BIM技術(shù)在市政路橋施工中的應(yīng)用

摘要 為充分發(fā)揮BIM技術(shù)數(shù)字化建模、協(xié)同設(shè)計和項目管理等優(yōu)勢，提高市政路橋施工質(zhì)量及效率，以山西省太原市某路橋工程為實例，文章分析了工程的重點和難點，闡述了BIM技術(shù)在市政路橋施工中的技術(shù)要點，并依托BIM技術(shù)實現(xiàn)了虛擬施工場景的建立及數(shù)字化建模。結(jié)果表明，該工程順利完工，質(zhì)量達到驗收標準，未發(fā)生施工安全事故，具備良好的施工效益。

關(guān)鍵詞 市政工程；路橋施工；BIM技術(shù)；應(yīng)用要點

中圖分類號 U442 文獻標識碼 B 文章編號 2096-8949（2024）13-0103-03

0 引言

市政路橋施工的高質(zhì)量和高效率對于城市的建設(shè)與發(fā)展至關(guān)重要。BIM技術(shù)作為一種集成化的工具，借助于數(shù)字化建模、協(xié)同設(shè)計和項目管理等手段，為市政路橋施工提供更精確、高效和可持續(xù)的解決方案。因此，結(jié)合實際市政路橋工程案例，深入研究BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用，對于推動市政工程建設(shè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、提高工程質(zhì)量和效率具有重要意義。

1 工程概況

山西省太原市某市政路橋工程全線長度為4.86 km，起始樁號為K0+000，終止樁號為K4+860。其中地面道路是城市的主干道，與多條城市道路相交錯，并有跨越河道的橋梁。該路橋工程中包含一高架橋工程的施工，橋梁主體結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，結(jié)構(gòu)參數(shù)為50 m+80 m+50 m，其西引橋、東引橋均由預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁構(gòu)成，結(jié)構(gòu)分別為（30+3×32）m、（2×28+3×29）m。該橋梁南北兩幅以錯墩方式為布置方法，橋梁總面積為10 665 m2。通過對施工場地情況進行分析，結(jié)合工程工期情況，該路橋工程面臨諸多施工重難點。經(jīng)多方研討決定，在施工中綜合運用BIM技術(shù)，以提高施工效率，具體工程案例分析如下。

2 分析工程重點和難點

2.1 施工場地高度限制

該市政橋梁的西側(cè)有橫跨橋面的500 kV高壓線，現(xiàn)狀高壓線距離地面的標高為3.5 m。經(jīng)與電力部門溝通，該高壓線可在施工前將標高參數(shù)調(diào)整距離路面35.5 m，以減少對工程施工的影響。

2.2 對吊裝要求較高

為進一步提高施工效率，該工程橋梁施工擬采取懸臂掛籃施工技術(shù)。在南側(cè)橋墩和北側(cè)橋墩的位置分別對塔吊進行布設(shè)（TC5810），用于運輸施工材料和設(shè)備。吊裝半徑為55 m，可實現(xiàn)該橋梁主跨位置各節(jié)段的覆蓋施工。施工塔吊覆蓋區(qū)域如圖1所示?？紤]該橋梁的東側(cè)和西側(cè)有南北方向布置的高壓線，在主墩西側(cè)的上方布置有500 kV高壓線，在主墩東側(cè)的斜上方規(guī)劃凈空高為32 m的220 kV高壓線，導(dǎo)致該橋梁在吊裝施工時面臨高度受限的問題[1]。與此同時，由于市政橋梁施工場地受限，現(xiàn)場無法利用大型履帶吊和汽車吊進行施工。施工過程雖規(guī)劃2臺塔吊輔助吊裝施工，但塔吊工作范圍存在重疊區(qū)域，影響吊裝施工的安全性。

2.3 具有復(fù)雜的交通情況

該市政路橋工程位于城市交通要塞，具有密集的交通網(wǎng)絡(luò)布局，周邊分布較多廠房，交通量大。受多種因素影響，在具體施工過程中對交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃具有較高要求。因此，該工程決定利用BIM技術(shù)實現(xiàn)交通網(wǎng)絡(luò)的模擬布局，組織有序施工。

