BIM 技術(shù)在折達(dá)公路跨越橋項(xiàng)目中的應(yīng)用分析

陳俊

(甘肅建投隧道工程有限公司，甘肅 蘭州 730050)

1 橋梁BIM 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

BIM即建筑信息模型技術(shù)，是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模型，基于計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)，采取數(shù)據(jù)庫模式，對(duì)建筑數(shù)據(jù)進(jìn)行收錄、計(jì)算和展示。基于BIM設(shè)計(jì)理論，后續(xù)相繼推出revit、bently等一系列強(qiáng)大的建筑信息模型設(shè)計(jì)和處理軟件。近年來，交通運(yùn)輸部先后下發(fā)了鼓勵(lì)建設(shè)綠色公路、智慧交通等政策性文件，文件中鼓勵(lì)應(yīng)用BIM技術(shù)升級(jí)項(xiàng)目管理方式，提高施工現(xiàn)場(chǎng)組織管理效率，提升組織水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)字成果交付并與全國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施信息化系統(tǒng)互聯(lián)互通。與傳統(tǒng)二維圖紙對(duì)比，BIM專業(yè)平臺(tái)及軟件不會(huì)因?yàn)榉猪?xiàng)工程如機(jī)電管線等錯(cuò)綜復(fù)雜，容易在施工過程中疏漏信息，工程師以及施工管理者在工作中可以依靠BIM技術(shù)，使施工工序可視化、優(yōu)化工作效率及資源分配、監(jiān)測(cè)施工質(zhì)量及安全風(fēng)險(xiǎn)。近些年，BIM技術(shù)在我國(guó)高速公路橋梁建設(shè)項(xiàng)目中應(yīng)用逐漸增多，且不同案例在施工階段采用BIM技術(shù)收獲了很好的效果。孫超應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)衡景特大橋懸臂施工工程建模，在有限元軟件與BIM交互應(yīng)用方面開展了探索。朱佟佟將BIM技術(shù)引入到橋梁施工進(jìn)度管理中，實(shí)現(xiàn)了可視化的施工進(jìn)度管理。

2 橋梁BIM技術(shù)應(yīng)用方向

作為交通基礎(chǔ)工程，橋梁建造形式多種多樣，主要有：梁式橋、拱橋、懸索橋和斜拉橋等，在橋梁施工中應(yīng)用BIM技術(shù)主要應(yīng)根據(jù)橋梁施工環(huán)境、具體施工方案，工程難易程度及工程管理水平等選擇。當(dāng)前橋梁項(xiàng)目突出施工技術(shù)復(fù)雜化、結(jié)構(gòu)形式多樣化的特點(diǎn)，在施工環(huán)境較為惡劣的條件下，橋梁項(xiàng)目施工技術(shù)方案設(shè)計(jì)和論證難度較大，同時(shí)施工管理難度也大大提升，容易造成工期延長(zhǎng)、施工方案變更和造價(jià)成本增高等現(xiàn)象發(fā)生。BIM技術(shù)在橋梁施工過程中主要應(yīng)用于以下幾方面。

2.1 采用BIM深化設(shè)計(jì)方案

橋梁所處位置工程地址、環(huán)境、交通復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維圖紙對(duì)于預(yù)應(yīng)力梁體、三維橫斷面、道路變寬、超高等表述較為晦澀，且不容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案細(xì)節(jié)問題及遺漏，從而導(dǎo)致了施工方案設(shè)計(jì)面臨的困難。通過采用BIM技術(shù)能非常好的解決從設(shè)計(jì)方案到施工深化方案的可視化、可協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性、可出圖性等需求。同時(shí)可以結(jié)合當(dāng)?shù)厍捌诳碧胶铜h(huán)境等因素，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和圖紙會(huì)審等，準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)材料中的內(nèi)容缺漏、表述不清和相互矛盾等，供各方討論并優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在建模構(gòu)成中可添加橋面鋪裝及標(biāo)線指示等附加信息，參數(shù)和材質(zhì)也定義于模型中，方便施工方調(diào)用查看。

2.2 采用BIM合理設(shè)置臨時(shí)工程

橋梁所處位置一般環(huán)境復(fù)雜且跨線橋多為交通繁忙且不易疏導(dǎo)地區(qū)，橋梁施工過程中臨時(shí)結(jié)構(gòu)較多，傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙不利于全局性的控制臨時(shí)工程，而BIM技術(shù)可以根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的關(guān)系，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)立臨時(shí)工程并邀請(qǐng)專家進(jìn)行論證，很好的解決了臨時(shí)工程設(shè)立不到位、不合理給后續(xù)施工帶來重重困難和安全隱患的問題。

