拱橋施工管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用

李輝

（邯鄲市交通運輸局公路勘察設(shè)計院，河北邯鄲 056001）

0 引言

BIM技術(shù)是一種數(shù)字化、信息化的三維虛擬仿真技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用于橋梁施工管理中，能夠可視化呈現(xiàn)三維橋梁施工模型，實現(xiàn)各參建方在建筑信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享，為協(xié)同管理施工過程、加快施工進度提供有力支撐。

1 工程概況

某橋梁工程為上承式箱形拱橋，全長124.08m，主跨86m，主拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)為1.5。橋面寬度22m，設(shè)計行車速度60km/h，使用年限100年，結(jié)構(gòu)安全等級為一級。拱橋主拱圈采用輕型拱架，斷面形式為單箱三室截面；拱上立柱采用兩柱排架式結(jié)構(gòu)，立柱底部設(shè)墊墻；引橋和拱上橋面采用鋼筋混凝土實心板，板厚40cm；拱頂為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)26m實腹段，采用懸臂板，厚為40cm；下部結(jié)構(gòu)為雙柱墩接擴大基礎(chǔ)。本工程在施工階段采用BIM技術(shù)輔助開展施工管理，取得了良好的管理效益。

2 拱橋施工管理中BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 BIM建模

本工程利用BIM技術(shù)創(chuàng)建三維橋梁施工模型，建模流程為主拱、主梁、橋臺、橋墩結(jié)構(gòu)建?！摴爸Ъ?、施工索塔建模→場地建模，本文重點介紹主體結(jié)構(gòu)模型和鋼拱架施工模型的構(gòu)建。

2.1.1 主體結(jié)構(gòu)模型

運用Revit軟件中“整體→局部”的定位方式，拼裝方法為零件→構(gòu)件→部件→裝配。在主體結(jié)構(gòu)模型位置控制中，采用定位軸線和標(biāo)高的控制方式，在族樣板功能上建立構(gòu)件組，包括主梁、橋墩、橋臺、橋面板、樁基礎(chǔ)構(gòu)件，以搭積木拼裝的方式，將各個構(gòu)件模型添加到整體模型中，再調(diào)整高程、軸線、相對位置，創(chuàng)建出整體拱橋模型[1]。

2.1.2 鋼拱架施工模型

本工程采用輕型鋼拱架結(jié)構(gòu)，在拱架上對箱形主拱圈澆筑混凝土。鋼拱架采用懸鏈線，兩拱腳鉸中心的跨徑為82.31m，相應(yīng)矢高15.13m；本工程鋼拱架部位未設(shè)預(yù)拱度，為便于施工，要預(yù)留出布置底模板、調(diào)整拱圈、墊塊所需的凈空，為11.5m；鋼拱架斷面包括基本節(jié)段5道，聯(lián)結(jié)系4組，建立起三維橋梁施工模型[2]。

2.2 施工方案模擬

2.2.1 鋼拱架的施工方案

（1）按照標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段制作鋼拱架，主拱圈為多段線，通過對橫向墊木的相對高程優(yōu)化調(diào)整形成鋼拱盔，并將短連桿設(shè)置在多段線折點處，以強化連接[3]。

（2）測算橫向桁架片數(shù)量，鋼拱架橫向連接采用聯(lián)結(jié)槽鋼和標(biāo)準(zhǔn)套筒螺栓等構(gòu)件；在拱腳處安裝鉸支座，在砂筒上設(shè)施型鋼分配梁支承，降低分配梁拆卸難度。

（3）吊裝作業(yè)前預(yù)拼拱架，檢查加工件的尺寸、折線段轉(zhuǎn)角是否符合設(shè)計要求、各構(gòu)件是否具備可連接性，在木支架上拼接拱架。根據(jù)拱架分段節(jié)點坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換確定木支架坐標(biāo)，將前后相鄰段的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拼接到每個分段的前后端，拼接后檢查前后端的連接情況。

2.2.2 鋼拱架施工步驟

（1）利用Revit模擬施工工序，施工0#、7#橋臺和基礎(chǔ)，1#、6#墩身和基礎(chǔ)，2#、5#橋墩和拱座。

（2）利用Revit模擬索塔施工，拉索對稱吊裝0#、1#、7#、8#階段，形成鋼拱架。

（3）按照順序吊裝鋼拱架的各個節(jié)段，順序為2#、3#、5#、6#，之后再吊裝合龍鋼拱架。

（4）澆筑混凝土，按照豎向分環(huán)、縱向分段的方式澆筑拱圈，保證橫向與縱向?qū)ΨQ；采用分階段澆筑的方式，澆筑拱腳、墊梁、拱上立柱和實腹段[4]。

（5）在預(yù)制橋面板吊裝中，對吊裝每跨最中間的2塊實體板，采用對稱吊裝方式，再對前面吊裝的實體板加載2塊板，完成全橋的對稱吊裝。

（6）拆除鋼拱架上的節(jié)段、纜索和施工索塔，采用對稱拆除的方式。

2.3 碰撞檢查

在施工前，利用BIM技術(shù)檢查主體結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件之間、構(gòu)件與主體之間的碰撞情況。傳統(tǒng)的碰撞檢查需要人工手動檢查多張圖紙，很難發(fā)現(xiàn)隱藏的問題。而采用Navisworks軟件開展碰撞檢查，能夠直觀展示碰撞情況，輸出檢查結(jié)果。在Revit中建立三維信息模型，將三維信息導(dǎo)入Navisworks中，打開軟件中的ClashDetective模塊，自定義相關(guān)設(shè)置，自動完成碰撞檢測[5]。

