BIM技術(shù)在大跨徑組合梁斜拉橋施工過程中的應(yīng)用研究

李旭

（中交二航局第四工程有限公司，安徽蕪湖241000）

1 引言

橋梁工程為公路建設(shè)中的控制性項目，尤其是特大型橋梁工程的順利進(jìn)行極大程度上影響著公路項目的進(jìn)展。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，大跨徑橋梁工程越來越多，而且結(jié)構(gòu)形式也更加復(fù)雜，這給橋梁工程師帶了很大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)管理手段愈發(fā)不能滿足業(yè)主對工程項目的要求，更不能滿足工程建設(shè)項目數(shù)字化管理的要求。

BIM技術(shù)以建筑物的各項信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[1]。BIM技術(shù)在民用建筑領(lǐng)域應(yīng)用的較為廣泛，但是針對于交通領(lǐng)域，BIM技術(shù)的應(yīng)用依舊遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于建筑領(lǐng)域。

本文以廣西荔浦至玉林高速公路平南相思洲大橋為背景，研究BIM技術(shù)在大跨徑組合梁斜拉橋施工過程中的應(yīng)用。

2 項目介紹

廣西荔浦至玉林高速公路是國家高速公路網(wǎng)呼和浩特至北海（G59）和廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃“6縱7橫8支線”中“縱2”重要組成部分，項目起自荔浦縣城東北蒙村，接在建汕頭至昆明國家高速公路陽朔至鹿寨段，止于玉林市新橋鎮(zhèn)，接已建呼和浩特至北海國家高速公路玉林至鐵山港段。

平南相思洲大橋是廣西荔玉高速公路上的一座特大橋，在平南縣城附近跨越潯江，距離相思洲尾約100m。該大橋是荔玉高速公路項目的一個重點控制性工程，主橋采用雙塔雙索面半漂浮體系斜拉橋，跨徑布置為40m+170m+450m+170m+40m。大橋主跨450m跨越南汊通航孔，170m邊跨跨越相思洲北汊。主塔承臺基礎(chǔ)為長54m，寬17m，厚6m的圓端形承臺，下設(shè)23根直徑2.5m的鉆孔樁。大橋索塔采用鉆石形索塔的形式，南北主塔高均為147.3m，主梁采用分離式雙箱組合梁，組合梁中心高度3.5m，梁全寬33.5m。北岸引橋為預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋+預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋，南岸引橋為鋼混組合連續(xù)梁橋。

3 BIM在橋梁施工過程中的應(yīng)用

針對大跨徑組合梁斜拉橋項目的建設(shè)特點，通過BIM技術(shù)與三維實景的綜合應(yīng)用，逐一解決項目中存在的難點問題。

3.1 橋梁復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計成果三維可視化交底

相思洲大橋為大跨徑組合梁斜拉橋，鋼混組合梁、索塔鋼錨梁等結(jié)構(gòu)不僅種類繁多而且構(gòu)造復(fù)雜，傳統(tǒng)的二維設(shè)計成果存在著專業(yè)化程度高、艱澀難懂等特點，同時也很難直觀反映設(shè)計人員的真實意圖。本項目中全橋共40種80套索塔鋼錨梁以及14種共89榀鋼混組合梁，傳統(tǒng)的設(shè)計成果采用標(biāo)準(zhǔn)斷面并以表格形式將不同的型號鋼錨梁、鋼混組合梁表示。以表格形式對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行表達(dá)不僅存在著參數(shù)繁多、難懂，并且難以發(fā)現(xiàn)構(gòu)件之間的空間對應(yīng)問題。

