寧波澄浪橋BIM技術(shù)施工應(yīng)用

何昌連，潘淡濃

（宏潤建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，上海市 200235）

0 引言

近年來，隨著工程建造水平的不斷提升，BIM技術(shù)的普及程度也愈加廣泛。大量工程實(shí)踐顯示：BIM技術(shù)為工程建造賦予了全新的科技生命力。愈來愈多的施工單位正在將BIM技術(shù)應(yīng)用在工程管控中。

本文以寧波澄浪橋?yàn)槔?，著重介紹了施工期間各重要節(jié)點(diǎn)的BIM施工模擬以及通過BIM信息平臺整合施工信息進(jìn)行項(xiàng)目工程精細(xì)化管理。

1 工程概況

寧波澄浪橋橫跨奉化江，是連接海曙、江東、鄞州區(qū)的重要交通要道。橋梁總長約446 m，其中主主橋梁體長度為183 m，主拱跨徑為175 m；主橋結(jié)構(gòu)形式為斜橋布置的中承式鋼箱拱橋，引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。主橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面總寬為33.5 m，引橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面總寬為28.5 m，道路設(shè)置為雙向六車道。主橋效果圖見圖1。

圖1 澄浪橋效果圖

2 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)

2.1 交通組織復(fù)雜

澄浪橋引橋4～6號墩現(xiàn)澆箱梁跨越現(xiàn)狀江東南路，此處引橋施工時(shí)，在江東南路與桃源街交叉口處需設(shè)置門洞支架，門洞限高3.5 m，以保證道路暢通；現(xiàn)狀桃源街道路總寬度為38 m，為雙向四車道，車流量大、行人多，且施工期間需占用半幅道路進(jìn)行南北分幅封閉施工，交通組織復(fù)雜，保通要求高，安全隱患大。

2.2 構(gòu)件節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，加工困難

主橋結(jié)構(gòu)為中承式無風(fēng)撐鋼箱拱肋拱橋，主拱橫橋向布置為兩片拱肋；主拱拱肋采用矩形封閉鋼箱形拱肋，并在主拱跨徑1/4點(diǎn)附近由1個(gè)封閉鋼箱分叉為2個(gè)封閉鋼箱，2個(gè)鋼箱拱肋之間設(shè)置鋼桁架進(jìn)行支撐連接。拱肋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間異形構(gòu)件多，施工期間構(gòu)件制作難度大。

2.3 鋼拱肋噸位重，安裝難度大

主拱肋豎直方向失高25 m，跨徑為175 m，矢跨比1/7，拱軸線為多段圓弧線擬合而成。主要截面尺寸為跨中截面高2.5 m，頂寬3 m，底寬3.42 m，總重約1 500 t，共劃分為48個(gè)節(jié)段進(jìn)行吊裝拼接施工，單個(gè)節(jié)段最大重量為51 t；澄浪橋橋面寬，構(gòu)件較多，尺寸大、噸位重，水上作業(yè)拼裝危險(xiǎn)性較大，鋼拱安裝風(fēng)險(xiǎn)高。

2.4 精細(xì)化管理目標(biāo)要求高

澄浪橋項(xiàng)目為寧波市重點(diǎn)工程，項(xiàng)目工期緊、任務(wù)重，施工工藝復(fù)雜，質(zhì)量、安全文明施工要求高；在項(xiàng)目開工之前就定下了無重大安全事故、創(chuàng)省級文明工地、確保錢江杯（爭創(chuàng)魯班獎(jiǎng)）的管理目標(biāo)；故在整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中，就對項(xiàng)目的管理提出了較高的要求，若不利用BIM技術(shù)進(jìn)行精細(xì)化管理就很難保證項(xiàng)目的既定目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

3 工程重難點(diǎn)BIM應(yīng)用[1,2]

3.1 交通組織方案優(yōu)化

澄浪橋項(xiàng)目地處中心城區(qū)，引橋施工階段對周邊交通影響顯著。在工程順利推進(jìn)的同時(shí)，應(yīng)保證周邊居民的通行安全。施工環(huán)境要素對施工質(zhì)量也有著很大的影響,在有限的空間內(nèi)，合理安排支架、圍擋、門洞范圍和交通指示標(biāo)牌等施工要素,既能保證交通通行安全,同時(shí)又最大限度減少對施工質(zhì)量的影響,是我們需要解決的問題。

BIM團(tuán)隊(duì)考慮到現(xiàn)場情況的復(fù)雜性，利用BIM技術(shù)，基于IFC標(biāo)準(zhǔn)建立了澄浪橋BIM模型，利用參數(shù)化的BIM場景模型結(jié)合CarSim與Vissim軟件對微觀的車輛通行情況和宏觀的交通流量進(jìn)行了三階段模擬：即門洞支架搭設(shè)階段，箱梁施工階段，門洞支架拆除階段，見圖2。根據(jù)模擬出來的情況給出了一個(gè)宏觀的交通流量控制的方案。然后又經(jīng)過結(jié)合BIM模型仿真計(jì)算得出轉(zhuǎn)彎半徑，從而合理劃定了門洞支架搭設(shè)的范圍，以及圍擋范圍，驗(yàn)證并優(yōu)化引橋門洞支架搭設(shè)方案，見圖3。

