BIM技術(shù)在高速公路轉(zhuǎn)體橋施工中的應(yīng)用

李樹(shù)敬

（中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司 山東濟(jì)南 250002）

1 引言

隨著B(niǎo)IM技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在橋梁設(shè)計(jì)及施工中BIM技術(shù)也在逐步推廣。利用BIM技術(shù)建立三維橋梁模型［1］，直觀反映在建橋梁與既有場(chǎng)地的位置關(guān)系，利用BIM信息管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型與施工現(xiàn)場(chǎng)信息的傳遞與整合，在信息化建設(shè)中有利于提升項(xiàng)目建設(shè)的管理水平，實(shí)現(xiàn)各參建單位的無(wú)障礙交流，大大提高了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量、物資及進(jìn)度的管控水平［2］。

2 工程概況與BIM技術(shù)

（1）工程概況

本項(xiàng)目位于濟(jì)南市東部，是濟(jì)南繞城高速公路二環(huán)線東環(huán)段工程的一部分。膠濟(jì)鐵路立交主橋左2＃墩、右5＃墩承臺(tái)尺寸為（16.5 ×21 ×5）m，右2＃墩、左5＃墩承臺(tái)尺寸為（16.5×16.5×4）m，施工位置絕大部分位于既有鐵路線柵欄和坡腳外側(cè)。采用鉆孔灌注樁防護(hù)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，既能滿足施工需要也能滿足安全行車(chē)需要。

本工程在鐵路兩側(cè)采用兩幅T構(gòu)箱梁（2×80 m T構(gòu)與2×60 m T構(gòu)）平行同步轉(zhuǎn)體分別跨越膠濟(jì)客專(zhuān)、膠濟(jì)鐵路。全橋共設(shè)4幅剛構(gòu)箱梁橋，2×80 m T構(gòu)橋與2×60 m T構(gòu)橋并排分別設(shè)于鐵路外側(cè)，其中60 m T構(gòu)橋靠近鐵路側(cè)，80 m T構(gòu)遠(yuǎn)離鐵路側(cè)。采用轉(zhuǎn)體施工工藝［3］，施工時(shí)同側(cè)兩幅T構(gòu)平行現(xiàn)澆，待砼達(dá)到強(qiáng)度并進(jìn)行張拉后，平行同步轉(zhuǎn)體至設(shè)計(jì)位置，完成橋梁主體施工，見(jiàn)圖1。

圖1 膠濟(jì)鐵路立交主橋仿真效果圖

（2）BIM技術(shù)應(yīng)用目的

本轉(zhuǎn)體橋線路基本呈南北走向，由北向南依次穿越膠濟(jì)客運(yùn)專(zhuān)線、膠濟(jì)鐵路及四五六專(zhuān)線，給現(xiàn)場(chǎng)施工管理［4］帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。運(yùn)用BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行可視化管控，可減少返工、節(jié)約工期、積累項(xiàng)目數(shù)據(jù)［5］、提升管理水平。

第一，運(yùn)用BIM技術(shù)將二維施工設(shè)計(jì)圖轉(zhuǎn)換成三維數(shù)字模型，對(duì)球鉸、滑道等轉(zhuǎn)體設(shè)施提前建立精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)在模型中查看轉(zhuǎn)動(dòng)體系下的高程坐標(biāo)，為測(cè)量組提供準(zhǔn)確的測(cè)量依據(jù)，見(jiàn)圖2。

圖2 轉(zhuǎn)體上下轉(zhuǎn)盤(pán)結(jié)構(gòu)

第二，通過(guò)配置魯班基建系統(tǒng)［6］，在工程管理過(guò)程中形成有關(guān)質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本、物料、人員、機(jī)械等一些列靜態(tài)或動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)魯班BIM平臺(tái)關(guān)聯(lián)到工程模型上，在云端進(jìn)行存儲(chǔ)、管理。管理人員可通過(guò)電腦端或移動(dòng)端設(shè)備隨時(shí)隨地查看現(xiàn)場(chǎng)施工情況。

通過(guò)BIM技術(shù)可預(yù)先做好風(fēng)險(xiǎn)分析、任務(wù)安排與數(shù)據(jù)查閱，確保在施工節(jié)點(diǎn)期內(nèi)圓滿完成橋梁轉(zhuǎn)體任務(wù)［7］。

3 BIM在橋梁施工管理中的應(yīng)用

利用Revit＋Dynamo軟件建立連續(xù)梁主體結(jié)構(gòu)模型，包括橋墩結(jié)構(gòu)、承臺(tái)結(jié)構(gòu)、球鉸轉(zhuǎn)盤(pán)等轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)及鋼筋預(yù)應(yīng)力鋼束等，在既有設(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，通過(guò)BIM軟件［8］提供三維可視化空間，進(jìn)行三維碰撞檢查，預(yù)測(cè)危險(xiǎn)源與碰撞源，合理組織施工，將風(fēng)險(xiǎn)降至最低。采用參數(shù)化建模方法，依據(jù)圖紙坐標(biāo)定位放樣，為后續(xù)轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體過(guò)程中高程定位測(cè)量做準(zhǔn)備［9］，見(jiàn)圖 3。

