基于BIM更換鋼箱梁施工方案演示及風(fēng)險(xiǎn)分析★

方美平，凌壯志，吳 輝，潛英飛，王小軍

(1.杭州地方鐵路開發(fā)有限公司,浙江 杭州 310009; 2.中鐵二十四局集團(tuán)浙江工程有限公司,浙江 杭州 310009; 3.浙大寧波理工學(xué)院,浙江 寧波 315100)

0 引言

運(yùn)營(yíng)鐵路“移舊換新”牽引頂推橫移換梁施工方案較為復(fù)雜,工作持續(xù)時(shí)間短,施工交叉作業(yè)量大,封鎖時(shí)間有限。換梁施工過(guò)程既要保證作業(yè)效率,又要嚴(yán)控施工質(zhì)量,盡可能減少對(duì)既有鐵路運(yùn)營(yíng)及周邊環(huán)境的影響。因此,把換梁施工技術(shù)與BIM有機(jī)結(jié)合,開展基于BIM模型更換鐵路道岔連續(xù)鋼箱梁施工方案的演示及其風(fēng)險(xiǎn)分析就顯得十分必要。

馬龍林等[1]基于Dynamo+Revit創(chuàng)建變截面連續(xù)梁橋的方法,實(shí)現(xiàn)了Dynamo和Revit互通,提高了建模的效率和精度。熊斌等[2]結(jié)合施工工藝特點(diǎn),采用BIM技術(shù)進(jìn)行圖紙碰撞復(fù)核、施工動(dòng)畫模擬,指導(dǎo)完成了鋼箱梁橋頂推施工。王曉東等[3]分析了鋼箱梁橋頂推施工BIM模型建模方法,對(duì)施工方案進(jìn)行模擬優(yōu)化,為精細(xì)化施工質(zhì)量控制提供了信息化技術(shù)手段。杜海云等[4]運(yùn)用BIM和三維掃描技術(shù),展開了鋼箱梁橋頂推滑移精確拼裝技術(shù)和控制措施研究,為鋼箱梁精準(zhǔn)拼裝和滑移提供了新思路。李其杭[5]論述了利用Project軟件進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃編制和施工步驟控制的優(yōu)勢(shì),可減少經(jīng)驗(yàn)管理,提高進(jìn)度控制水平。鄧博等[6]把BIM技術(shù)模型和Project施工進(jìn)度計(jì)劃相結(jié)合,為資源優(yōu)化配置提供了決策依據(jù)。王毅等[7]分析了BIM技術(shù)在鐵路橋梁施工中的應(yīng)用,可為圖紙會(huì)審與三維技術(shù)交底、鐵路橋梁關(guān)鍵施工工藝仿真、施工過(guò)程模擬及施工動(dòng)態(tài)控制等提供技術(shù)支撐。李曉龍等[8]通過(guò)對(duì)BIM施工方案進(jìn)行模擬及可視化技術(shù)交底的研究,提出了基于BIM的橋梁施工質(zhì)量安全可視化控制技術(shù)。張海華等[9]通過(guò)BIM在施工前進(jìn)行碰撞檢查和可視化施工演示,有助于查漏補(bǔ)缺,優(yōu)化施工方案,對(duì)施工工藝流程有更清晰認(rèn)識(shí),從而提高施工技術(shù)水平,減少安全事故。趙紅軍[10]對(duì)連續(xù)鋼箱梁頂推法施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí),建立了施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系,得到了中度風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估結(jié)果。曹樟海[11]采用層次分析法,對(duì)整個(gè)鋼箱梁頂推施工過(guò)程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià),提出了相應(yīng)預(yù)控措施。

由于在有限時(shí)間范圍內(nèi)完成運(yùn)營(yíng)鐵路多股道大跨度連續(xù)道岔鋼箱梁更換的牽引頂推橫移施工方法,國(guó)內(nèi)外鮮見,其施工技術(shù)、工藝工法及經(jīng)驗(yàn)積累均有不足,所以國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)涉及BIM技術(shù)工程應(yīng)用及施工風(fēng)險(xiǎn)分析的這類項(xiàng)目研究基本處于空白階段,為此本文開展了BIM建模、牽引頂推方案、Project施工進(jìn)度計(jì)劃、可視化及施工風(fēng)險(xiǎn)等方面的研究工作,以便能夠保證換梁施工的安全進(jìn)行。