3 市政路橋工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用要點

3.1 建立施工圖BIM模型

由于該工程具有復(fù)雜的道路曲線建模，在調(diào)整橋梁高程等參數(shù)時需根據(jù)場地參數(shù)進行調(diào)整。因此，該工程選擇Revit+Dynamo+Civil 3D軟件，基于Revit+Dynamo實現(xiàn)參數(shù)設(shè)計和邏輯編輯，確保橋梁構(gòu)件可結(jié)合場地實際情況建立模型。Revit+Dynamo+Civil 3D軟件體系在道路曲面建模方面的運用，有助于自動化處理圖紙參數(shù)和設(shè)計邏輯，并且可通過保存和修改節(jié)點快速生成模型[2]。綜合應(yīng)用方案在提高建模效率的同時，可降低時間和人力成本的投入。

該工程使用Revit軟件對建筑模型進行細致地建模，包括各個構(gòu)件的幾何信息、材質(zhì)、參數(shù)等。例如，使用Dynamo軟件編寫腳本自動布置橋墩構(gòu)件，根據(jù)設(shè)計規(guī)范和參數(shù)要求生成橋墩的幾何形狀和布置方式。與此同時，利用Civil 3D軟件，在建模過程中引入地形數(shù)據(jù)，進行地形分析和設(shè)計。將Revit和Dynamo軟件中的模型數(shù)據(jù)與Civil 3D軟件中的地形數(shù)據(jù)進行集成，以實現(xiàn)更全面的建模和分析。例如，在道路設(shè)計中，在Civil 3D軟件中拾取道路的路徑，通過Dynamo軟件將該路徑導(dǎo)入Revit軟件中進行建模，完成施工圖BIM模型的建立。實現(xiàn)橋墩構(gòu)件布置、箱梁點位拾取、箱梁拼接、道路路線拾取等功能，為實際施工提供指導(dǎo)。

3.2 模擬施工場地布置

利用BIM系統(tǒng)的Revit軟件，對施工現(xiàn)場的實際情況進行可視化模擬。在具體應(yīng)用中主要包括以下技術(shù)節(jié)點[3]：①導(dǎo)入現(xiàn)場數(shù)據(jù)：收集現(xiàn)場的實際情況數(shù)據(jù)，例如地形數(shù)據(jù)、建筑物輪廓等，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Revit軟件中。②建立項目模型：在Revit軟件中，根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和設(shè)計需求，創(chuàng)建項目模型，使用Revit軟件的建模工具繪制建筑物、道路、臨時設(shè)施等元素，并進行精確的尺寸定位。③添加臨建設(shè)施和施工用地：根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在項目模型中添加臨建設(shè)施，例如施工辦公室、休息室、材料倉庫等；同時規(guī)劃施工用地，包括施工道路、鋼筋加工場和物料堆放區(qū)域等。④調(diào)整模型參數(shù)：根據(jù)實際情況，修改項目模型的建筑物外觀、位置和尺寸，并調(diào)整臨建設(shè)施和施工用地的布局。⑤生成模擬效果：在Revit軟件中，使用可視化工具生成真實場景的模擬效果，使用Revit軟件的動畫功能，展示施工過程和臨建設(shè)施的搭建過程。

依托BIM+GIS技術(shù)，將BIM模型與地理空間數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，使用Infraworks和Google Earth，直觀展示工程模型在真實地理環(huán)境中的位置關(guān)系。將BIM模型與地圖數(shù)據(jù)進行融合，準確獲取并分析工程對其周邊環(huán)境的影響，從而輔助項目在場地布置選型時作出明智決策。

3.3 完成橋梁主體模型構(gòu)建

該工程利用Revit軟件實現(xiàn)橋梁主體的參數(shù)化建模，通過定義和調(diào)整對象的參數(shù)創(chuàng)建模型，以便根據(jù)需求和設(shè)計的變化進行快速修改和更新。在橋梁主體模型構(gòu)建時，使用Revit軟件的建模工具和參數(shù)化功能創(chuàng)建和編輯承臺、橋墩和管線，定義上述構(gòu)件的幾何形狀、材料屬性、尺寸和連接關(guān)系等參數(shù)，模擬真實橋梁的幾何形態(tài)和結(jié)構(gòu)性能。此外，Revit軟件還可實現(xiàn)荷載分析、風(fēng)荷載分析和結(jié)構(gòu)監(jiān)控等。

