BIM技術(shù)在大型預(yù)制裝配式橋梁工程施工中的運(yùn)用

摘要 近年來(lái)，BIM技術(shù)以其三維建?？梢暬?、自動(dòng)計(jì)算、碰撞試驗(yàn)尋找沖突點(diǎn)、統(tǒng)計(jì)分析等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)的決策、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)。該文依托廣東省某高速公路橋梁預(yù)制梁板集中預(yù)制場(chǎng)，應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)其進(jìn)行數(shù)智賦能，優(yōu)化預(yù)制場(chǎng)功能區(qū)布設(shè)、智能控制生產(chǎn)、碰撞檢查梁板安裝沖突點(diǎn)，大大提高了工程效益，其經(jīng)驗(yàn)可為同類(lèi)項(xiàng)目提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞 預(yù)制梁板；BIM技術(shù)；智能控制；碰撞檢測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào) U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）21-0082-03

0 引言

在先進(jìn)、智能建造大融合的背景下，建筑企業(yè)應(yīng)做好對(duì)先進(jìn)技術(shù)的引入，優(yōu)化現(xiàn)行的生產(chǎn)流程，從而提升生產(chǎn)效率，為企業(yè)的長(zhǎng)期高質(zhì)量發(fā)展奠定基礎(chǔ)。但從實(shí)際情況來(lái)看，部分預(yù)制廠存在信息化水平低、生產(chǎn)方式粗放等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代化建筑施工的要求。對(duì)此，建筑企業(yè)應(yīng)緊跟《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》及《數(shù)字交通發(fā)展規(guī)劃綱要》的要求，為智慧交通建設(shè)提供助力。廣東省公路建設(shè)走在全國(guó)前列，2018年全省已建高速公路突破了10 000 km，工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)十分豐富，BIM技術(shù)已陸續(xù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)選線方案比選、復(fù)雜橋梁設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，但是將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式橋梁預(yù)制場(chǎng)較少[1]。

在BIM技術(shù)的支持下，建筑企業(yè)可應(yīng)用信息化手段，根據(jù)工程信息構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)模型，再結(jié)合工程文件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備配置、工藝及線路分布等部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的整體控制，促進(jìn)數(shù)字化建設(shè)的全面應(yīng)用。這不僅可以使決策過(guò)程更加高效，還能加快施工進(jìn)度。由此，該文以珠中江高快速路為研究對(duì)象，針對(duì)其中某橋梁梁板集中預(yù)制場(chǎng)建設(shè)進(jìn)行分析，并利用BIM技術(shù)對(duì)梁場(chǎng)功能區(qū)劃分、進(jìn)出通道、梁板智能張拉和壓漿、自動(dòng)化養(yǎng)生等進(jìn)行全方面智慧化提升，力圖降本增效，為工程順利推進(jìn)提供幫助。

1 工程概況

該項(xiàng)目是珠海、中山、江門(mén)三市規(guī)劃構(gòu)建“十橫十四縱十五加密線”區(qū)域高快速路中第九橫－香港、澳門(mén)至臺(tái)山[港珠澳大橋及其連接線+洪灣至高欄高速公路+跨黃茅海通道（遠(yuǎn)期）]的重要組成部分，起訖里程為K17+050～K24+502.8，位于江門(mén)市臺(tái)山市赤溪鎮(zhèn)境內(nèi)，路線全長(zhǎng)7.452 km。主要橋梁工程內(nèi)容為6座大中橋總長(zhǎng)1 895.8 m，互通匝道現(xiàn)澆梁8聯(lián)。該項(xiàng)目小箱梁預(yù)制2 548片，其中按梁長(zhǎng)劃分為25 m預(yù)制小箱梁1 402片、30 m預(yù)制小箱梁4片、預(yù)制40 m小箱梁1 142片，按區(qū)域劃分T5標(biāo)范圍1 470片、T6標(biāo)范圍970片、T7標(biāo)范圍108片。40 m預(yù)制小箱梁典型結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