因此，本項目從設(shè)計開始就規(guī)劃BIM總體應(yīng)用，通過利用BIM技術(shù)與傳統(tǒng)方式進(jìn)行二、三維同步設(shè)計。利用BIM技術(shù)對鋼錨梁、鋼混組合梁進(jìn)行參數(shù)化建模，將表格表示的鋼錨梁、鋼混組合梁進(jìn)行實體化，如圖1所示。利用BIM技術(shù)的可視化優(yōu)勢可以直觀地檢查參數(shù)是否正確，確定鋼錨梁、鋼混組合梁各構(gòu)件尺寸是否存在矛盾、沖突情況，從設(shè)計的源頭保證工程質(zhì)量，并且在施工階段可直接利用鋼錨梁、鋼-混疊合梁的BIM設(shè)計成果對施工人員進(jìn)行可視化交底。通過利用BIM設(shè)計成果進(jìn)行橋梁復(fù)雜結(jié)構(gòu)技術(shù)交底，不僅能讓施工人員直觀地理解圖紙，理解設(shè)計人員的真實意圖，同時施工人員可根據(jù)以往的施工經(jīng)驗指出設(shè)計中存在的問題，提前對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化處理，避免施工過程中產(chǎn)生設(shè)計變更，減少工期的延誤，從而確保工程的質(zhì)量。

圖1 參數(shù)化鋼錨梁、鋼混組合梁BIM模型

3.2 橋梁施工工藝三維仿真與可視化交底

相思洲大橋為目前廣西在建最大跨徑的組合梁斜拉橋，涉及的施工工藝繁多而且復(fù)雜，危險系數(shù)高、施工難度大。傳統(tǒng)的施工方案及技術(shù)交底方式存在著一定的局限性，施工人員對工藝的控制要點、危險源等沒有較為直觀的認(rèn)識。

本項目通過利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)獲取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息，通過BIM軟件生成三維實景模型來真實重構(gòu)施工現(xiàn)場環(huán)境。在三維實景真實重構(gòu)的現(xiàn)場施工環(huán)境中對不同的施工工藝進(jìn)行三維動態(tài)仿真模擬，如圖2所示，并考慮各種不利的因素，對施工方案進(jìn)行前置分析并進(jìn)行優(yōu)化。并且利用BIM模型的可視化特點，對現(xiàn)場施工人員進(jìn)行多維度的技術(shù)交底，加速各方對施工工藝的理解，規(guī)避不必要的風(fēng)險，提高施工質(zhì)量和效率。

同時，由于鋼錨梁在塔內(nèi)未水平放置，且錨點、塔內(nèi)預(yù)埋管與錨拉板之間為空間角度，坐標(biāo)計算較為復(fù)雜。在BIM模型中，測量人員可以在實景模型中直接獲取各構(gòu)件的坐標(biāo)，與計算的坐標(biāo)進(jìn)行比較、核對，以保證各構(gòu)件位置的準(zhǔn)確性[1]。

圖2 相思洲大橋主橋施工BIM模型

3.3 基于BIM技術(shù)的施工管理

如何將BIM技術(shù)與過程管理系統(tǒng)地結(jié)合是施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用的重點和難點。針對大跨徑組合梁斜拉橋項目的建設(shè)特點，本項目基于BIM模型進(jìn)行施工管理平臺的二次開發(fā)。在設(shè)計BIM模型基礎(chǔ)上建立符合施工要求的深化模型，通過制定EBS編碼，將數(shù)字信息、技術(shù)數(shù)據(jù)與BIM模型掛接，并與施工過程融合，實現(xiàn)基于BIM技術(shù)的進(jìn)度管理、安全質(zhì)量管理和技術(shù)管理，從而提高工程的數(shù)字化管理水平，保障工程質(zhì)量。

3.3.1 多源數(shù)據(jù)融合和多終端的施工信息化管理

項目施工管理平臺由客戶端、Web端、APP組成，以云平臺為數(shù)據(jù)存儲層，以BIM模型為基礎(chǔ)，用輕量化數(shù)據(jù)方式關(guān)聯(lián)工程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、施工組織計劃、設(shè)計圖紙等多源數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的融合和共享。同時基于成熟的數(shù)據(jù)架構(gòu)方式，實現(xiàn)多個終端直接對BIM模型關(guān)聯(lián)的所有屬性進(jìn)行管理、檢索和修改。通過這種方式，對橋梁施工過程進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)字化管理，確保施工過程中的信息傳遞的流暢性和及時性，提高施工管理能力。