1 工程概況及BIM建模說(shuō)明

1.1 更換鐵路道岔連續(xù)鋼箱梁工程概況

新建紹興城際鐵路二期工程金柯橋大道站,因設(shè)站增加到發(fā)線需要,將既有鐵路杭州端81號(hào)墩—85號(hào)墩或?qū)幉ǘ?8號(hào)墩—102號(hào)墩區(qū)間的原4-32 m雙線組合簡(jiǎn)支T梁改造更換為2-24 m簡(jiǎn)支鋼箱梁(4線變線間距)和(24+32+24)m道岔連續(xù)鋼箱梁(2線變4線)。既有雙線組合T梁?jiǎn)慰缳|(zhì)量為825 t,故四跨T梁質(zhì)量為3 300 t。新建(24+32+24)m道岔連續(xù)鋼箱梁質(zhì)量為1 607 t,24 m簡(jiǎn)支鋼箱梁質(zhì)量為635 t,故五跨鋼箱梁質(zhì)量為2 877 t。為此,需在運(yùn)營(yíng)鐵路施工封鎖有限時(shí)間內(nèi),把4-32 m雙線組合簡(jiǎn)支T梁橫移遷出水平距離18.25 m,與此同時(shí),把(24+32+24)m道岔連續(xù)鋼箱梁(2線變4線)和2-24 m簡(jiǎn)支鋼箱梁(4線變線間距),從建造位置橫移頂推水平距離27.80 m(其中試驗(yàn)性橫移頂推10 m,鐵路封鎖后正式橫移頂推17.8 m)到運(yùn)營(yíng)鐵路正線位置,并在施工封鎖期解除后保證鐵路運(yùn)營(yíng)不中斷。牽引頂推橫移方法存在多個(gè)施工方案,要考慮施工進(jìn)度和安全風(fēng)險(xiǎn)等控制要素并進(jìn)行多方案比較后,推薦最佳施工方案。

1.2 BIM建模說(shuō)明

結(jié)合鐵路工程信息模型[12]的基本要求和該換梁依托工程實(shí)際,綜合比選后認(rèn)為,采用Autodesk Revit軟件進(jìn)行更換鐵路道岔連續(xù)鋼箱梁施工BIM模型的建模,較為合理便捷。于是用該軟件建立了鋼箱梁BIM模型族,橋墩及樁基BIM模型族,滑道及支架體系、牽引頂推橫移設(shè)備體系的BIM模型族,并用軸網(wǎng)放置法對(duì)這些BIM模型族進(jìn)行拼裝,形成了新舊鐵路橋梁頂推牽引橫移BIM模型。所以利用該BIM施工信息模型,虛擬展現(xiàn)不同施工方案的牽引頂推橫移過(guò)程,進(jìn)行可視化分析和施工工藝推演,有助于提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并為施工方案優(yōu)化提供了新的信息模型手段。

2 三種牽引頂推橫移BIM施工方案的初步對(duì)比分析

2.1 方案一:整體牽引頂推方案

將4跨32 m雙線組合簡(jiǎn)支T梁連接為一個(gè)整體,同步牽拉移出5 m后,開始同步頂進(jìn)2跨24 m簡(jiǎn)支鋼箱梁與(24+32+24)m道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體。與此同時(shí),4跨組合簡(jiǎn)支T梁連接為整體,繼續(xù)同步牽出13.25 m并落梁就位,2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁與道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體同步頂推移入17.8 m后糾偏、落梁對(duì)正支座就位。鋼箱梁組合整體總橫移頂推距離為27.8 m,其中試驗(yàn)性橫移頂推10 m,鐵路封鎖后正式橫移頂推17.8 m。整體牽引頂推BIM施工方案,見圖1。

該方案將舊T梁與新鋼箱梁分別作為一個(gè)整體進(jìn)行牽引和頂推,舊梁牽出和新梁頂推到位,均只需一次施工就可完成,牽引和頂推過(guò)程的時(shí)間有重疊,且相對(duì)最快,但是發(fā)生梁體偏斜、觸碰、傾覆的施工風(fēng)險(xiǎn)也相對(duì)最高。