為充分利用BIM技術(shù)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行賦能，該項(xiàng)目從預(yù)制場(chǎng)建設(shè)、梁板生產(chǎn)工藝等環(huán)節(jié)管理盡可能進(jìn)行逐條分析，建立聯(lián)系并深度參與優(yōu)化。

2 BIM技術(shù)輔助預(yù)制場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)

該項(xiàng)目預(yù)制梁板工程量大，需同時(shí)供應(yīng)3個(gè)施工標(biāo)段，因此對(duì)預(yù)制場(chǎng)的選址、產(chǎn)能、運(yùn)輸路線、生產(chǎn)組織、質(zhì)量控制等都提出了較高的要求。通過(guò)對(duì)擬建路段附近的規(guī)劃梁場(chǎng)選址位置先采用無(wú)人機(jī)三維傾斜攝影建模，精度可達(dá)5 cm。利用BIM技術(shù)建立的實(shí)景模型對(duì)鋼筋原材料堆放區(qū)、鋼筋加工區(qū)、預(yù)制梁板澆筑區(qū)、養(yǎng)生區(qū)、存放區(qū)、進(jìn)出通道、聯(lián)絡(luò)通道等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃（見(jiàn)圖2），對(duì)其尺寸進(jìn)行細(xì)化，對(duì)廠內(nèi)龍門(mén)吊、拖車(chē)路線等進(jìn)行碰撞檢查及布置優(yōu)化。場(chǎng)地規(guī)劃需要考慮鋼筋加工及綁扎要求進(jìn)行。其中，對(duì)梁段吊裝存放，應(yīng)盡量減少曲線環(huán)節(jié)的應(yīng)用，促進(jìn)流水線施工的全面落實(shí)，為預(yù)制場(chǎng)規(guī)劃建設(shè)的有序開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

3 借助BIM技術(shù)優(yōu)化預(yù)制梁生產(chǎn)工藝

借助BIM技術(shù)建設(shè)智慧梁廠，將信息化系統(tǒng)和梁廠現(xiàn)場(chǎng)軟硬件結(jié)合，再應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)預(yù)制梁場(chǎng)實(shí)施全面的數(shù)據(jù)采集。當(dāng)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，需對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析處理，并生成相應(yīng)的報(bào)告，為預(yù)制梁生產(chǎn)工藝的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

通過(guò)應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)建筑物、施工設(shè)備及梁板安裝方案進(jìn)行模擬，優(yōu)化施工流程設(shè)計(jì)。此過(guò)程中，施工人員同樣可以在BIM技術(shù)的支持下，對(duì)質(zhì)量及安全管理的實(shí)施加深理解，減少實(shí)際施工中人為因素的影響。此外，對(duì)施工過(guò)程中的重難點(diǎn)問(wèn)題，管理人員還需與各環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)人進(jìn)行交流，共同探討解決方案，重新模擬施工過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配式橋梁施工流程的完善設(shè)計(jì)。此外，BIM技術(shù)還具有模擬物料信息的功能，能夠指導(dǎo)鋼筋加工及綁扎等環(huán)節(jié)的安全穩(wěn)定進(jìn)行，或是在其中引入預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)流程與管理等內(nèi)容，以期促進(jìn)預(yù)制場(chǎng)信息化轉(zhuǎn)型[2]。

3.1 BIM技術(shù)在鋼筋加工綁扎與預(yù)埋件安裝環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

（1）鋼筋自動(dòng)下料環(huán)節(jié)。在此過(guò)程中，施工人員需根據(jù)組織計(jì)劃，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)鋼筋的型號(hào)、長(zhǎng)度、數(shù)量等進(jìn)行精確計(jì)算和模擬，確保下料的準(zhǔn)確性和高效性。而在鋼筋加工和綁扎等環(huán)節(jié)，則可以應(yīng)用BIM技術(shù)模擬鋼筋的加工和綁扎過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題和沖突。這不僅可以避免在實(shí)際施工中引發(fā)質(zhì)量問(wèn)題，還可以提高施工效率和質(zhì)量。同時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)鋼筋加工設(shè)備的自動(dòng)化控制，我們可以實(shí)現(xiàn)鋼筋加工的精確度和一致性的提升。