圖2 早、晚高峰交通流量仿真分析示意圖

圖3 門洞示意圖

3.2 異形構(gòu)件制作

澄浪橋拱肋的預(yù)制加工是質(zhì)量控制的重點(diǎn)，拱肋的預(yù)制加工在于拱肋模型的精確度，為此施工單位BIM小組依據(jù)設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)圖紙建立三維模型，見圖4，基于BIM可視化及參數(shù)化的特點(diǎn)在三維模型中調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行預(yù)拼裝，當(dāng)發(fā)現(xiàn)階段尺寸有誤或預(yù)拱度不符時(shí)，及時(shí)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，直至完整拼裝，調(diào)整后的BIM模型自動(dòng)生成完整的預(yù)制加工圖，加工廠收到加工圖紙后進(jìn)行工廠化加工，最后將預(yù)制好的構(gòu)件送至施工現(xiàn)場安裝。

圖4 拱肋節(jié)點(diǎn)圖

3.3 鋼拱肋安裝施工模擬

澄浪橋施工工藝復(fù)雜，拱肋施工又是施工過程中質(zhì)量和安全控制的重難點(diǎn)。橋梁在吊裝施工過程中，受空間結(jié)構(gòu)、空間位置的限制及構(gòu)件體積大、質(zhì)量重、施工機(jī)械的交叉等因素的影響，主要存在以下幾個(gè)難點(diǎn):（1）大體積預(yù)制構(gòu)件吊裝過程是否會與周圍實(shí)體發(fā)生碰撞；（2）在施工過程中汽車吊的參數(shù)是否滿足安裝要求；（3）拱肋分段多,預(yù)制構(gòu)件的運(yùn)輸路線、進(jìn)場安排與吊裝工序是否合理。如何形成安全可靠的施工方案，這是項(xiàng)目的參建方關(guān)心的一個(gè)問題。利用BIM技術(shù)，依據(jù)平面二維圖紙建立拱肋安裝三維模型，綜合考慮空間結(jié)構(gòu)、空間位置及施工機(jī)械等影響因素，形成參數(shù)化施工場景模型。基于時(shí)間維度建立起來的真實(shí)的4D精細(xì)化施工模擬對施工質(zhì)量、安全管理起到很好的支撐作用，優(yōu)化施工組織方案，保證整體施工過程安全，減少施工安全事故，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

澄浪橋拱肋分段多，安裝難度大。下游有通航凈高限制，要保證通航要求。采用“先梁后拱”的施工工藝，利用兩臺汽車吊上橋抬吊安裝拱肋，由兩端向跨中對稱安裝，見圖5。

3.4 精細(xì)化管理

3.4.1 施工圖紙三維校核

采用Autodesk公司Revit2016軟件作為BIM建模的軟件平臺進(jìn)行三維建模，發(fā)現(xiàn)施工圖上部分鋼梁標(biāo)高超過鋪裝層標(biāo)高，此外還有集水槽與加勁肋相互沖突，雨水管與電力管相互碰撞等問題，見圖6。提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙的“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題，反饋給設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，避免返工、節(jié)約施工工期。

圖5 拱肋施工工藝示意圖

圖6 雨水管與電力管碰撞示意圖

3.4.2 施工進(jìn)度模擬

澄浪橋項(xiàng)目將二維施工進(jìn)度計(jì)劃與BIM進(jìn)行整合，以四維的形式直觀地呈現(xiàn)在人們眼前，見圖7，讓項(xiàng)目管理人員可以清晰地了解整個(gè)工程進(jìn)度安排，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)每個(gè)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，方便制訂并完善合理可行的進(jìn)度計(jì)劃，保證整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程中人力、材料、機(jī)械安排的合理性。

圖7 施工進(jìn)度模擬圖

3.4.3 施工管理平臺

BIM項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，結(jié)合項(xiàng)目管理的需要，在Revit和Navisworks可擴(kuò)展接口基礎(chǔ)上，開發(fā)了澄浪橋BIM應(yīng)用信息平臺，見圖8，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目各方的過程管理信息、質(zhì)量信息、監(jiān)理信息等與BIM模型的有效整合。整個(gè)平臺的應(yīng)用為澄浪橋的施工質(zhì)量和安全施工起到了很好的支撐作用，為施工期間資料的追溯和查詢提供了保障，極大得提升了施工管理的效率，見圖9。

圖8 BIM應(yīng)用平臺示意圖

圖9 澄浪橋構(gòu)件信息示意圖

4 結(jié)語

BIM技術(shù)在澄浪橋施工管理過程中應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了橋梁工程的信息化管理，大大提高了施工效率，節(jié)約了時(shí)間和成本，對橋梁施工管理具有重要意義。

（1）通過BIM三維信息模型，對建筑、結(jié)構(gòu)、管線等進(jìn)行碰撞檢查，檢測建筑空間與結(jié)構(gòu)及管線之間有無功能沖突，圖紙的錯(cuò)誤大大減少，提高了施工圖紙量。

（2）基于BIM進(jìn)行Navisworks動(dòng)態(tài)施工模擬，對施工進(jìn)度、施工方案優(yōu)化，并利用模型進(jìn)行施工交底，基本實(shí)現(xiàn)了虛擬輔助施工的功能。進(jìn)行交通模擬分析，實(shí)現(xiàn)對宏觀、微觀交通的控制。借助BIM技術(shù)對施工現(xiàn)場的管理進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)了合理調(diào)配各種建筑材料、施工設(shè)備以及相關(guān)人員等建設(shè)資源，進(jìn)行施工計(jì)劃編制并優(yōu)化工作流程。

（3）建立橋梁信息管理平臺，為保證BIM技術(shù)在項(xiàng)目施工階段切實(shí)應(yīng)用，BIM團(tuán)隊(duì)及時(shí)采集和輸入施工各階段相關(guān)信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了BIM技術(shù)信息集成、施工信息記錄、進(jìn)度管理、輔助工程量統(tǒng)計(jì)等功能，為后期澄浪橋運(yùn)維階段提供了可靠的信息依據(jù)。