2.2 方案二:分段組合牽引頂推方案

牽拉移出前,連接1號(hào)、2號(hào)32 m雙線組合簡(jiǎn)支T梁,作為1號(hào)牽拉段,連接3號(hào)、4號(hào)32 m雙線組合簡(jiǎn)支T梁,作為2號(hào)牽拉段。頂推橫移前,連接兩跨24 m簡(jiǎn)支鋼箱梁作為1號(hào)頂推平移段,(24+32+24)m道岔連續(xù)鋼箱梁作為2號(hào)頂推平移段。牽引頂推施工時(shí),首先將1號(hào)牽拉段牽拉移出5 m后,開始同步頂推1號(hào)平移段;在1號(hào)牽拉段繼續(xù)牽出13.25 m到位后,開始牽拉移出2號(hào)牽拉段;在1號(hào)平移段頂推移入17.8 m就位后,開始頂推2號(hào)平移段;直至2號(hào)牽拉段牽出18.25 m和2號(hào)平移段頂推移入17.8 m,分別落梁就位。分段組合牽引頂推BIM施工方案,見圖2。

該方案將4跨32 m雙線組合簡(jiǎn)支T梁作為兩兩組合,分別進(jìn)行牽引,將2跨24 m簡(jiǎn)支鋼箱梁進(jìn)行組合,并與(24+32+24)m道岔連續(xù)鋼箱梁分別進(jìn)行頂推橫移。比方案一多了一次牽引過(guò)程、一次頂推過(guò)程,所以牽引和頂推過(guò)程的時(shí)間相對(duì)較多,但是施工難度有所降低,發(fā)生梁體偏斜、觸碰、傾覆的施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)適中。

2.3 方案三:分節(jié)牽引頂推方案

首先將1號(hào)和3號(hào)32 m雙線組合簡(jiǎn)支T梁同時(shí)牽引移出5 m時(shí)(還需繼續(xù)牽出13.25 m),再將2號(hào)和4號(hào)32 m雙線組合簡(jiǎn)支T梁同時(shí)牽引移出,當(dāng)2號(hào)和4號(hào)簡(jiǎn)支T梁移出5 m后(還需繼續(xù)牽出13.25 m),同時(shí)同步頂推1號(hào)24 m簡(jiǎn)支鋼箱梁和(24+32+24)m道岔連續(xù)鋼箱梁17.8 m到位后,再將2號(hào)24 m簡(jiǎn)支鋼箱梁頂推移入17.8 m落梁就位。分節(jié)牽引頂推BIM施工方案見圖3。

該方案相較于前兩個(gè)方案,無(wú)論是簡(jiǎn)支T梁,還是簡(jiǎn)支鋼箱梁、道岔連續(xù)鋼箱梁的相鄰梁跨之間,均不設(shè)置任何連接約束,梁體牽引頂推施工過(guò)程中,可完全避免鄰近梁跨之間的偏位碰撞問(wèn)題,施工風(fēng)險(xiǎn)最低,但是需兩次牽引,兩次頂推,花費(fèi)時(shí)間最長(zhǎng),難以在鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期的最高期限8 h內(nèi)完成。

3 牽引頂推橫移BIM施工方案的進(jìn)度參數(shù)分析

“牽出舊T梁移入新鋼箱梁”的施工方案,要求鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期控制在6 h～8 h,且時(shí)間越短越好,最好是6 h內(nèi)完成。所以時(shí)間進(jìn)度參數(shù)的大小是首要考量的施工控制因素。為此,對(duì)前述的三個(gè)牽引頂推橫移BIM施工方案,分別制定了可行的施工工作步驟和合理持續(xù)時(shí)間,并對(duì)每個(gè)施工工作步驟進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解,創(chuàng)建了子工作步驟及其時(shí)間表;明確每個(gè)工作步驟的緊前工作和緊后工作,區(qū)分關(guān)鍵工作和非關(guān)鍵工作,由此確定影響總工期的關(guān)鍵路徑。由于篇幅所限,這里僅給出了方案一總工期為6 h的總體施工工作步驟及時(shí)間表,見表1。

表1 方案一總工期為6 h的總體施工工作步驟及時(shí)間表

將以上工作任務(wù)數(shù)據(jù)輸入Project項(xiàng)目管理軟件,可得到總工期分別為6 h,8 h和9 h的方案一、方案二及方案三的Project總體施工進(jìn)度計(jì)劃甘特圖。這為后續(xù)BIM施工方案可視化動(dòng)態(tài)模擬演示打下了基礎(chǔ)。

4 牽引頂推橫移BIM施工方案可視化動(dòng)態(tài)模擬分析

4.1 牽引頂推橫移BIM施工可視化動(dòng)態(tài)模擬流程

使用Autodesk Navisworks軟件進(jìn)行BIM施工可視化動(dòng)態(tài)模擬流程如下:

1)新舊鐵路橋梁頂推牽引橫移總體BIM模型導(dǎo)入;2)總體BIM模型的審查與協(xié)調(diào);3)編制Project施工進(jìn)度計(jì)劃;4)鏈接施工進(jìn)度計(jì)劃和總體BIM模型;5)可視化動(dòng)態(tài)BIM施工模擬;6)創(chuàng)建動(dòng)畫和演示;7)導(dǎo)出和共享。

首先,將Revit軟件中的BIM模型導(dǎo)入到Navisworks軟件中,通過(guò)Revit中附加模塊的外部工具將模型導(dǎo)出為nwc格式,再用Navisworks打開此文件。導(dǎo)入BIM模型后,需要檢查BIM模型的準(zhǔn)確性和完整性。例如,使用Navisworks的Clash Detective工具,檢查鋼箱梁BIM模型的沖突問(wèn)題,防止出現(xiàn)板與板之間重疊交叉錯(cuò)誤。將“3”節(jié)分析確定的三個(gè)BIM施工方案進(jìn)度計(jì)劃分別導(dǎo)入Navisworks中,并將施工進(jìn)度計(jì)劃與BIM模型的元素關(guān)聯(lián)起來(lái)。利用Navisworks的TimeLiner工具將施工進(jìn)度計(jì)劃中的任務(wù)分配給模型BIM的構(gòu)件。

其次,使用TimeLiner工具的模擬功能,根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃可查看施工過(guò)程動(dòng)態(tài)可視化。通過(guò)調(diào)整模擬速度,可在不同時(shí)間點(diǎn)檢查可視化動(dòng)態(tài)BIM模型。為了更好展示施工過(guò)程,還可用Navisworks的Animator和Presenter工具創(chuàng)建動(dòng)畫和演示。通過(guò)這些工具,可為模擬添加視角、光照和材質(zhì)等效果,使模型更加真實(shí)和生動(dòng)。

最后,將可視化動(dòng)態(tài)施工模擬導(dǎo)出為視頻文件,將施工過(guò)程以視頻方式呈現(xiàn)并保存,以便進(jìn)行BIM施工方案可視化動(dòng)態(tài)模擬演示。

以下結(jié)合第2節(jié)的三種牽引頂推橫移BIM施工方案和第3節(jié)對(duì)應(yīng)的施工進(jìn)度計(jì)劃,進(jìn)行BIM施工方案可視化動(dòng)態(tài)模擬主要節(jié)點(diǎn)展示。

4.2 三種牽引頂推橫移BIM施工方案的可視化模擬主要節(jié)點(diǎn)展示

4.2.1 方案一的可視化模擬主要節(jié)點(diǎn)展示

按照前述的7個(gè)可視化動(dòng)態(tài)模擬流程進(jìn)行,并將方案一按照6 h總工期編制的Project總體施工進(jìn)度計(jì)劃甘特圖導(dǎo)入Navisworks,為每個(gè)牽引頂推階段在Animator中制作動(dòng)畫。分為以下四個(gè)整體牽引頂推狀態(tài)節(jié)點(diǎn),進(jìn)行可視化動(dòng)態(tài)BIM施工模擬過(guò)程主體展示。

1)鋼箱梁整體試驗(yàn)性頂推橫移結(jié)束及T梁整體牽引橫移起始狀態(tài)。2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁與道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體試驗(yàn)性頂推橫移10 m后,4跨組合簡(jiǎn)支T梁整體牽引橫移起始狀態(tài),見圖4。

2)T梁整體牽引移出5 m,鋼箱梁整體頂推橫移起始狀態(tài)。當(dāng)4跨組合簡(jiǎn)支T梁整體牽引橫移5 m時(shí),2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁與道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體開始進(jìn)行鐵路封鎖后的正式橫移頂推,見圖5。

3)T梁整體牽引移出到位,鋼箱梁整體頂推橫移后期狀態(tài)。4跨組合簡(jiǎn)支T梁整體同步牽出13.25 m就位,2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁與道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體處于同步頂推移入17.8 m后期中間過(guò)程中,見圖6。

4)鋼箱梁整體頂推橫移到位。2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁與道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體同步頂推移入17.8 m,橫移施工結(jié)束,見圖7。