（2）鋼筋碰撞檢查與預(yù)埋件定位。此環(huán)節(jié)中，技術(shù)人員需根據(jù)上一環(huán)節(jié)的建模結(jié)果，對(duì)鋼筋籠中的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢查，隨后通過(guò)BIM技術(shù)對(duì)鋼筋籠進(jìn)行三維建模，從而清晰地展示鋼筋的排布、型號(hào)、直徑等詳細(xì)信息，以便施工人員更加直觀地了解鋼筋籠的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，避免因人為因素導(dǎo)致的錯(cuò)誤和遺漏。另外，利用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，自動(dòng)檢測(cè)鋼筋之間的空間沖突和交叉問(wèn)題，避免在后續(xù)施工中引發(fā)返工、延誤等現(xiàn)象。此外，技術(shù)人員還可以應(yīng)用BIM模型，明確預(yù)埋件在梁板結(jié)構(gòu)中的具體位置，從而確保在澆筑混凝土前準(zhǔn)確地將預(yù)埋件放置到位。這不僅提高了施工精度，還避免了因預(yù)埋件位置錯(cuò)誤而導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題[3]。

3.2 BIM技術(shù)在模板安裝及拆除環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

通過(guò)移動(dòng)小車(chē)自帶感應(yīng)裝置和各功能區(qū)的定位樁，可實(shí)現(xiàn)“站點(diǎn)”之間的一鍵對(duì)位操作，減少人工操作產(chǎn)生的位移誤差，防止碰撞等事故發(fā)生，提高工作效率及安全系數(shù)。此系統(tǒng)可接入平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控各臺(tái)車(chē)位置。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)本地或遠(yuǎn)程操控側(cè)模的開(kāi)合行程和左右幅模板的速度同步控制，并可接入至指揮大屏實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便于掌握各生產(chǎn)線的施工狀態(tài)。

需要注意的是，由于端模的體型較大，在組裝環(huán)節(jié)需要安裝人員加強(qiáng)對(duì)端模安裝精度的重視，防止后續(xù)預(yù)制梁施工出現(xiàn)偏差。此過(guò)程中，技術(shù)人員還應(yīng)對(duì)端模安裝的水平度、中線及垂直度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，或是對(duì)其預(yù)留的孔洞進(jìn)行檢查，確?？锥次恢门c圖紙?jiān)O(shè)計(jì)相符。隨后，將測(cè)量得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)輸入BIM模型中，通過(guò)模型對(duì)端模安裝位置進(jìn)行模擬調(diào)整，直至模型顯示端模安裝位置滿足施工要求，以此減少端模安裝調(diào)整次數(shù)，提高安裝精度。最后，當(dāng)端模被運(yùn)送至預(yù)定位置后，就可以使用專(zhuān)用吊具，將鋼筋骨架吊入其中，再根據(jù)施工需要進(jìn)行調(diào)整，以給后續(xù)施工提供便利。

對(duì)于內(nèi)部空腔體積為變截面的預(yù)制梁，這類(lèi)梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)心設(shè)計(jì)為多段式液壓定撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過(guò)精確的液壓控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)梁體內(nèi)部空腔體積的靈活調(diào)整。在BIM技術(shù)的輔助下，該液壓定撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更為精確，確保了每一段撐體的尺寸和位置都能與梁體內(nèi)部空腔完美匹配。這種設(shè)計(jì)不僅提高了預(yù)制梁的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還使得梁體在承受荷載時(shí)能夠均勻分布?jí)毫?，從而提高了梁體的承載能力和使用壽命。另外，技術(shù)人員還可以利用BIM技術(shù)還可以對(duì)預(yù)制梁的養(yǎng)護(hù)過(guò)程進(jìn)行精細(xì)化管理。通過(guò)對(duì)養(yǎng)護(hù)環(huán)境、溫度、濕度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，確?；炷琳w強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，從而使預(yù)制梁在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中保持最佳狀態(tài)[6]。

