橋梁現(xiàn)澆箱梁施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用研究

王燕，金鸝娜

（1.長(zhǎng)興縣交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 長(zhǎng)興 313100；2.長(zhǎng)興交通管理咨詢(xún)有限公司，浙江 長(zhǎng)興 313100）

1 引言

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于新常態(tài)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐年加大，2022 年全國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資已超過(guò)了197 100 億元，而橋梁建設(shè)作為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主體之一，也隨之得到了快速發(fā)展，2022 年，全國(guó)公路橋梁的總數(shù)已經(jīng)超過(guò)了98.38 萬(wàn)座。由于現(xiàn)澆箱梁施工具有占用施工范圍少、施工成本低、施工效率高等明顯優(yōu)點(diǎn)，且可實(shí)現(xiàn)一次性施工，還可基于施工模型來(lái)精準(zhǔn)作業(yè)，切實(shí)增強(qiáng)橋梁各結(jié)構(gòu)施工的穩(wěn)定性，施工誤差也可大幅度減小。所以，橋梁建設(shè)項(xiàng)目大多都會(huì)將現(xiàn)澆箱梁作為主要結(jié)構(gòu)形式，但現(xiàn)澆箱梁施工作業(yè)又存在著工序煩瑣、技術(shù)復(fù)雜、安全隱患較多等問(wèn)題，亟須采用可視化技術(shù)來(lái)對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行精準(zhǔn)控制[1]。

BIM 技術(shù)是一種應(yīng)用于建筑行業(yè)的信息技術(shù)，以三維可視化模型為基礎(chǔ)，通過(guò)構(gòu)建起信息共享平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)各種信息的高度集成，具有“所見(jiàn)即所得”的特點(diǎn)[2]。BIM 技術(shù)的應(yīng)用貫穿于建筑工程項(xiàng)目的全壽命周期，可對(duì)傳統(tǒng)項(xiàng)目施工模式進(jìn)行改變，促使其逐漸朝著集約型、先進(jìn)型的施工方式發(fā)展，可達(dá)到可視化效果設(shè)計(jì)的效果。BIM 技術(shù)的出現(xiàn)讓建筑界出現(xiàn)了較大的信息技術(shù)變革，建筑界變得更加標(biāo)準(zhǔn)化、更加高效化和更加精細(xì)化，因此，BIM 技術(shù)也被譽(yù)為建筑界繼CAD 技術(shù)之后所形成的最好用的信息化技術(shù)。將BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁現(xiàn)澆箱梁施工中，可用精細(xì)化管理模式來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的粗放型管理模式，可明顯提高施工質(zhì)量，提升施工企業(yè)的管理水平，助力施工企業(yè)朝著有序、穩(wěn)定的方向發(fā)展。當(dāng)前，BIM 技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于建筑行業(yè)，且獲得了豐碩的成果，但如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于施工難度大、技術(shù)復(fù)雜、工序煩瑣的橋梁現(xiàn)澆箱梁施工中已成為業(yè)內(nèi)研究重點(diǎn)，四川省內(nèi)江市水心壩大橋項(xiàng)目橋梁現(xiàn)澆箱梁施工中利用BIM 技術(shù)來(lái)達(dá)到了施工精細(xì)化管理的良好效果，起到了一定的示范效果。本文就BIM 技術(shù)在橋梁現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

2 工程概況

四川省內(nèi)江市水心壩大橋（見(jiàn)圖1）橫跨沱江，是外圍公路與城市道路進(jìn)行連接的重要節(jié)點(diǎn)，橋面寬26.5 m，橋長(zhǎng)415 m，最大橋高為15 m，南連內(nèi)江市東興區(qū)椑木街道，北接內(nèi)江市市中區(qū)白馬街道，設(shè)計(jì)速度80 km/h。大橋上部采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑3 m×29 m，箱梁的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為單箱雙室截面，其中，底板寬度為815 cm、底板高度為180 cm、頂板寬度為1 574 cm。為了更好地保障澆筑質(zhì)量，現(xiàn)澆箱梁采用2 次澆筑方式，分別對(duì)底板、頂板進(jìn)行澆筑。內(nèi)江市水心壩大橋?yàn)樗拇ㄊ≈攸c(diǎn)民生工程，關(guān)系到內(nèi)江市沱江兩岸上百萬(wàn)人的日常出現(xiàn)，工期較緊。為了順利實(shí)現(xiàn)安全目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)與工期目標(biāo)，很有必要以先進(jìn)技術(shù)為“利器”，確保該工程如期交付。

圖1 內(nèi)江市水心壩大橋建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 三維施工場(chǎng)地布置