4.2.2 方案二的可視化模擬主要節(jié)點(diǎn)展示

按照前述的7個(gè)可視化動(dòng)態(tài)模擬流程進(jìn)行,并將方案二按照8 h總工期編制的Project總體施工進(jìn)度計(jì)劃甘特圖導(dǎo)入Navisworks,為每個(gè)牽引頂推階段在Animator中制作動(dòng)畫。分為以下四個(gè)分段組合牽引頂推狀態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可視化動(dòng)態(tài)BIM施工模擬過(guò)程主體展示。

1)1號(hào)T梁牽拉段牽出5 m后,開始同步頂推兩跨簡(jiǎn)支鋼箱梁組合的1號(hào)平移段。先完成兩跨簡(jiǎn)支鋼箱梁組合的1號(hào)平移段和2號(hào)道岔連續(xù)鋼箱梁平移段的試驗(yàn)性頂推橫移10 m,然后待1號(hào)T梁牽拉段牽出5 m后,開始同步頂推兩跨簡(jiǎn)支鋼箱梁組合的1號(hào)平移段,見圖8。

2)1號(hào)T梁牽拉段牽出到位后,開始牽拉移出2號(hào)T梁牽拉段。待1號(hào)T梁牽拉段繼續(xù)牽出13.25 m到位后,開始牽拉移出2號(hào)T梁牽拉段;與此同時(shí),1號(hào)平移段處于17.8 m的同步頂推橫移過(guò)程中,見圖9。

3)1號(hào)平移段頂推移入到位后,開始頂推2號(hào)道岔連續(xù)鋼箱梁平移段。兩跨簡(jiǎn)支鋼箱梁組合的1號(hào)平移段頂推移入17.8 m到位后,開始頂推2號(hào)道岔連續(xù)鋼箱梁平移段。此前,2號(hào)T梁牽拉段已牽出到位,見圖10。

4)2號(hào)道岔連續(xù)鋼箱梁平移段頂推橫移過(guò)程及到位狀態(tài)。2號(hào)道岔連續(xù)鋼箱梁平移段頂推移入17.8 m的后期過(guò)程中及到位狀態(tài),見圖11。

4.2.3 方案三的可視化模擬主要節(jié)點(diǎn)展示

按照前述的7個(gè)可視化動(dòng)態(tài)模擬流程進(jìn)行,并將方案三按照9 h總工期編制的Project總體施工進(jìn)度計(jì)劃甘特圖導(dǎo)入Navisworks,為每個(gè)牽引頂推階段在Animator中制作動(dòng)畫,分為以下四個(gè)分節(jié)牽引頂推狀態(tài)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行可視化動(dòng)態(tài)BIM施工模擬過(guò)程主體展示。

1)1號(hào)和3號(hào)T梁同步牽引移出5 m及到位狀態(tài),見圖12。

2)2號(hào)和4號(hào)T梁同步牽引移出12 m及到位狀態(tài),見圖13。

3)邊跨簡(jiǎn)支鋼箱梁和道岔連續(xù)鋼箱梁同步頂推移入10 m及到位狀態(tài),見圖14。

4)中跨簡(jiǎn)支鋼箱梁頂推移入10 m及到位狀態(tài),見圖15。

三種牽引頂推橫移BIM施工方案的可視化動(dòng)態(tài)施工模擬視頻演示,可為施工技術(shù)交底、專項(xiàng)施工方案評(píng)審和施工工藝技術(shù)等預(yù)演、培訓(xùn),提供直觀的BIM3D演示基礎(chǔ)資料。限于篇幅,以上僅是三種牽引頂推橫移BIM施工方案可視化模擬視頻的主要節(jié)點(diǎn)展示。

利用BIM可視化、仿真模擬、虛擬建造等功能,將牽引頂推橫移方案進(jìn)行模擬推演,在快速、全面、深入掌握相關(guān)方案的同時(shí),也對(duì)方案做一次全面深入的審核,提前發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題或不足。利用BIM三維可視化功能,對(duì)參與方案實(shí)施的相關(guān)人員采用動(dòng)態(tài)三維模式進(jìn)行技術(shù)交底,使交底更直觀、生動(dòng)、形象,確保參與施工人員均能快速、明確、清晰的理解相關(guān)方案,確保在鐵路封鎖期內(nèi)保質(zhì)保量地完成牽引頂推橫移安全施工工作。

5 更換鐵路道岔連續(xù)鋼箱梁施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析

5.1 更換鐵路道岔連續(xù)鋼箱梁施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算

采用層次分析法與專家打分法相結(jié)合的綜合集成法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。首先劃分風(fēng)險(xiǎn)單元,不同的牽引頂推橫移BIM施工方案,有不同的風(fēng)險(xiǎn)單元?jiǎng)澐帧?/p>