3.3 BIM技術(shù)在混凝土施工及養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

在預(yù)制區(qū)端頭修建鍋爐房，配備一套蒸汽量3 t/h燃油鍋爐，通過(guò)管道向預(yù)制區(qū)輸送養(yǎng)生蒸汽。其中，蒸養(yǎng)控制系統(tǒng)由PLC控制器、傳感器和電動(dòng)執(zhí)行器等部分組成，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)制梁蒸養(yǎng)過(guò)程的自動(dòng)化控制和精準(zhǔn)管理。通過(guò)BIM技術(shù)，可以建立蒸養(yǎng)過(guò)程的仿真模型，模擬不同溫度和濕度條件下混凝土的硬化過(guò)程，從而確定最佳的蒸養(yǎng)參數(shù)，如溫度、濕度和時(shí)間等。這有助于避免混凝土因溫度過(guò)高或過(guò)低而產(chǎn)生裂縫、變形等問(wèn)題，提高預(yù)制梁的質(zhì)量。此過(guò)程中，蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)間和溫度控制應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化。在施工過(guò)程中應(yīng)根據(jù)不同養(yǎng)護(hù)條件下的同養(yǎng)混凝土試件的強(qiáng)度及彈性模量，不斷地收集整理數(shù)據(jù)，繪制強(qiáng)度及彈模曲線，找出最優(yōu)蒸養(yǎng)模式，提高蒸養(yǎng)效率。

從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，利用BIM技術(shù)優(yōu)化混凝土工程量的統(tǒng)計(jì)方式，不僅能使施工過(guò)程在溝通渠道得到簡(jiǎn)化，還可以避免混凝土浪費(fèi)的現(xiàn)象發(fā)生。具體而言，管理人員可應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)混凝土攪拌車(chē)的駕駛路線進(jìn)行規(guī)劃，并實(shí)時(shí)獲取運(yùn)輸車(chē)輛的狀態(tài)。而在混凝土澆筑環(huán)節(jié)，應(yīng)對(duì)澆筑順序加以把控，并充分利用BIM技術(shù)的可視化優(yōu)勢(shì)，對(duì)澆筑過(guò)程進(jìn)行模擬和優(yōu)化。當(dāng)澆筑結(jié)束后，施工人員應(yīng)按照要求進(jìn)行振搗處理，嚴(yán)格約束自身行為避免因不規(guī)范操作帶來(lái)安全隱患。另外，企業(yè)還需在每條生產(chǎn)線中各配置一臺(tái)振搗系統(tǒng)，此系統(tǒng)可設(shè)置附著式振搗器振頻和時(shí)間并自帶記憶功能，參數(shù)設(shè)置好后可實(shí)現(xiàn)一鍵振搗。根據(jù)首件試驗(yàn)梁總結(jié)，混凝土塌落度在180～200 mm時(shí)，振頻設(shè)置為120 Hz，振搗時(shí)間控制在30 s最佳。后續(xù)此系統(tǒng)可接入至指揮大屏實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及一鍵操控功能。此外，企業(yè)還可以建立預(yù)制梁存放二維碼信息管理系統(tǒng)，將預(yù)制梁的編號(hào)、尺寸、生產(chǎn)日期、混凝土強(qiáng)度等關(guān)鍵信息錄入系統(tǒng)中，并生成相應(yīng)的二維碼。施工人員和質(zhì)檢人員可以通過(guò)掃描二維碼，快速獲取預(yù)制梁的各項(xiàng)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)制梁的精準(zhǔn)管理和質(zhì)量追溯。這不僅可以提高施工效率，還可以有效避免預(yù)制梁在存放和運(yùn)輸過(guò)程中的混淆和錯(cuò)用問(wèn)題。

