淺談基于BIM技術(shù)的空間曲面異形連續(xù)鋼箱梁橋梁的安裝

陳軼倫，劉江偉，李 偉，賓 云

(成都建工路橋建設有限公司，四川成都 610000)

1 工程概況

五岔子大橋是位于成都市武侯區(qū)城南新區(qū)，跨越府河連接世紀城新會展中心與中和鎮(zhèn)片區(qū)。該橋造型優(yōu)美成無窮大符號，為空間曲面異形鋼箱梁結(jié)構(gòu)。橋梁分兩幅橋進行設計，上游橋為主橋，下游橋為副橋，主、副橋間通過連接通道相接。主、副橋采用了連續(xù)鋼箱梁橋和斜腿鋼構(gòu)橋進行組合。

該橋梁上部鋼橋體系平豎曲線設計極為復雜，鋼橋面弧度較大構(gòu)造復雜。其構(gòu)件因為自重和體積，在拼接安裝階段對施工而言有一定挑戰(zhàn)。為提高復雜空間曲面橋梁的安裝精度，嘗試在本工程中采用BIM技術(shù)以協(xié)助施工(圖1)。

圖1 五岔子大橋竣工效果

2 施工難點分析

因為橋梁設計造型上平豎曲線較復雜，各鋼箱梁段的定位和安裝極大地影響到橋梁整體整體線型進而影響整體造型；部分重要受力節(jié)點位置空間結(jié)構(gòu)復雜，在定位安裝過程中需要對鋼箱梁的指向角度及相對位置進行精準控制；施工地段受河流汛期和橫向風影響較大，在施工組織管理上需依靠模型不斷修正優(yōu)化施工方案。

3 工程BIM應用點

(1)采用BIM技術(shù)建立空間曲面異型連續(xù)鋼箱梁模型，合理劃分拼裝節(jié)段，進行虛擬預拼裝，提高了拼裝效率，安裝精度，保證了橋梁空間曲面線性(圖2)。

(2)通過BIM技術(shù)在施工中運用，便于作業(yè)人員形成空間思維能力，提高了協(xié)同作業(yè)效率，實現(xiàn)了精心化管理的目標，實現(xiàn)了高效、協(xié)同、節(jié)約的進行施工。

圖2 五岔子大橋模型整體外觀

4 BIM應用實施

4.1 整體思路

根據(jù)現(xiàn)狀和地形，采用BIM技術(shù)建立空間曲面異形連續(xù)鋼箱梁橋模型，根據(jù)施工條件和結(jié)構(gòu)分析，依據(jù)設計要求對鋼箱梁結(jié)構(gòu)進行節(jié)段劃分并制定施工方案。運用BIM技術(shù)根據(jù)證施工方案進行虛擬預拼裝，并對原有方案進行改進優(yōu)化，制定最終方案。根據(jù)方案制定吊裝順序，布局支架位置，利用GPS、激光定位儀等設備不間斷監(jiān)測，通過對比模型數(shù)據(jù)不斷校正鋼箱梁位置，進行空間曲面異形鋼箱梁安裝。

4.2 BIM輔助制定實施方案

根據(jù)設計圖以及現(xiàn)場施工條件，采用搭設臨時支撐架分段安裝，整體成型的施工方案。構(gòu)件的分段由現(xiàn)場情況及運輸限制條件，根據(jù)設計分段位置、吊裝施工工藝、橋梁支點位置，在符合結(jié)構(gòu)受力，規(guī)范要求前提下綜合考慮，并采用Ansys根據(jù)分段情況進行結(jié)構(gòu)驗算。

4.3 參數(shù)化建模和4D方案預演

根據(jù)設計圖紙，參照已編制的施工方案，采用由整體到局部的定位方法進行模型建立。采用Infraworks建立施工周邊環(huán)境及場地布置,運用Rivet2016建立橋梁模型，用Navisworks2016進行施工模擬，根據(jù)施工模擬改進施工工序，完善施工方案。

其中在吊裝方案預演時，因吊裝作業(yè)作為空間曲面異形鋼箱梁施工的關(guān)鍵工序，場地布置、箱梁運輸、吊裝機具選用、吊裝順序、支架設置等都是吊裝方案預演須展示的內(nèi)容，通過吊裝元素的參數(shù)化設置，植入系統(tǒng)達到現(xiàn)場逼真呈現(xiàn)的效果。整體方案包括過程靜態(tài)模擬、過程動態(tài)模擬，通過實際現(xiàn)場情況和實施進度實現(xiàn)BIM 4D功能，給現(xiàn)場管理人員提供可視化方案進行參考。

4.4 BIM輔助臨時支架安裝

臨時支架根據(jù)分段位置進行設置，并采用Ansys進行受力驗算，鋼箱梁吊裝前，支架安裝根據(jù)BIM優(yōu)化方案，在模型中提取臨時支架的3D信息，根據(jù)支撐幾何結(jié)構(gòu)形式，采用全站儀精確放樣(圖3)。

圖3 臨時支架結(jié)構(gòu)形式

4.5 BIM輔助現(xiàn)場吊裝、焊接

由于鋼箱梁為空間曲面異形結(jié)構(gòu)，鋼箱梁加工時每個節(jié)段上應做好測量控制標記，將參數(shù)錄入BIM模型，提取每個測量控制點的X，Y，Z的坐標值，鋼箱梁吊裝時，采用測量設備以橋梁中心線為基準進行鋼箱梁的粗定位。

鋼箱梁粗定位后，根據(jù)BIM模型數(shù)據(jù)，運用全站儀測控，利用已安置千斤頂及雙向滑塊，使用手拉葫蘆進行位置調(diào)整，實現(xiàn)精確定位直到達到安裝精度要求。

同時考慮鋼箱梁受外界自然條件，以及焊接過程中各種不可控因素影響，在進行下一節(jié)段鋼箱梁焊接連接前，對已安裝鋼箱梁和BIM模型進行交叉對比，對安裝偏差及時處理，使安裝精度符合要求。

根據(jù)BIM演示結(jié)果優(yōu)化完善的節(jié)段吊裝順序，按上述工藝循環(huán)操作，直至橋梁吊裝合攏。

5 結(jié)束語

通過BIM技術(shù)輔助空間曲面異形連續(xù)鋼箱施工，利用可視化三維模擬改變了以往傳統(tǒng)施工組織設計現(xiàn)場綜合因素考慮少、優(yōu)化深度不夠等問題，提高了現(xiàn)場各專業(yè)協(xié)同配合程度，提高了工程管理能力，使技術(shù)管理方便，易行，提高了相關(guān)人員對工程施工的理解水平，達到和諧施工的目的。也從另一方面驗證了BIM技術(shù)在“重、大、?！惫こ讨械膽脙r值。