方案一的風(fēng)險(xiǎn)單元?jiǎng)澐?對(duì)于4跨T梁整體同步牽引風(fēng)險(xiǎn)類別而言,主要有:4跨T梁整體軌道結(jié)構(gòu)線路切割,4跨T梁整體牽引移動(dòng)、偏位和傾覆;對(duì)于2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁+道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體同步頂推風(fēng)險(xiǎn)類別而言,主要有:2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁+道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體的軌道結(jié)構(gòu)線路準(zhǔn)備,2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁+道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體同步頂推移動(dòng)、偏位和傾覆,落梁就位,軌道線路開通。方案二的風(fēng)險(xiǎn)單元?jiǎng)澐?對(duì)于2跨T梁分段組合牽引風(fēng)險(xiǎn)類別而言,主要有:2跨T梁組合軌道結(jié)構(gòu)線路切割,2跨T梁組合牽引移動(dòng)、偏位和傾覆;對(duì)于2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁組合先頂推,道岔連續(xù)鋼箱梁后頂推風(fēng)險(xiǎn)類別而言,主要有:先頂推移動(dòng)的2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁組合及后頂推移動(dòng)的道岔連續(xù)鋼箱梁軌道結(jié)構(gòu)線路準(zhǔn)備,2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁組合先頂推移動(dòng)及道岔連續(xù)鋼箱梁后頂推移動(dòng)、偏位和傾覆,落梁就位,軌道線路開通。方案三的風(fēng)險(xiǎn)單元?jiǎng)澐?對(duì)于隔跨T梁兩兩同步牽引風(fēng)險(xiǎn)類別而言,主要有:單跨T梁軌道結(jié)構(gòu)線路切割,隔跨T梁兩兩同步牽引移動(dòng)、偏位和傾覆;對(duì)于邊跨簡(jiǎn)支鋼箱梁與道岔連續(xù)鋼箱梁同時(shí)頂推,中跨簡(jiǎn)支鋼箱梁后頂推風(fēng)險(xiǎn)類別而言,主要有:同時(shí)頂推的邊跨簡(jiǎn)支鋼箱梁與道岔連續(xù)鋼箱梁及后頂推中跨簡(jiǎn)支鋼箱梁的軌道結(jié)構(gòu)線路準(zhǔn)備,邊跨簡(jiǎn)支鋼箱梁與道岔連續(xù)鋼箱梁同時(shí)頂推及中跨簡(jiǎn)支鋼箱梁后頂推移動(dòng)、偏位和傾覆,落梁就位,軌道線路開通。

其次,分別列出三種方案的施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)表,專家打分法確定的風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率(Pi)和損失值(Ci)的評(píng)分,計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Ri=Pi×Ci。

再次,用層次分析法(AHP),構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣,得到風(fēng)險(xiǎn)事件的權(quán)重,在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的損失值以及風(fēng)險(xiǎn)重要性權(quán)重三個(gè)方面衡量風(fēng)險(xiǎn)水平的大小,并對(duì)風(fēng)險(xiǎn)重要性權(quán)重的排序進(jìn)行一致性的科學(xué)檢驗(yàn)。

最后計(jì)算確定的三個(gè)方案的分項(xiàng)工程風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),見表2。

從表2中分項(xiàng)工程風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可見,方案一的鋼箱梁頂推為8.68,大于4跨T梁整體同步牽引的7.26;方案二的鋼箱梁頂推為7.94,大于2跨T梁分段組合牽引的6.78;方案三的鋼箱梁頂推為7.50,大于隔跨T梁兩兩同步牽引的6.15。所以,方案一的2跨簡(jiǎn)支鋼箱梁+道岔連續(xù)鋼箱梁組合整體同步頂推的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高,方案三的隔跨T梁兩兩同步牽引的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最低;鋼箱梁頂推高于T梁牽引的施工風(fēng)險(xiǎn),但均屬于Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 未考慮鐵路封鎖時(shí)間的牽引頂推施工方案風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比分析