3.4 路橋施工模擬優(yōu)化

該工程具有復(fù)雜的預(yù)制構(gòu)件，為保證施工效率，在相同時間內(nèi)需有較多的機械設(shè)備一同運轉(zhuǎn)。受施工場地的限制，在橋梁構(gòu)建施工過程中易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)碰撞風(fēng)險。因此，基于BIM模型對塔吊的施工場景進行模擬，以實現(xiàn)三維動畫模擬。在機械設(shè)備縱向空間BIM模擬過程中，該工程利用BIM軟件，根據(jù)掛籃在橋面的標高參數(shù)、塔吊的高程參數(shù)等，對真實施工場景進行模擬，可細致地分析機械設(shè)備的運行狀態(tài)。

在市政路橋結(jié)構(gòu)施工過程中，利用BIM技術(shù)模擬施工工藝。在BIM系統(tǒng)中安裝Phoenix FD流體模擬插件、RailClone參數(shù)化建模插件和ChaosVray渲染器等，導(dǎo)入或創(chuàng)建相關(guān)的建筑模型，包括懸臂結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境。使用RailClone插件，在懸臂結(jié)構(gòu)上創(chuàng)建參數(shù)化模型，根據(jù)實際情況對建模元素進行調(diào)整和修改。使用Phoenix FD流體模擬插件，創(chuàng)建流體容器模擬混凝土在施工過程中的流動行為[4]。設(shè)置流體的物理屬性，例如黏度、密度等，根據(jù)施工進度，逐步將混凝土添加到模板中。在時間軸上設(shè)定合適的動畫幀范圍和幀率，確定懸臂結(jié)構(gòu)的起始和結(jié)束狀態(tài)，以及混凝土流動的起始和結(jié)束時間。將懸臂結(jié)構(gòu)設(shè)置為動畫模式，并定義其運動軌跡，使用3Dsmax的動畫工具和插件進行設(shè)置。在流體模擬中，逐漸添加混凝土并觀察其流動效果，通過調(diào)整模擬參數(shù)和流體容器的外力（如重力和風(fēng)速等）控制流動行為。

圖2所示為該工程掛籃拼接的BIM模型。根據(jù)測量好的軌道中心線，在合適位置上安裝掛籃行走軌道，并使用螺栓等固定設(shè)備將軌道牢固固定。然后對稱吊裝4片菱形桁架，確保桁架的安裝位置和姿態(tài)正確。安裝完成后，使用臨時支撐等方式進行臨時固定，以確保安全。使用精軋螺紋鋼吊桿進行上橫梁的吊裝，確保吊裝過程中的穩(wěn)固性，在確認上橫梁安裝完畢后，再安裝下橫梁。將吊桿底部與掛籃底部前下橫梁進行連接，確保連接緊固可靠，再安裝吊裝底板的分配梁和底模板，并在底模板上安裝安全圍欄，以確保工作平臺的安全性。最后進行吊裝翼板（外側(cè)面板）下行走導(dǎo)梁和外模板的安裝，確保位置準確、穩(wěn)固可靠，并且與其他部件緊密協(xié)調(diào)。使用混凝土塊對掛籃進行預(yù)壓，以增加掛籃的穩(wěn)定性和承載能力。

在懸臂現(xiàn)澆段BIM模擬施工中，先進行底模和外模的校正，確保模板的位置和垂直度符合設(shè)計要求。在底模和外模校正后，開始綁扎底板和腹板的鋼筋，以增強混凝土結(jié)構(gòu)的強度和承載能力。當?shù)装搴透拱宓匿摻罱壴瓿珊?，安裝內(nèi)模，保持混凝土的形狀和大小，防止其流動或改變。安裝好內(nèi)模后，進行頂板鋼筋的綁扎，加固混凝土結(jié)構(gòu)，安裝頂板波紋管，使混凝土可以均勻分布并實現(xiàn)收縮控制[5]。圖3所示為基于BIM技術(shù)的合龍段施工，通過施工模擬，確保市政橋梁合龍段施工符合設(shè)計要求，保證施工質(zhì)量。

