基于BIM的裝配式支線上跨橋整體拼裝施工技術應用

馬 杰 （中鐵十六局集團第二工程有限公司，山西 晉中 030900）

0 前言

橋梁工程中，施工是非常重要的一個環(huán)節(jié)，施工方案的選擇直接關乎最終的工程質(zhì)量。然而，施工現(xiàn)場的環(huán)境、設備與構件的數(shù)量、對現(xiàn)有交通的影響等問題都會對施工方案的組織設計與選擇產(chǎn)生不同程度的影響，最終使其成為一個復雜的、多元的問題。BIM技術作為一種現(xiàn)代化的工程模擬手段，正是解決這一問題的有效方法。

由于BIM技術與裝配式建筑在理念上的協(xié)同，被越來越多地應用到裝配式建筑的設計、生產(chǎn)中，促進裝配式建筑在國內(nèi)不斷的推廣[1]。在BIM模型中，不僅可以建立各構件的標準化、精細化模型，還可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場設備與環(huán)境的模擬。通過調(diào)整BIM模型，同步更新流程、工期、成本、工程量等施工過程中所需要的信息，可以直觀地展示不同的施工方案，實現(xiàn)對不同施工方案可行性與合理性的驗證，從而進行施工方案的比選，最終確定經(jīng)濟、合理、高效的施工方案。

1 工程概況

本項目為祁離高速LJSG1標，里程樁號-K0+920-K7+900，全長8.82km，主要施工內(nèi)容：路基、橋涵、樞紐工程。線路起點為山西省晉中市城趙鎮(zhèn)修善村北側的城趙樞紐，終點為呂梁市文水縣南莊鎮(zhèn)汾曲村。合同段內(nèi)主要工程有：橋梁24座，共6372延米，主線路基6566m，匝道路基8228m，挖方4.7萬m3，填方154萬m3，及相應路基附屬。

與傳統(tǒng)的混凝土梁預制拼裝梁橋相比，鋼板組合梁橋具有重量小，受力性能好等優(yōu)點，對于中小跨徑的跨線橋，采用鋼板梁橋這種較為簡單的形式具有較大優(yōu)勢[2～3]。在祁離高速LJSG1標段的上跨既有高速工程中，新增橋梁3座，全部采用鋼板組合梁。針對改擴建過程中上跨橋梁的特點，對上跨鋼板組合梁結構進行了探索和嘗試。選用了一種全新的鋼板組合梁結構形式，這一橋型的基本體系：多主梁鋼板梁+新型現(xiàn)澆復合橋面板，這種橋型結構新穎、建造方便，有利于實施工業(yè)化建造。

圖1 雙主梁標準斷面

圖2 三主梁標準斷面

2 整體拼裝吊裝方法施工工序

運用BIM技術進行工序模擬，可確定最優(yōu)工序和最優(yōu)施工方案，從而達到時間和資源最優(yōu)化配置的目標，還能提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能出現(xiàn)的問題，采取針對性的措施予以提前解決[4]。

2.1 場地處理

整體拼裝吊裝法的主梁拼裝是在施工胎架上進行的，因此對施工胎架下的場地基礎有一定的要求。對于土質(zhì)比較好、地基承載力滿足要求的場地，可直接進行場地平整；對于土質(zhì)較軟、含水量較大、地基承載力不足、不適宜用做地基的場地，需要先對地基進行處理，再進行場地平整。

2.2 施工胎架制作

根據(jù)現(xiàn)場施工時鋼梁節(jié)段的長度、重量等，對施工胎架進行設計與驗算，確定施工胎架的形式。施工胎架的構件可由工廠預制，然后在現(xiàn)場進行構件的拼裝與焊接，最終形成施工胎架。

2.3 主梁拼裝

對預制好的主梁構件進行質(zhì)量檢查與驗收，并將一個跨徑范圍內(nèi)的主梁構件放置在橋位下方的施工胎架上進行拼裝，形成主梁整體節(jié)段。

2.4 主梁整體起吊安裝

利用吊車將拼裝好的主梁節(jié)段整體起吊、旋轉至指定位置后下放，使主梁節(jié)段穩(wěn)定放置于兩側的橋墩上，繼續(xù)進行下一主梁節(jié)段的構件拼裝與起吊安裝工作。

2.5 施工胎架拆除，施工機具退場

施工完成后，拆除施工胎架，吊車等施工機具退場。

3 關鍵工序的BIM模擬

BIM技術作為一種現(xiàn)代化的工程模擬手段，不僅可以建立各構件的標準化、精細化模型，還可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場設備與環(huán)境的模擬傳統(tǒng)的方式需要進行大量的計算來推斷演算，涉及多個專業(yè)領域的相互配合，周期長，投入大，最終結果可能存在人為誤差[5]。

3.1 施工胎架制作

圖3 施工胎架制作

圖4 主梁拼裝

施工胎架在現(xiàn)場進行制作。通過BIM模擬發(fā)現(xiàn)，施工胎架的構件數(shù)量較大，施工胎架的現(xiàn)場制作是影響最終施工工期的一個重要環(huán)節(jié)。

3.2 主梁拼裝

主梁的拼裝在制作好的穩(wěn)定胎架上進行，施工現(xiàn)場的環(huán)境容易控制，因此施工精度較易于控制。

3.3 主梁整體起吊安裝

可見，主梁整體節(jié)段吊裝時，節(jié)段尺寸與重量均較大，因此對起重機械的要求較高。

圖5 主梁整體起吊安裝

3.4 施工胎架拆除，施工機具退場

待主梁吊裝完成后，拆除施工胎架。與施工胎架制作時類似，施工胎架的拆除也將會影響最終的施工工期。

圖6 施工胎架拆除

4 關鍵技術要點

4.1 施工機具要求

由于主梁各構件是在拼裝成整體后進行吊裝，因此在主梁構件運輸進場之前，需要在橋位附近制作施工胎架。此外，主梁節(jié)段整體吊裝時，重量較大，因此對起重機械的要求較高，需要使用較大型的起重機械。

4.2 對現(xiàn)有道路的擾動

相比較于支架拼裝法，整體吊裝拼裝法的施工胎架、起吊機械等可以設置在橋位附近的路邊，因此對現(xiàn)有道路的擾動較小。

4.3 工期

整體吊裝拼裝法的工期比支架拼裝法的工期短。施工胎架的材料數(shù)量較大，現(xiàn)場制作與拼裝所占用的時間較長，因此會影響整體吊裝拼裝法的工期。為縮短工期，可采用與支架拼裝方法相類似的措施，在構件進行廠內(nèi)預制的同時，進行現(xiàn)場施工胎架的制作工作。

4.4 安全風險評估

整體吊裝拼裝法施工過程中的安全風險主要在于吊裝過程中，整體節(jié)段自重較大，受力狀態(tài)較為不利，易發(fā)生傾覆、失穩(wěn)等情況。因此，在進行整體吊裝拼裝施工前，需對施工方案進行計算復核，確保整體節(jié)段在施工過程中的安全性。

5 總結

通過BIM對鋼梁裝配過程中的重點和難點進行可行性模擬，借助BIM使施工人員能夠非常直觀的了解整個施工安裝的時間節(jié)點和安裝工序，并清晰地把握安裝過程中的難點和要點，同時通過對安裝方案的分析，進行優(yōu)化和改善，提高計劃的可行性，提高施工效率和施工方案的安全性，降低施工成本。通過支線上跨橋施工BIM模型的建模和精細化整體拼裝吊裝施工過程模擬，對施工方案進行了研究和優(yōu)化，實踐證明，該項技術是具有較大的推廣應用價值。