2.3.1 橋梁構(gòu)件結(jié)構(gòu)碰撞檢測

橋梁結(jié)構(gòu)中的主拱圈設(shè)計采用懸鏈線，懸鏈線與施工鋼拱支架存在空隙，不允許兩者之間發(fā)生沖突[6]。在施工前要利用ClashDetective模塊檢驗兩部分是否發(fā)生碰撞，本工程中兩個主體的測試結(jié)果顯示未發(fā)生碰撞，表明結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。

2.3.2 鋼拱支架碰撞檢測

鋼拱架施工要采用多個臨時鋼結(jié)構(gòu)，在施工中預(yù)留出一定范圍的施工作業(yè)面，滿足施工活動需求。在鋼拱架吊裝時，要用拉索依次吊裝各個節(jié)段，保證各個節(jié)段不會與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞[7]。對上述內(nèi)容開展碰撞檢測，利用Navisworks軟件選取臨時搭設(shè)的拉索、索塔、主體結(jié)構(gòu)作為檢測對象，根據(jù)檢測結(jié)果顯示，本工程拉索與混凝土2#橋墩存在沖突，沖突部分以高亮顏色直觀展示。檢測到碰撞信息后，用審閱工具做好該部位批注，上報到技術(shù)人員進行查看并做出調(diào)整。

2.4 施工進度管理

在本工程的施工管理中借助BIM技術(shù)開展4D進度管理，在原本3D施工模擬中引入時間維度，建立施工信息模型與時間進度之間的關(guān)系，實時動態(tài)展示拱橋施工隨時間變化而更新的完工情況，為施工組織安排提供依據(jù)。4D進度管理采用Navisworks軟件，該軟件能夠?qū)覴evit、Auto-CAD軟件，獲取工程的幾何數(shù)據(jù)信息。

2.4.1 施工進度圖表

在本工程的施工管理中，將Revit中的橋梁結(jié)構(gòu)信息、施工信息導(dǎo)入Navisworks軟件中，打開TimeLiner工具，關(guān)聯(lián)施工模型與日期的關(guān)系，制定施工工序、拆除工序，

直接顯示計劃開始時間、計劃結(jié)束時間、實際開始時間、實際結(jié)束時間和任務(wù)類型，并顯示計劃進度與實際進度的偏差，生成施工進度圖表。

2.4.2 施工進度與成本信息

TimeLiner工具根據(jù)橋梁工程實際情況建立施工進度表，同步自定義材料、人工、設(shè)備、分包商費用等成本數(shù)據(jù)，由TimeLiner工具自動計算出各個施工階段的總成本，生成橫道圖，便于項目部提前規(guī)劃施工進度，加強成本控制。在各個施工階段，項目部利用TimeLiner工具可視化展示施工實時進度，同步顯示對應(yīng)階段的成本信息數(shù)據(jù)[8]。

2.4.3 動畫展示施工場景

（1）在施工管理中，利用TimeLiner工具中的Scripter模塊激活施工中的動畫場景，滿足漫游操作需求。Scripter模塊提供熱點、計時器、變量、碰撞等觸發(fā)功能，建立起視點與模型的位置關(guān)系，使虛擬人物可以站在任一點位觀察當(dāng)前工程量完工的可視化模型。

（2）在施工管理中，利用TimeLiner工具中的Animator工具，對拱橋構(gòu)建動畫自定義，將其設(shè)置為場景中的動畫對象，在時間軸的不同點建立構(gòu)件的關(guān)鍵幀，用關(guān)鍵幀表示構(gòu)件位置、角度、尺寸等幾何特征信息，以時間軸為主線生成動畫，展示場景動畫的各個節(jié)點，為調(diào)整施工進度提供依據(jù)。

3 結(jié)語

拱橋工程施工管理要重視新技術(shù)的應(yīng)用，借助BIM技術(shù)實現(xiàn)施工管理模式的創(chuàng)新，彌補了傳統(tǒng)施工管理方式的弊端。因此在基于BIM技術(shù)的施工管理中，施工方要創(chuàng)建三維拱橋施工模型，運用BIM技術(shù)的多種軟件功能進行碰撞檢測和施工進度管理，為優(yōu)化調(diào)整施工方案提供信息支持，實現(xiàn)可視化施工管理。