依據(jù)表2,按照層次分析法計(jì)算確定的三種牽引頂推方案的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)見表3和圖16。從表3及圖16中可見,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均為Ⅲ,但總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)略有不同,方案一為8.44,風(fēng)險(xiǎn)最大;方案二為7.74,風(fēng)險(xiǎn)適中;方案三為7.27,風(fēng)險(xiǎn)最小。從風(fēng)險(xiǎn)控制角度來(lái)看,方案三相對(duì)安全一些。以上風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果未考慮鐵路封鎖時(shí)間帶來(lái)的施工風(fēng)險(xiǎn)因素,所以下一步還要把以上風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與鐵路封鎖時(shí)間長(zhǎng)短的風(fēng)險(xiǎn)相結(jié)合,進(jìn)行三種牽引頂推方案的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和決策。

表3 三種牽引頂推方案總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)比

5.3 考慮鐵路封鎖時(shí)間的牽引頂推施工方案風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比分析

鐵路封鎖時(shí)間內(nèi)施工是明確并執(zhí)行預(yù)防措施后可以減少風(fēng)險(xiǎn)的類別,因此按照表4中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Ⅱ的估值9≤R<15,考慮封鎖時(shí)間越大,封鎖風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)越高的原則,確定了不同封鎖時(shí)間6 h,7 h,8 h,9 h對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)9,11,13,15,見表5。

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)打分表

表5 不同封鎖時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

按照兩種鐵路封鎖時(shí)間組合的三種牽引頂推方案總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)見表6,表7。

表6 鐵路封鎖時(shí)間組合1時(shí)三種方案總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

表7 封鎖時(shí)間組合2時(shí)三種牽引頂推方案總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

從表6,圖17,圖18可知,方案一:封鎖時(shí)間為6 h,封鎖時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為9,考慮封鎖時(shí)間的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為8.78,滿足6 h最佳封鎖時(shí)間要求,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí),風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最小,為最佳方案。方案二:封鎖時(shí)間為8 h,封鎖時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為13,考慮封鎖時(shí)間的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為10.90,滿足8 h最大封鎖時(shí)間要求,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí),風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)較大,在該封鎖時(shí)間內(nèi)完成施工存在一定難度。方案三:封鎖時(shí)間為9 h,封鎖時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為15,考慮封鎖時(shí)間的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為11.91,超出8 h最大封鎖時(shí)間要求,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí),風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)最大,是不可取的施工方案。

綜上所述,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的比較,最佳方案是方案一,其滿足了6 h的最佳封鎖時(shí)間要求,且具有最小的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。方案二雖然符合8 h最大封鎖時(shí)間要求,但風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較高且在封鎖時(shí)間內(nèi)完成存在一定難度。方案三由于超過(guò)最大封鎖時(shí)間要求,不可取。

從表7,圖19,圖20可知,方案一:封鎖時(shí)間為7 h,封鎖時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為11,考慮封鎖時(shí)間的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為9.98,封鎖時(shí)間介于6 h～8 h范圍內(nèi),風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí),風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)較小,基本可行,但不是最佳方案。方案二和方案三的分析情況同前。

綜上所述,較佳方案仍然是方案一,盡管它不是最佳的,但是在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)較小的情況下基本可行。方案二和方案三的分析情況也同前。

經(jīng)過(guò)上述綜合分析與對(duì)比,可以得出最優(yōu)和次優(yōu)方案,均是方案一整體牽引頂推方案,見表8。最優(yōu)方案封鎖時(shí)間為6 h,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí);次優(yōu)方案封鎖時(shí)間為7 h,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

表8 考慮不同封鎖時(shí)間的牽引頂推方案優(yōu)選

6 結(jié)語(yǔ)

以紹興城際鐵路更換鐵路道岔連續(xù)鋼箱梁工程為依托,對(duì)三種牽引頂推橫移BIM施工方案及其進(jìn)度參數(shù)、可視化動(dòng)態(tài)模擬分析演示和施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析研究,得出以下結(jié)論:

1)研究提出了三種牽引頂推橫移BIM施工方案,并進(jìn)行了初步對(duì)比分析。整體牽引頂推方案,只需一次牽引和頂推施工就可完成,牽引和頂推時(shí)間有重疊,且相對(duì)最快,但施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)最高。分段組合牽引頂推方案,比整體牽引頂推方案多了一次牽引和頂推過(guò)程,牽引和頂推時(shí)間相對(duì)較多,但施工難度有所降低,施工風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)適中。分節(jié)牽引頂推方案,相較于前兩個(gè)方案,可以避免鄰近梁跨之間的偏位碰撞,施工風(fēng)險(xiǎn)最低,但需兩次牽引和兩次頂推,花費(fèi)時(shí)間最長(zhǎng),難以在鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期最高期限8 h內(nèi)完成。