3.3.2 技術(shù)資料三維數(shù)字化管理

基于唯一編碼實現(xiàn)設(shè)計圖紙、施工方案等技術(shù)資料與工程部位關(guān)聯(lián)。相關(guān)技術(shù)人員通過BIM模型直接定位到具體施工部位，可快速查閱相關(guān)圖紙信息及施工方案等技術(shù)信息，實現(xiàn)施工全過程的資料記錄、查詢和追溯。

3.3.3 工序控制與項目進(jìn)度管理

本項目為技術(shù)復(fù)雜的大跨徑組合梁斜拉橋，在施工過程中通過將各工程部位的施工控制要點與BIM模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)工程部位工序的卡控，確保責(zé)任落實到人，從而實現(xiàn)在源頭控制工程質(zhì)量的目的。與此同時，本項目通過將工序控制與施工進(jìn)度相關(guān)聯(lián)，并與BIM施工模型掛接，可實時查看項目進(jìn)度。通過與項目的計劃進(jìn)度對比，可隨時直觀地對項目進(jìn)度進(jìn)行了解，便于管理人員有針對性地進(jìn)行調(diào)整管控，確保項目的順利進(jìn)行[2]。

3.3.4 安全、質(zhì)量管理

在基于BIM模型的管理平臺，可從以下幾個方面對大橋施工的安全、質(zhì)量問題進(jìn)行有效的控制：（1）在工序卡控的環(huán)節(jié)，按設(shè)計及施工要求進(jìn)行重點的控制，現(xiàn)場技術(shù)人員需按照要求進(jìn)行驗收并將驗收結(jié)果上傳至指定的質(zhì)量驗收人，通過后方可完成驗收程序；（2）利用BIM技術(shù)與三維實景結(jié)合，提前進(jìn)行施工場地合理規(guī)劃布置，預(yù)先調(diào)配好施工需要的人機(jī)物料；（3）技術(shù)人員可利用APP將現(xiàn)場的質(zhì)量、安全問題進(jìn)行上傳并與具體工程部位關(guān)聯(lián)，第一時間發(fā)現(xiàn)并解決問題，實現(xiàn)對工程質(zhì)量、安全問題的跟蹤留痕。并形成安全、質(zhì)量問題分析庫，從而提醒施工管理人員及時調(diào)整和優(yōu)化施工工藝，保障工程質(zhì)量，提升施工管理水平。

項目施工管理平臺還包括施工日志、人員管理、機(jī)械管理、實時監(jiān)控等模塊，進(jìn)一步提高了平臺的實用性，實現(xiàn)了BIM技術(shù)與施工管理的系統(tǒng)性結(jié)合應(yīng)用，避免了以“建模為主，應(yīng)用為輔”的尷尬現(xiàn)狀，使BIM技術(shù)能夠真正的發(fā)揮其作用，有效地提升了橋梁的施工管理水平和工程質(zhì)量。

4 結(jié)語

將BIM技術(shù)真正運用于橋梁施工過程中，是實現(xiàn)其價值的重要途徑。本項目從工程本身需求出發(fā)進(jìn)行BIM技術(shù)的應(yīng)用，通過利用其可視化、參數(shù)化建模等優(yōu)勢并結(jié)合傾斜攝影技術(shù)解決了大跨徑組合梁斜拉橋施工過程中存在的工序復(fù)雜、施工難度大、風(fēng)險高等一系列工程難點，并且基于BIM模型進(jìn)行施工管理平臺的二次開發(fā)，實現(xiàn)了BIM技術(shù)與施工過程管理系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用，提高了橋梁施工的數(shù)字化管理水平和建設(shè)水平，為后續(xù)全面實現(xiàn)公路橋梁數(shù)字化提供參考借鑒。