該項(xiàng)目處于人口稠密的市區(qū)，施工場(chǎng)地較為狹窄，導(dǎo)致其規(guī)劃布置受限，若采用CAD 軟件來(lái)進(jìn)行二維層面的區(qū)域劃分，既不太簡(jiǎn)潔直觀，又難以發(fā)現(xiàn)尺寸偏差，易于出現(xiàn)規(guī)劃布置不妥當(dāng)?shù)膯?wèn)題，進(jìn)而影響到整個(gè)施工過(guò)程。而B(niǎo)IM 技術(shù)具備可視化特點(diǎn)，可利用Revit 軟件來(lái)構(gòu)建構(gòu)件族庫(kù)（如蓋梁、墩柱、承臺(tái)等），再將其載入建筑樣板項(xiàng)目中，同時(shí)又可基于設(shè)計(jì)圖紙來(lái)逐一放置結(jié)構(gòu)族模型，確保現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)模型與實(shí)際的施工狀況相吻合[3]。

第一，布置施工道路?；谑┕C(jī)械錯(cuò)車(chē)情況、機(jī)械設(shè)備大小等來(lái)對(duì)道路寬度數(shù)值進(jìn)行確定，再按照?qǐng)鐾饨煌ㄇ闆r來(lái)對(duì)場(chǎng)內(nèi)施工道路的運(yùn)行線(xiàn)路、進(jìn)出口予以妥善確定，而后再利用放樣命令對(duì)施工道路模型進(jìn)行創(chuàng)建。

第二，劃分材料堆放區(qū)。首先，對(duì)分配梁、格構(gòu)柱、貝雷架等尺寸較大的構(gòu)件模型進(jìn)行創(chuàng)建；并將其放置于施工道路外側(cè)空間，若由于堆放區(qū)劃分不合理而出現(xiàn)材料碰撞現(xiàn)象，則需在第一時(shí)間內(nèi)及時(shí)調(diào)整，最終得出最優(yōu)的材料堆放區(qū)域。其次，基于罐車(chē)、天泵、汽車(chē)吊等施工機(jī)械的性能參數(shù)來(lái)構(gòu)建機(jī)械模型，再將其放置在施工道路上，而后仿真預(yù)演作業(yè)過(guò)程，既要確保施工機(jī)械的作業(yè)幅度可對(duì)施工區(qū)域全覆蓋，又要避免施工機(jī)械在作業(yè)時(shí)出現(xiàn)碰撞問(wèn)題[4]，還要確保施工機(jī)械的占地面積小。最后，由于Revit 軟件具有可出圖性的特點(diǎn)，要及時(shí)將施工場(chǎng)地布置圖導(dǎo)出。由此可見(jiàn)，BIM 技術(shù)應(yīng)用于三維施工場(chǎng)地布置中，可獲得最佳的場(chǎng)地布置施工方案，讓整個(gè)施工作業(yè)呈現(xiàn)出高效化和有序化。

3.2 支撐體系設(shè)計(jì)

由于本項(xiàng)目的現(xiàn)澆箱梁段施工區(qū)域?yàn)檐浕刭|(zhì)，故而項(xiàng)目部采用梁式支架作為支撐體系，但是梁式支架頂部又存在著許多細(xì)部構(gòu)件，技術(shù)交底相對(duì)比較困難且易于出現(xiàn)細(xì)部構(gòu)件缺漏等問(wèn)題。通過(guò)BIM 技術(shù)可將支撐體系構(gòu)造實(shí)現(xiàn)可視化，既能夠讓施工人員直觀了解作業(yè)過(guò)程，便于開(kāi)展可視化技術(shù)交底，又能夠防止細(xì)部構(gòu)件缺漏，還可對(duì)支撐體系進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最大限度地降低返工率[5]。首先，計(jì)算出箱梁結(jié)構(gòu)的永久荷載以及施工活荷載，進(jìn)而得出支架的布置跨徑、模板間距、材料類(lèi)型等參數(shù)；其次，由于不同標(biāo)高對(duì)支撐高度有著差異化要求，利用BIM 技術(shù)來(lái)構(gòu)建起排架參數(shù)化族模型、鋼管格構(gòu)柱模型，并且構(gòu)建起標(biāo)準(zhǔn)件族模型，如內(nèi)支撐、次楞、主楞等，將其在族庫(kù)中進(jìn)行保存；最后，載入構(gòu)件族文件，基于其對(duì)應(yīng)的空間位置關(guān)系來(lái)進(jìn)行布置，進(jìn)而形成支撐體系的BIM 模型。此外，在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)施工過(guò)程中，可通過(guò)BIM 模型來(lái)對(duì)全體作業(yè)人員開(kāi)展可視化技術(shù)交底；相對(duì)于傳統(tǒng)的技術(shù)交底方式，可視化技術(shù)交底簡(jiǎn)單明了、清晰易懂，可讓其在短時(shí)間內(nèi)就可對(duì)施工技術(shù)特點(diǎn)及具體要求“了然于心”，還可引導(dǎo)其積極發(fā)現(xiàn)各個(gè)施工環(huán)節(jié)中所存在的安全隱患，并且通過(guò)集體討論來(lái)消除安全隱患，降低返工率，亦可讓支撐體系更好地得到優(yōu)化。