2)進(jìn)度參數(shù)是首要施工控制因素,要求鐵路運(yùn)營(yíng)天窗期控制在6 h～8 h,且時(shí)間越短越好。所以,為三個(gè)牽引頂推橫移BIM施工方案制定了總工期分別為6 h,8 h和9 h的Project總體施工進(jìn)度計(jì)劃甘特圖,明確了工作任務(wù)內(nèi)容、持續(xù)時(shí)間、開始和完成時(shí)間,工作任務(wù)之間的依賴關(guān)系及關(guān)鍵路徑,為后續(xù)BIM施工方案可視化動(dòng)態(tài)模擬演示打下了基礎(chǔ)。

3)按照牽引頂推橫移BIM施工可視化動(dòng)態(tài)模擬流程,完成了三種牽引頂推橫移BIM施工方案可視化動(dòng)態(tài)模擬主要節(jié)點(diǎn)的展示。a.整體牽引頂推方案展示結(jié)果如下:鋼箱梁整體試驗(yàn)性頂推橫移結(jié)束及T梁整體牽引橫移起始、T梁整體牽引移出5 m及鋼箱梁整體頂推橫移起始、T梁整體牽出到位及鋼箱梁整體頂推橫移后期、鋼箱梁整體頂推橫移到位這四個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。b.分段組合牽引頂推方案展示結(jié)果如下:1號(hào)T梁牽拉段牽出5 m后開始同步頂推1號(hào)平移段、1號(hào)T梁牽拉段牽到位后開始牽移2號(hào)T梁牽拉段、1號(hào)平移段頂推到位后開始頂推2號(hào)平移段、2號(hào)平移段頂推橫移過(guò)程及到位狀態(tài)這四個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。c.分節(jié)牽引頂推方案展示結(jié)果如下:1號(hào)和3號(hào)T梁同步牽引移出5 m及到位狀態(tài)、2號(hào)和4號(hào)T梁同步牽引移出12 m及到位狀態(tài)、邊跨簡(jiǎn)支鋼箱梁和道岔連續(xù)鋼箱梁同步頂推移入10 m及到位狀態(tài)、中跨簡(jiǎn)支鋼箱梁頂推移入10 m及到位狀態(tài)這四個(gè)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)主要節(jié)點(diǎn)展示,可實(shí)現(xiàn)施工工藝預(yù)演,為施工技術(shù)交底、專項(xiàng)施工方案評(píng)審和施工工藝技術(shù)完善,提供直觀的BIM3D演示和技術(shù)基礎(chǔ)資料,確保在鐵路封鎖期內(nèi)保質(zhì)保量地完成牽引頂推橫移的安全施工。

4)采用層次分析法與專家打分法相結(jié)合的綜合集成法對(duì)三種牽引頂推橫移BIM施工方案進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分析。從分項(xiàng)工程風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可見,方案一的鋼箱梁頂推為8.68,大于4跨T梁整體同步牽引的7.26;方案二的鋼箱梁頂推為7.94,大于2跨T梁分段組合牽引的6.78;方案三的鋼箱梁頂推為7.50,大于隔跨T梁兩兩同步牽引的6.15。所以,方案一的鋼箱梁組合整體同步頂推的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高,方案三的隔跨T梁兩兩同步牽引的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最低;鋼箱梁頂推高于T梁牽引的施工風(fēng)險(xiǎn),但均屬于Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。從未考慮鐵路封鎖時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)因素的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可見,方案一為8.44,風(fēng)險(xiǎn)最大;方案二為7.74,風(fēng)險(xiǎn)適中;方案三為7.27,風(fēng)險(xiǎn)最小,但均屬于Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

5)方案一:考慮封鎖時(shí)間為6 h,總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為8.78,滿足6 h最佳封鎖時(shí)間要求,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí),風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最小,為最佳方案;考慮封鎖時(shí)間為7 h,總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為9.98,封鎖時(shí)間介于6 h～8 h范圍內(nèi),風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí),風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)較小,為次優(yōu)方案。方案二:封鎖時(shí)間為8 h,總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為10.90,滿足8 h最大封鎖時(shí)間要求,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí),風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)較大,在封鎖時(shí)間內(nèi)完成施工存在一定難度。方案三:封鎖時(shí)間為9 h,總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為11.91,超出8 h最大封鎖時(shí)間要求,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí),風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)相對(duì)最大,不可取。