2.3 綜合管線深化與優(yōu)化及預(yù)留孔洞檢查

在高速公路橋梁段，電線及排水等管線埋設(shè)必須與橋梁整體施工貫穿，如采用預(yù)制梁還需要預(yù)設(shè)留孔位置，因此如何綜合協(xié)調(diào)各管線的空間位置及排布，進(jìn)行碰撞檢查及深化設(shè)計(jì)圖紙，需要采用BIM技術(shù)對(duì)管線建模來進(jìn)行模擬，在加快施工進(jìn)度的同時(shí)保證施工質(zhì)量。

2.4 凈高分析及碰撞檢查

可以采用BIM技術(shù)對(duì)橋梁模型和橋下凈高要求區(qū)域進(jìn)行分析，確定凈高分析圖和分析報(bào)告，對(duì)凈高要求不滿足的在施工前進(jìn)行優(yōu)化處理。同時(shí)，對(duì)橋梁與原有水、電、氣管線之間的矛盾進(jìn)行排查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題提出解決措施。

2.5 車輛模擬通行及交通疏解模擬

將建模完成的道路、橋梁BIM模型，在模擬軟件中進(jìn)行交互操作，檢驗(yàn)車輛行駛過程中的順暢度與可能存在的不良行駛干擾，比如：轉(zhuǎn)彎半徑、坡度及凈高、道路標(biāo)識(shí)設(shè)置、出入口設(shè)置位置等。還可以對(duì)影響原有道路通行的情況，設(shè)置臨時(shí)通行便道，合理疏解交通，保障工程安全有序開展。

2.6 工程算量及變更分析

基于深化的施工BIM模型計(jì)算工程清單和工程量，從而檢查和發(fā)現(xiàn)造價(jià)問題，避免錯(cuò)算漏算，為工程結(jié)算和竣工決算等工作提供了有利支持，提高了算量的效率。對(duì)設(shè)計(jì)變更等問題，通過BIM統(tǒng)計(jì)分析匯總，便于資料歸檔和查找。

3 工程案例

3.1 工程概況

臨夏市環(huán)城北路建設(shè)工程四區(qū)項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于臨夏回族自治州臨夏市折橋鎮(zhèn)祁牟村。其中折達(dá)公路跨線橋由甘肅建投隧道工程有限公司承攬施工，項(xiàng)目跨線橋?qū)?7m，雙向4車道，跨線橋采用整幅布置，上部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)為預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支變連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)均采用群樁基礎(chǔ)。橋墩采用雙柱式矩形墩接大懸臂蓋梁結(jié)構(gòu)，墩高1m～7.2m；墩頂設(shè)置懸臂式蓋梁，蓋梁上設(shè)置抗震擋塊。折達(dá)公路跨線橋0#橋臺(tái)～12#橋臺(tái)均采用預(yù)制小箱梁，單跨由6片梁組成，箱梁長(zhǎng)度均為35m，預(yù)制箱梁梁高1.8m，單片箱梁最大重量約130t。本項(xiàng)目為折達(dá)公路跨線橋重點(diǎn)區(qū)域，采用箱梁吊裝工藝且施工期間不容許封閉交通，鑒于此采用BIM技術(shù)對(duì)新建跨線橋進(jìn)行全方位模擬演示和數(shù)據(jù)復(fù)核，提前解決施工過程中存在的施工組織、技術(shù)應(yīng)用、工序等方面的難點(diǎn)。

3.2 數(shù)據(jù)獲取與建模

根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的地形文件額設(shè)計(jì)線形文件及平面線性圖，將重新生成的路線數(shù)據(jù)導(dǎo)入clivi3D中并根據(jù)圖紙進(jìn)行平、豎曲線設(shè)計(jì)，生成三維橫斷面、道路變寬、超高，最后生成三維模型，如圖1所示。

圖1 橋梁BIM建模

3.3 箱梁深化設(shè)計(jì)

箱梁的預(yù)制生產(chǎn)和模板設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮配筋要求和預(yù)應(yīng)力管道設(shè)置，本項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力管道分布于頂板、腹板和底板中，采用波紋管預(yù)埋施工，如圖2所示。為了避免孔道變形，混凝土澆筑不容許采用震動(dòng)器接觸波紋管，端部錨固區(qū)應(yīng)控制粗集料尺寸并加強(qiáng)振搗，確保密實(shí)度，以承受張拉應(yīng)力。采用BIM技術(shù)能夠嚴(yán)格檢查核對(duì)施工圖，確保波紋管在箱梁內(nèi)的位置正確，并通過BIM數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)混凝土構(gòu)造信息、鋼筋配筋信息及預(yù)應(yīng)力管道信息等，確保數(shù)據(jù)保存的真實(shí)完整性。

