BIM 技術(shù)在鋼箱提籃拱橋施工管理中的應(yīng)用

方興

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

0 引言

BIM 全稱為 Building Information Modeling，即建筑信息模型。BIM 技術(shù)是一種利用計算機，基于專業(yè)化軟件，創(chuàng)建可視化多維度模型，輔助項目參建方各崗位人員對項目進行有效管理的工具或管理手段。BIM 技術(shù)具有可視化、可協(xié)同、可模擬、可優(yōu)化和可出圖性等五大特點。它使得工程項目在整個施工過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進行，使工程技術(shù)人員對各種工程信息做出正確的理解和高效的應(yīng)對，從而實現(xiàn)提高生產(chǎn)效率、節(jié)約建造成本和縮短建設(shè)工期的管理目標。

1 工程概況

本項目位于菲律賓馬尼拉王城區(qū)，上行引橋和下行引橋采用分離式布置，距離帕西格河入?？诩s2km，跨越帕西格河后進入中國城，線路同樣采用分離式布置，分別沿帕西格河下游及中國城內(nèi)的防洪排污渠布置，路線全長678m，主線橋梁長度586m，主要包括主橋、路基、南引橋、北引橋。其中主橋為70m 下承式鋼箱提籃式拱橋，引橋結(jié)構(gòu)為鋼混疊合梁，終點處采用現(xiàn)澆RC 板梁結(jié)構(gòu)。工程合同工期為2018 年8 月20 日—2021 年9 月10 日。工程總造價為3.12 億元人民幣[1]。菲律賓大橋模型如圖1 所示。

圖1 菲律賓大橋模型

2 工程重難點與BIM 應(yīng)對措施

根據(jù)工程施工難點，項目部經(jīng)過認真分析研究，決定采用BIM 技術(shù)有針對性的進行輔助管理，從而提高建筑品質(zhì)，提升管理水平，降低潛在風險，如表1 所示。

表1 項目重難點分析與BIM 應(yīng)對措施

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用實踐

3.1 各專業(yè)施工圖模型創(chuàng)建

本工程橋梁構(gòu)件類型多、主橋結(jié)構(gòu)形式異常、圖紙內(nèi)容復(fù)雜數(shù)量多，傳統(tǒng)圖紙會審方式工作強度極大，效率低，不易發(fā)現(xiàn)圖紙中潛在的錯漏碰等設(shè)計問題，不利于項目后期的實施與管理。通過BIM 軟件依據(jù)設(shè)計施工圖建立1:1 的三維模型，各種構(gòu)件的空間關(guān)系、外觀尺寸能夠直觀的反映出來（圖2）。利用三維模型就可以快速發(fā)現(xiàn)二維設(shè)計圖中的錯漏碰等問題，為設(shè)計變更調(diào)整和施工深化贏得更多的時間，從而提高施工圖會審工作的質(zhì)量，確保項目后期能夠順利實施[2]。

圖2 比諾多—因特拉穆羅斯大橋設(shè)計施工圖模型

3.2 基于BIM 技術(shù)輔助材料采購與生產(chǎn)管理

主橋鋼結(jié)構(gòu)多為異形，工程量統(tǒng)計與節(jié)段拆分難度極大。主橋鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)加工地點在國內(nèi)的上海地區(qū)，構(gòu)件海上運輸周轉(zhuǎn)次數(shù)多、運輸周期長，一旦生產(chǎn)加工出現(xiàn)問題，就會對整個工期產(chǎn)生極大影響。建模人員根據(jù)圖紙與建模標準，建立三維實體模型并生成相應(yīng)的工程量清單，采購部門可以按構(gòu)件、施工區(qū)域進行統(tǒng)計，為材料采購提供參考依據(jù)，從而輔助項目部完成材料采購計劃的編制，合理安排項目資金。鋼結(jié)構(gòu)單元件鋼筋廠加工如圖3 所示。

圖3 鋼結(jié)構(gòu)單元件鋼筋廠加工

3.3 基于BIM 技術(shù)完成施工方案選型

主橋施工作為項目工期的關(guān)鍵節(jié)點，對整個項目的施工質(zhì)量控制與工期的影響起到?jīng)Q定性的作用，因此項目部結(jié)合現(xiàn)場施工條件、通航要求等因素，預(yù)設(shè)了兩套頂推施工方案。為了直觀展示兩套方案的優(yōu)缺點，對兩套方案分別進行模型創(chuàng)建，基于兩套模型對方案的安全性、可操作性以及經(jīng)濟性都進行了充分的評估和論證。

3.3.1 安全性比選

由于在施工階段需保證主橋及臨時結(jié)構(gòu)下方b×h=30m×5m 的通航凈空；采用分段組拼、二次頂推，須在頂推施工前，設(shè)置水中臨時支墩。臨時支墩可在主橋前半段拼裝后、第一次頂推施工前搭設(shè)。在搭設(shè)臨時支墩前，通航孔道的寬度為53m，臨時支墩搭設(shè)后，通行航道30m，根據(jù)主橋拼裝的計劃，從臨時墩搭設(shè)至主橋整體頂推結(jié)束的時間約為2 個月。

而采用整體拼裝、一次頂推，不設(shè)置水中臨時支墩，搭設(shè)通長整體拼裝支架，保留通行航道36m，從整體上滿足船只通行條件。而從主橋拼裝支架搭設(shè)完成至整體頂推完成時間約為3.5 個月。