3.3 碰撞協(xié)調(diào)優(yōu)化

首先，整合支撐體系BIM 模型與現(xiàn)澆箱梁BIM 模型，使之形成施工體系模型。其次，利用Revit 軟件來(lái)對(duì)其開(kāi)展碰撞檢查，將碰撞標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為自相交，將碰撞類(lèi)型設(shè)定為硬碰撞，共計(jì)發(fā)現(xiàn)了6 處碰撞部位，均是在現(xiàn)澆箱梁底模板與蓋梁預(yù)埋件之間出現(xiàn)的。在第一時(shí)間內(nèi)將6 處碰撞部位反饋給設(shè)計(jì)人員，為其妥善解決上述問(wèn)題提供了重要的參考依據(jù)，對(duì)其進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，讓整個(gè)施工方案更富有可行性。

3.4 工程量統(tǒng)計(jì)

在橋梁現(xiàn)澆箱梁的施工管理中，工程量統(tǒng)計(jì)是極為重要的[6]，尤其是對(duì)材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃會(huì)產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而波及施工進(jìn)度的執(zhí)行情況。通過(guò)二維圖紙來(lái)對(duì)工程量進(jìn)行人工統(tǒng)計(jì)，無(wú)論是統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確率，還是統(tǒng)計(jì)效率均不高；而B(niǎo)IM 技術(shù)可對(duì)各專(zhuān)業(yè)工程量進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，得出的結(jié)果是可信的，且精準(zhǔn)度高，為后續(xù)材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃的科學(xué)制訂打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。工程量主要包括2 個(gè)部分，分別是混凝土工程量與支撐體系工程量，本工程的現(xiàn)澆箱梁項(xiàng)目混凝土工程量明細(xì)如表1 所示，本工程的支撐體系工程量明細(xì)如表2 所示。綜上，BIM 技術(shù)可有效助力工程量的統(tǒng)計(jì)，進(jìn)而可讓現(xiàn)場(chǎng)材料供應(yīng)更趨于科學(xué)化、精準(zhǔn)化、時(shí)效化，可讓施工進(jìn)度與材料供應(yīng)實(shí)現(xiàn)同步而行，既不會(huì)出現(xiàn)材料供應(yīng)趕不上施工進(jìn)度的情況，又可防止材料浪費(fèi)問(wèn)題。

表1 現(xiàn)澆箱梁項(xiàng)目混凝土工程量明細(xì)

表2 現(xiàn)澆箱梁項(xiàng)目支撐體系工程量明細(xì)

3.5 施工進(jìn)度模擬

本工程的現(xiàn)澆箱梁項(xiàng)目施工周期不長(zhǎng)，但對(duì)應(yīng)的工程量卻較大，加強(qiáng)施工進(jìn)度控制就顯得尤為重要。施工進(jìn)度模擬可立足于不同視域來(lái)對(duì)BIM 模型進(jìn)行全方位地審視與觀察，確保施工方案處于可行狀態(tài)，既可提高施工安全管理水平，又可提高施工效率，可利用BIM 技術(shù)來(lái)將施工進(jìn)度計(jì)劃與三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間信息與空間信息的 “同步”，進(jìn)而形成BIM4D 輔助進(jìn)度計(jì)劃（Time+3D）。項(xiàng)目BIM 團(tuán)隊(duì)反復(fù)開(kāi)展了多次施工進(jìn)度模擬，不斷修改、逐漸優(yōu)化，最終才形成了最佳的施工進(jìn)度計(jì)劃，為施工任務(wù)的高質(zhì)量完成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.6 施工進(jìn)度管理

項(xiàng)目管理人員既可通過(guò)BIM 模型來(lái)對(duì)各個(gè)進(jìn)度計(jì)劃節(jié)點(diǎn)的工程量、工序開(kāi)展信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢(xún)，又可利用BIM技術(shù)來(lái)直觀對(duì)比進(jìn)度模型與現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度是否處于“同步”狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度的管理。本項(xiàng)目在頂板模板支架安裝施工時(shí)有一定的進(jìn)度滯后現(xiàn)象，滯后率為26.73%，項(xiàng)目部通過(guò)BIM4D 技術(shù)發(fā)現(xiàn)了上述問(wèn)題，在第一時(shí)間內(nèi)組織相關(guān)施工班組開(kāi)會(huì)，深入剖析了各種影響因素，加大人力、物力、財(cái)力的投入力度，很快就妥善解決了上述問(wèn)題，讓整個(gè)施工進(jìn)度處于可控狀態(tài)，確?，F(xiàn)澆箱梁施工如期完成。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，建筑領(lǐng)域與信息技術(shù)正處于持續(xù)融合的狀態(tài)，BIM技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，將BIM 技術(shù)應(yīng)用于橋梁現(xiàn)澆箱梁施工是大勢(shì)所趨、必由之勢(shì)，既可讓整個(gè)施工作業(yè)呈現(xiàn)出高效化、有序化，又可對(duì)各專(zhuān)業(yè)工程量進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，為后續(xù)材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃的科學(xué)制訂打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，還可讓整個(gè)施工方案更富有可行性，還可強(qiáng)化施工進(jìn)度控制與管理，讓整個(gè)施工進(jìn)度處于可控狀態(tài)，值得推廣應(yīng)用。