BIM技術在大跨徑懸索橋施工中的應用

黃光輝 謝濤 宋帥

摘 要：橋梁工程項目的建設向著大跨徑、大體積和更加復雜的空間結構發(fā)展，現(xiàn)基于二維圖紙的橋梁施工已經(jīng)難以滿足項目建設的需求。本文借助BIM軟件，以建設項目為主體，將建設現(xiàn)場周邊地形地貌、施工設施等施工組織集成到BIM軟件中，形成完整的三維模擬圖，使得整個項目模型化和參數(shù)化。從而實現(xiàn)對項目進行碰撞檢查、重難點施工方案模擬、工程量快速統(tǒng)計、信息交互以及完整的4D施工模擬等，有效地指導了現(xiàn)場施工，提供高效有序的施工管理和技術支持。

關鍵詞：橋梁工程;BIM技術;施工模擬;懸索橋

中圖分類號：TU445.4? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0155-03

隨著科學技術的快速發(fā)展，人類生活需求的不斷提升以及經(jīng)濟發(fā)展的需要，大跨徑、特大型橋梁工程項目越來越多，這對橋梁設計與施工提出了更高的要求。橋梁工程項目的建設不僅涉及到復雜的空間結構、龐大的體積以及數(shù)不勝數(shù)的預埋件[1]，而且還受地形地貌、水文條件和交通疏導等因素的制約?，F(xiàn)基于二維圖紙的橋梁建設，在施工過程中對時間和空間環(huán)境因素的把握和溝通效率帶來很大的阻礙，使項目不斷停工或重復返工導致工期拖延?；贐IM技術在橋梁施工中的應用研究將為現(xiàn)有的施工管理模式開辟一條新的途徑，以橋梁為主體，將現(xiàn)場周邊地形地貌、施工設施等施工組織集成到BIM軟件中，形成完整的三維數(shù)字模型，使設計人員和施工人員能直觀地去分析怎么組織更合理以及該如何優(yōu)化等問題，提前預測問題的產(chǎn)生和預防[2]。在項目建設的全過程中，利用BIM技術可以將整個項目呈現(xiàn)于一個統(tǒng)一的項目管理平臺上，在這個平臺內(nèi)進行施工各項數(shù)據(jù)的時刻監(jiān)測和及時調(diào)用，使得整個橋梁建設項目得到嚴格有序和科學的進行，管理人員能及時地了解施工進度情況并實現(xiàn)多方協(xié)同工作[3]。從而提高施工的安全性、合理性和高效性。

1基于BIM技術的施工管理

如圖1所示，利用BIM技術構建建設項目的三維參數(shù)化模型，使整個橋梁施工更直觀、形象地展示在施工管理項目部，方便管理人員能對施工過程中的每一個環(huán)節(jié)科學且精確的把握，對重難點施工方案實現(xiàn)仿真模擬以及工程量快速統(tǒng)計等[4]，從而對整個施工過程胸有成竹。

2 橋梁核心模型建立

2.1 工程概況

某橋采用三跨自錨式懸索橋結構，雙塔雙索面布置，跨徑組合為44+96+44=184m，橋型布置圖如圖2所示。主塔采用燈塔造型，跨中主纜矢跨比為1/5.5，加勁梁為預應力混凝土結構。

2.2 主橋模型建立

如圖3、圖4所示分別為三維模型的立面圖和平面圖。某橋主梁采用的是單箱三室，該箱梁的特征在于腹板、頂板、底板的厚度以及左右翼緣板寬沿橋梁縱向都發(fā)生了變化，東側加寬部分設有多道加肋板。橋梁結構中包含大量的橫、縱復雜曲線，常規(guī)的建模方法難度大，大量的數(shù)據(jù)輸入造成工程量增加，通過Autodesk Revit軟件的參數(shù)化建模則大大簡化了建模工作，依據(jù)復用性高低將橋梁整體結構劃分為標準構件和特殊構件，精確建立變截面箱梁族。為簡化模型并向?qū)嶋H施工靠攏，變截面箱梁的拋物線漸變方式均改為“以直代曲”的方式進行過渡[5]。對于復雜的曲線模型結構，基于指定放樣截面形體和路徑的方式來建立模型結構。

在Autodesk Revit軟件中自帶有放置鋼筋的工具，可以對房屋建筑工程中各種常規(guī)構件進行配筋，比如梁和柱中鋼筋的放置。但是對于橋梁工程來講，構件大多屬于不規(guī)則構件，難以進行常規(guī)鋼筋配置。本座橋梁主塔頂部均為曲線線形，主梁截面為單箱三室箱形結構，鋼筋結構造型復雜，線形不宜控制，所以先建立鋼筋族，然后再放置到項目中。圖5所示為主梁鋼筋模型。

