具有較高的市場推廣價值。