圖2 箱梁深化設(shè)計(jì)

3.4 橋梁濕接縫設(shè)計(jì)

箱梁安裝完畢后濕接縫施工涉及較多工序及底模的固定，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工工作人員的技術(shù)交底較為困難，工序演示困難的同時(shí)涉及高空作業(yè)，對(duì)安全性也帶來一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，采用BIM技術(shù)對(duì)整個(gè)工序及模板拼搭過程進(jìn)行模擬，用以向施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，如圖3所示。本項(xiàng)目縱縫采用鋼模吊模施工，將底模通過螺栓（塑料套管保護(hù)）與橫向方木連接，通過墊木調(diào)整澆筑厚度，中間鋼筋或鋼板可采用焊接方式，澆筑混凝土要求連續(xù)一次性，振搗均勻后需保持與兩側(cè)梁高齊平。

圖3 橋梁縱向濕接縫BIM技術(shù)交底

3.5 圖紙復(fù)核及工程量校核

利用BIM技術(shù)，通過已創(chuàng)建模型對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行復(fù)核與可視化模擬，解決了平面圖紙會(huì)審中不易發(fā)現(xiàn)的深層次問題。同時(shí)在模型中按照構(gòu)件種類可以快捷、方便的進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)，得到各個(gè)類別構(gòu)件所需總量，獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并與設(shè)計(jì)圖進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)偏差與遺漏，如圖4所示。

圖4 圖紙復(fù)核及工程量校核

3.6 施工工藝模擬

3.6.1 橋下結(jié)構(gòu)施工

在箱梁吊裝方案模擬之前，針對(duì)樁基、承臺(tái)、墩臺(tái)、以及蓋梁部位進(jìn)行局部深化建模，并進(jìn)行由項(xiàng)目部制定且通過審核的方案三維動(dòng)畫模擬，過程中直觀檢查設(shè)計(jì)尺寸是否有誤，研究工序和工序之間產(chǎn)生的交叉施工問題以及工序工藝是否合理，如圖5所示。

圖5 橋下結(jié)構(gòu)施工工藝模擬

3.6.2 箱梁吊裝方案模擬

架橋機(jī)拼裝、架橋機(jī)縱向空載前移就位后，從0#橋臺(tái)向12#橋臺(tái)方向依次架設(shè)箱梁，每幅從內(nèi)到外架設(shè)；在梁安裝之前，測(cè)量組對(duì)所安裝梁的位置進(jìn)行放線，梁中線與支座中線偏差小于5mm，同時(shí)保證伸縮縫寬度，進(jìn)行梁體縱向位置放樣，進(jìn)行運(yùn)梁、喂梁，梁體降落就位需要用水平尺對(duì)梁垂直度檢測(cè)。箱梁安裝步驟完成后需及時(shí)進(jìn)行鉸縫和濕接縫處理，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求時(shí)，張拉鋼絞線施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力施加完畢拆除臨時(shí)支座，體系轉(zhuǎn)換完成，如圖6所示。

3.6.3 伸縮縫安裝

將橋梁伸縮縫裝置緩慢放入槽內(nèi)，保持與縫隙橫向縱向中線分別對(duì)齊，同時(shí)使梁內(nèi)邊保持垂直，立模后用低收縮、快硬、早強(qiáng)混凝土澆筑，澆筑后及時(shí)養(yǎng)生，期間不得低于7d。

圖6 箱梁吊裝方案模擬

3.6.4 橋面鋪裝

采用瀝青混凝土分段橋面鋪裝，注意與伸縮縫連接處的瀝青混凝土壓實(shí)，面層施工完畢，進(jìn)行劃分車道、劃線工作。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)協(xié)調(diào)優(yōu)化對(duì)多專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行三維深化、優(yōu)化。節(jié)約與各方協(xié)商聯(lián)絡(luò)時(shí)間并減少返工，同時(shí)利用可視化模型解決了傳統(tǒng)施工的不直觀、調(diào)整多、安全隱患等問題。本項(xiàng)目總結(jié)了一套橋梁建模與模型應(yīng)用規(guī)范，形成了一套參數(shù)化的預(yù)應(yīng)力跨線橋數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)工程的BIM應(yīng)用推廣提供了數(shù)據(jù)支撐。