3.4 BIM技術(shù)輔助張拉壓漿

為使張拉壓漿環(huán)節(jié)得到順利開(kāi)展，建筑企業(yè)應(yīng)堅(jiān)持精細(xì)化施工理念，針對(duì)橋梁預(yù)應(yīng)力進(jìn)行有效控制。只有這樣，橋梁施工設(shè)計(jì)才能滿足工程需要，防止后續(xù)施工中出現(xiàn)病害問(wèn)題，給橋梁運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響[5]。箱梁預(yù)應(yīng)力采用智能張拉技術(shù)，多根鋼束通過(guò)工作錨具同時(shí)張拉，同時(shí)伸長(zhǎng)，同時(shí)夾片卡位，做到張拉力精確控制、同步控制，伸長(zhǎng)量校核。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，預(yù)應(yīng)力智能張拉技術(shù)的應(yīng)用能夠使張拉施工質(zhì)量得到保障，但這需要技術(shù)人員關(guān)注管道壓漿的密實(shí)性，只有密實(shí)性滿足工程要求，箱梁結(jié)構(gòu)的耐久性才能得到保障。具體而言，智能壓漿是通過(guò)智能壓漿機(jī)，調(diào)配到適合的漿料通過(guò)進(jìn)漿管從錨墊板進(jìn)漿口從下往上依次壓漿，每次壓漿時(shí)，當(dāng)水泥漿從排漿口順暢排出，且稠度與灌入的漿體相當(dāng)時(shí)，關(guān)閉出漿口閥門(mén)，壓力值達(dá)到0.7 MPa時(shí)，壓漿泵停機(jī)，持壓2 min，若漿體壓力無(wú)明顯下降，則關(guān)閉進(jìn)漿管。

4 結(jié)論

利用BIM模型對(duì)梁板預(yù)制場(chǎng)布局、設(shè)備布設(shè)、便道位置及線型優(yōu)化，將平面圖轉(zhuǎn)化為易理解、直觀的可視三維圖，為決策者提供了更好的研究視角，使得布局更加合理，避免了不必要的后期調(diào)整[4]。利用三維模型對(duì)施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行碰撞檢查、自動(dòng)化算量，提前發(fā)現(xiàn)圖紙中的差、錯(cuò)、漏、碰，精確指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，減少了浪費(fèi)和返工。通過(guò)智慧化輔助優(yōu)化施工工藝、自動(dòng)化工程量計(jì)算可極大提升施工管理效能。通過(guò)BIM與梁板生產(chǎn)的工藝控制深度融合，極力優(yōu)化生產(chǎn)工藝，實(shí)時(shí)感應(yīng)模板、梁板狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化模板定位與開(kāi)合、智慧張拉與壓漿、智慧養(yǎng)生，減少人力消耗，降低人為出錯(cuò)概率，大大提高了生產(chǎn)效率和裝配式梁板質(zhì)量。該項(xiàng)目大型預(yù)制裝配式梁板通過(guò)了尺寸、強(qiáng)度、平整度、張拉數(shù)據(jù)、壓漿飽滿度、外觀等質(zhì)量檢驗(yàn)，安裝于相應(yīng)橋梁2年以來(lái)混凝土外觀未見(jiàn)明顯裂紋，檢測(cè)揭示預(yù)應(yīng)力損失也在可控范圍內(nèi)，表明BIM技術(shù)在該項(xiàng)目大型預(yù)制裝配式橋梁工程應(yīng)用中是成功的、質(zhì)量可靠，可為同類(lèi)項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)參考。

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