3.5 施工碰撞檢測

市政路橋項目的施工現(xiàn)場布局復(fù)雜，為了實現(xiàn)信息共享和協(xié)作，該項目使用Revit軟件構(gòu)建信息共享平臺，實現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、MEP等專業(yè)人員各自負責(zé)模型的創(chuàng)建，并通過鏈接功能將所有的BIM模型整合。不同專業(yè)的模型在同一平臺上進行協(xié)同工作和信息共享，為施工過程的協(xié)調(diào)和優(yōu)化提供便利。使用Navisworks軟件對整合后的BIM模型進行綜合碰撞檢查，測試不同模型之間的碰撞和沖突，避免施工過程中出現(xiàn)錯誤和問題?；贐IM模擬，可以提前發(fā)現(xiàn)和解決潛在的沖突，確保項目能夠順利進行和完成。

該市政路橋項目，經(jīng)BIM技術(shù)的碰撞檢測，存在8處雨水管與污水管的碰撞，以及26處管線與橋墩樁基的碰撞。針對上述沖突問題，由相關(guān)人員對施工設(shè)計方案進行修正，以確保施工方案的合理性，保證路橋施工的有序進行。

3.6 模擬現(xiàn)場交通組織

該項目現(xiàn)場具有交通組織復(fù)雜的現(xiàn)狀，對施工安全帶來一定影響。因此，利用BIM技術(shù)對現(xiàn)場交通情況進行模擬。首先，收集相關(guān)的交通數(shù)據(jù)，包括道路容量、交通流量、行車速度等，了解施工范圍內(nèi)早晚高峰時段的交通狀況和擁堵情況。基于CAD平面路線規(guī)劃圖，使用Civil 3D軟件生成三維地形模型，準確反映現(xiàn)實的道路網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境。然后，將修改后的三維地形模型導(dǎo)入3Dsmax軟件，根據(jù)交通數(shù)據(jù)和規(guī)劃圖，進行交通組織的動態(tài)模擬[6]。最后，觀察仿真結(jié)果，評估不同交通組織方案的效果，根據(jù)道路擁堵情況、行車速度等指標評估方案的優(yōu)劣，并根據(jù)需要進行調(diào)整和優(yōu)化。依托BIM技術(shù)進行有效的交通組織安排，減少周邊居民投訴和安全隱患，提高施工效率。同時，使用Civil 3D和3Dsmax等軟件進行三維地形模型的建立和交通仿真模擬，準確反映現(xiàn)實環(huán)境和模擬交通情況，為交通組織安排提供科學(xué)依據(jù)。

3.7 模擬路橋施工進度

為保證項目施工進展，該工程利用BIM技術(shù)對施工進度進行模擬。將施工進度計劃以Project等格式導(dǎo)入TimeLiner，進行施工進度的查看和管理。根據(jù)施工過程中各個階段的工期要求，對模型進行細化和拆分。按照進度順序，將模型進行分解，每個階段對應(yīng)一個子模型，更清晰地呈現(xiàn)整個施工過程的不同階段。制作相應(yīng)的工期節(jié)點，將拆分好的子模型與對應(yīng)的工期節(jié)點進行連接，在BIM模型上可以準確顯示每個階段的工期要求以及相應(yīng)的模型狀態(tài)。按照進度順序模擬BIM進度模型，直觀展示整個施工過程的進度安排，輔助協(xié)調(diào)和決策。

4 BIM技術(shù)在市政路橋工程中的應(yīng)用成效

該項目基于BIM技術(shù)對工程的重點及難點進行了深入分析，建立了施工場景的模型構(gòu)建，對主梁結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)化建模，并對重點施工工藝進行了模擬，實現(xiàn)施工過程三維可視化的展現(xiàn)，有效提高了施工效率，降低了施工安全風(fēng)險。

5 結(jié)束語

BIM技術(shù)作為先進的信息化技術(shù)，為市政路橋施工在優(yōu)化施工工藝、降低施工安全隱患等方面帶來諸多優(yōu)勢和變革。隨著BIM技術(shù)的發(fā)展與運用，將進一步推進智慧工程的建設(shè)，實現(xiàn)對工程施工過程的實時監(jiān)測和控制，提高施工安全性和效率。

參考文獻

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（1）： 117-120.

收稿日期：2024-02-07

作者簡介：衛(wèi)紅（1984—），男，本科，助理工程師，研究方向：道路與橋梁。