3 BIM技術在施工中的應用

3.1基于BIM技術的某橋模型碰撞檢查

模型在建立后為確保尺寸結構的準確性，可以利用BIM相關軟件進行配合操作進行驗證。本文采用Autodesk Navisworks進行模型的碰撞檢查。首先需要在Autodesk Revit中利用體量建模的配合，建出某橋三維數(shù)值模型并以nwc格式的文件導入Navisworks Manage中，如圖6所示。利用其碰撞檢測功能，檢測三維模型是否存在碰撞點或不合理的地方，如圖7為碰撞檢查結果，針對有問題部位做調(diào)整或修改等，對圖紙進行深化和完善提，從而提高設計圖紙的質(zhì)量。

碰撞檢測也可用于鋼筋、預應力筋以及預埋管道等深埋件的碰撞檢查，故前期充分利用碰撞檢查，使設計人員在一個三維空間上對橋梁構件的設計尺寸進行一個初步核實[6]，盡量減少前期設計尺寸不足或過長等問題，不把問題帶到實際的施工中。

3.2 基于BIM的某橋施工模擬

施工模擬是一個必需的過程，通過施工全過程模擬以及可視化的預演練，從而檢查設備和工程設施在空間位置的合理性和工藝實施的可行性，提前獲取項目施工過程中關鍵性施工過程的重要注意事項和必要的措施使用。此外使用Autodesk Navisworks對主橋進行的施工模擬，充分利用Autodesk Navisworks中動畫制作的功能的配合，可在最大程度上得到清晰可見的施工模擬視頻，使得施工人員可以直觀、生動地了解自己施工工序的全過程、關鍵性施工和危險問題注意，同時還能提供項目管理人員和技術人員集中討論和交流的依據(jù)，有利于關鍵技術的交底把握工作，大大提高了施工效率[7]。

如圖8所示，本文對主橋部分進行了全橋的施工模擬以及重要節(jié)段處的局部模擬。橋塔的施工既是施工較難的部分，也是最為重要的結構部位，它作為整個主橋的承力點，保證其質(zhì)量顯得非常重要。另一方面，橋塔的施工進度也影響著全橋的施工，快速準確地進行主塔的施工成為整個項目的關鍵點。利用BIM模擬技術，可以最大程度上使這些問題得到解決以及可視化的監(jiān)督，在可見范圍內(nèi)進一步確保施工的質(zhì)量。

3.3 基于BIM技術的某橋施工進度模擬

結合導入到Autodesk Navisworks中的模型，實現(xiàn)3D模型數(shù)據(jù)與時間信息的整合，即可實現(xiàn)施工進度的模擬。

如圖9所示，利用Navisworks中Timeline模塊工具，選擇直接在Autodesk Navisworks軟件中手動輸入橋梁構件的施工進度表，依次為各子添加構件施工的開始時間、完成時間以及構件種類，賦予3D模型進度數(shù)值信息，將處于不同狀態(tài)的構件設置不同的顯示顏色以及添加代碼顯示第幾周、第幾天、當前工作的完成量和正在建設的構件等信息，即完成該橋的4D進度模型。最終的施工進度信息以視頻動畫的形式展示，施工管理人員可以從中準確、直觀地了解到不同的時間段內(nèi)的正在施工的構件、全過程以及所耗時長，最低可將工作時間精確到小時，實現(xiàn)超精細化的進度信息管理，有利于管理人員對施工進度和施工節(jié)點的嚴格管理以及資源的合理分調(diào)配[8]。其次，在計劃實施階段，在維護目標計劃，更新進度信息的同時，需要不斷的跟蹤項目進展，對比計劃與實際進度，及時對施工進度暫緩或落后等問題采取相應的控制措施，并預防潛在問題。

3.4 基于BIM技術的某橋工程量快速統(tǒng)計

使用Autodesk Revit軟件對工程對象建立BIM三維模型的過程中，提前為每個構件建立構建屬性項，再依據(jù)實際施工的設計圖紙及現(xiàn)場施工的具體情況將每個構件的實際屬性進行信息錄入。依據(jù)實際情況錄入的信息也可在后期進行修改，通過錄入的屬性信息可實現(xiàn)實時查詢到每個構件幾何尺寸、材料性能、澆注/安裝、幾何空間位置信息等，既便于施工管理，也可利于后期運營管理。通過Autodesk Revit軟件自帶的明細表功能，建立、篩選構件屬性信息，準確地實現(xiàn)對整個工程各類構件的分項統(tǒng)計，完成工程量的精準計算[9]。

4 結論

本文基于BIM技術在懸索橋施工過程的三維模型模擬研究，得出以下結論：

（1）BIM技術是時代發(fā)展和科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，將BIM技術運用于橋梁施工過程就是不同領域結合的表現(xiàn)，也是橋梁建設可視化與精確化的必然需求。

（2）利用Autodesk Navisworks軟件進行了施工模擬，使施工流程和施工工序更加明朗，也有利于施工方案的優(yōu)化。

（3）Autodesk Revit實現(xiàn)實時的工程量統(tǒng)計和可查詢功能，也將會給施工帶來高效率、高精度、低成本等效益。

參考文獻：

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