由于帕西格河內(nèi)常年通航，主橋位于帕西格河的彎道處，來往大型船只較多在施工過程中，撞擊臨時支墩的風險較大，這也是主橋安裝的最主要安全風，因此臨時航道的寬度、支架占用時間都是主橋施工安全考慮的主要因素。通過整體頂推與分段拼裝、兩次頂推的工期對比，兩次頂推的航道更窄，但是占用時間可縮短1.5 個月，可以縮短時間上的安全風險，而整體頂推增大臨時通航孔道寬度至36m，可以減小空間上的安全風險。因此，在這一點上，通過進一步研究，在施工的安全性方面，采用整體拼裝、一次頂推施工方案更優(yōu)。

3.3.2 施工操作便利性比選

采用分段組拼、二次頂推，施工步驟煩瑣，且需要保證第一次頂推過程中采用的臨時加固支撐形成三角形元素的桁架體系滿足各種受力要求，其后半段組拼期間，整橋合龍線型姿態(tài)精度控制更加困難。而整體拼裝、一次頂推，施工步驟簡易，施工周期較短，整體組拼能保證線型、合龍的質(zhì)量、安全控制。且在鋼結(jié)構(gòu)焊接、組拼等方面操作更方便。因此，在操作便利性方面，整體拼裝、一次頂推施工的方案更優(yōu)。

3.3.3 工期、經(jīng)濟性比選

采用整體拼裝、一次頂推施工方案，由于場地限制原因，其拼裝支架占用紅線內(nèi)所有施工場地，由于150t履帶吊吊裝范圍有限，無法吊裝兩側(cè)鋼結(jié)構(gòu)組拼，且拼裝支架后端阻礙150t 履帶吊來回通行，故需增加一臺150t 履帶吊，從兩側(cè)同時拼裝鋼結(jié)構(gòu)。整體拼裝、一次頂推施工方案需增加鋼結(jié)構(gòu)拼裝支架及履帶吊行走棧橋長度，但減少拱內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。此外，在采用兩臺吊裝設(shè)備、一次頂推就位的方式后，可縮短工期約1 個月，但需略增加一部分施工費用[3]。

綜上所述，采用整體拼裝、一次頂推施工方案增加一部分施工費用，但在工期、操作便利性，質(zhì)量控制，安全性方面更優(yōu)。最終采用第二套方案進行頂推施工（整體拼裝、一次頂推），并后附目前主橋鋼結(jié)構(gòu)拼裝現(xiàn)場施工現(xiàn)狀。

3.4 基于BIM 技術(shù)完成方案驗算分析

基于midas civil BIM 分析軟件模擬施工過程，全橋共3145 個節(jié)點，1948 個單元。其中桁架單元24 個，板單元280 個，梁單元1644 個，共分了43 個施工階段，頂推步距暫按2m 考慮，按頂推狀態(tài)，共分為4 個主要工況。通過三維可視化計算分析，驗證方案的可行性與安全性，提高安全施工保障。

3.5 基于BIM 技術(shù)完成方主橋鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝模擬

主橋鋼結(jié)構(gòu)異形構(gòu)件數(shù)量多、重量大，用傳統(tǒng)平面圖紙難以準確定位，往往需要結(jié)合數(shù)十張平、立、剖圖紙才能精確把握構(gòu)件之間的空間位置關(guān)系。而且本項目鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)加工遠在國內(nèi)，運輸周期長，一旦生產(chǎn)加工出現(xiàn)問題，必然會對項目工期產(chǎn)生極大地影響。為了解決上述難題，項目部運用BIM 軟件搭建1:1 的三維模型進行構(gòu)件拆分與預(yù)拼裝模擬，提前發(fā)現(xiàn)潛在風險并加以優(yōu)化和規(guī)避，從而保證鋼結(jié)構(gòu)的加工精度，提高施工效率，確?，F(xiàn)場一次拼裝合格，為中國質(zhì)量提供可靠的技術(shù)保障。

4 結(jié)語

本項目前瞻性的將BIM 技術(shù)引入橋梁施工管理過程，充分運用BIM 技術(shù)的優(yōu)勢，項目部根據(jù)項目重難點，采用BIM 技術(shù)進行輔助管理，提升管理水平，降低潛在風險。通過1:1 的三維模型直觀展現(xiàn)施工設(shè)計圖的內(nèi)容以及主要施工方案的實施內(nèi)容，相較于傳統(tǒng)的項目管理手段，有效提高管理和溝通效率，減少信息不對稱帶來的管理資源的浪費，大幅降低管理成本。

在本項目的BIM 運用過程中，通過BIM 技術(shù)發(fā)現(xiàn)重大的設(shè)計施工圖以及專項方案施工圖的錯漏碰問題共計11 項，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)拱橋頂推方案兩套，基于BIM技術(shù)的可視化方案交底與技術(shù)方案討論已經(jīng)成為項目管理的常態(tài)化工作之一。經(jīng)過項目部嚴謹?shù)姆治?，基于BIM 技術(shù)應(yīng)用，項目管理效率提高40%左右，根據(jù)設(shè)計變更后圖紙利用BIM 技術(shù)并結(jié)合菲律賓當?shù)厥袌銮闆r進行施工方案優(yōu)化，減少大臨材料使用，提高其二次利用率，避免建造成本浪費，節(jié)約建造工期約40d。

項目部BIM 技術(shù)應(yīng)用成果得到業(yè)主以及項目參建單位的一致好評，樹立了良好的口碑，為后期項目承接奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。BIM 技術(shù)推廣與應(yīng)用工作任重道遠，項目部將繼續(xù)挖掘BIM 應(yīng)用價值，堅持不懈的推進建筑信息化應(yīng)用進程，為增強建筑業(yè)信息化發(fā)展能力，優(yōu)化建筑業(yè)信息化發(fā)展環(huán)境，加快推動信息技術(shù)與建筑業(yè)發(fā)展深度融合，充分發(fā)揮信息化的引領(lǐng)和支撐作用，加快數(shù)字中國建設(shè)進程貢獻中交力量。