圖3 膠濟(jì)鐵路立交橋BIM模型

3.1 橋梁結(jié)構(gòu)精細(xì)化建模

目前橋梁工程中，預(yù)應(yīng)力變截面連續(xù)箱梁橋是較為常用的橋型。借助Civil3D繪制出轉(zhuǎn)體橋橋梁中心線，通過(guò)將線劃分成點(diǎn)的方法，把中心線變成點(diǎn)參數(shù)，然后通過(guò)Excel導(dǎo)入Dynamo進(jìn)行程序運(yùn)算，在Revit的自適應(yīng)體量中重新生成道路橋梁中心線。

在Revit＋Dynamo橋梁建模過(guò)程中，連續(xù)梁實(shí)體通過(guò)“切片”的方式將箱梁沿道路中心線拆分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的截面，并對(duì)截面賦予尺寸參數(shù)，包括梁高、橫坡坡度、腹板及底板厚度、各倒角長(zhǎng)度等參數(shù)。利用中心線點(diǎn)參數(shù)的旋轉(zhuǎn)角度與各截面橫坡坡度參數(shù)值賦予，創(chuàng)建出符合設(shè)計(jì)圖紙要求的連續(xù)梁三維模型［10］，見(jiàn)圖4～圖5。

圖4 箱梁截面參數(shù)化賦予

圖5 Revit體量中截面布置

3.2 基于BIM三維算量

業(yè)主單位的進(jìn)度款支付、施工單位的進(jìn)度款申報(bào)、物資采購(gòu)、對(duì)下計(jì)價(jià)等多方面均需要工程量，而工程量的準(zhǔn)確度也關(guān)系著施工各方的成本核算。手工計(jì)算過(guò)程中由于技術(shù)人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙理解程度不同，統(tǒng)計(jì)出的工程量往往有較大差別甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤，對(duì)項(xiàng)目工程計(jì)價(jià)管理造成一定的損失［11］。

利用BIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精確建模，在軟件中即可得到不同構(gòu)件的工程量信息。模型工程量分類(lèi)統(tǒng)計(jì)匯總并與圖紙工程量進(jìn)行對(duì)比，形成工程量校核報(bào)告，節(jié)約預(yù)算成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，方便技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理［12］。

3.3 施工方案模擬與碰撞檢查

利用Civil3D＋Revit＋Dynamo軟件建立轉(zhuǎn)體橋連續(xù)梁及支架模型，并利用體量中“UV網(wǎng)格分割表面”的功能，將箱梁底板的下緣曲面按照設(shè)計(jì)圖紙的支架分布間距進(jìn)行網(wǎng)格劃分并顯示節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)入項(xiàng)目當(dāng)中之后便可以查看每個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)高，以確保支架高度和實(shí)際支架的一致性，見(jiàn)圖6。

圖6 轉(zhuǎn)體橋梁及支架模型

（1）轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體過(guò)程中與墩柱碰撞檢查

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙初步判斷有碰撞風(fēng)險(xiǎn)的部位，包括過(guò)渡墩1＃左右幅與6＃左右幅的墩身蓋梁及相鄰引橋的 34＃、35＃、28＃墩柱。

利用BIM軟件動(dòng)態(tài)展示轉(zhuǎn)體橋轉(zhuǎn)體過(guò)程，排查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)體橋結(jié)構(gòu)與1＃墩右幅、6＃墩左幅及引橋34＃墩發(fā)生碰撞；5＃墩右幅2×80 m T構(gòu)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至57.11°、61.75°、66.88°時(shí)，箱梁與 34＃墩發(fā)生碰撞；5＃墩右幅2×80 m T構(gòu)旋轉(zhuǎn)至最不利位置72.65°時(shí)，與6＃-2墩柱預(yù)留鋼筋發(fā)生碰撞。34＃墩柱施工時(shí)需提前控制好澆筑高度及6＃-2墩柱預(yù)留鋼筋在保證質(zhì)量的前提下合理避開(kāi)橋體，見(jiàn)圖7及表1。

圖7 轉(zhuǎn)體過(guò)程運(yùn)動(dòng)軌跡包絡(luò)面

表1 模擬轉(zhuǎn)體碰撞數(shù)據(jù)

（2）轉(zhuǎn)體橋與支架碰撞檢查

因轉(zhuǎn)體橋兩幅T構(gòu)均為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由BIM模型可知2×80 m連續(xù)梁底板高程較2×60 m連續(xù)梁偏低，因此2×80 m連續(xù)梁在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與相鄰的支架結(jié)構(gòu)有碰撞風(fēng)險(xiǎn)，包括腳手架立柱和貝雷片。

利用BIM技術(shù)將創(chuàng)建好的支架模型與運(yùn)動(dòng)軌跡包絡(luò)面進(jìn)行結(jié)合，包絡(luò)面與支架結(jié)構(gòu)如存在交叉部位即為碰撞。

在轉(zhuǎn)體過(guò)程中，2＃墩左幅2×80 m大里程連續(xù)梁與2＃墩右幅2×60 m大里程支架發(fā)生碰撞，并且與1＃塊處的工字鋼橫擔(dān)有碰撞；5＃墩右幅2×80 m小里程連續(xù)梁與5＃墩左幅2×60 m小里程支架也有碰撞，見(jiàn)圖8。

圖8 支架碰撞檢查

通過(guò)BIM軟件篩選出碰撞的立桿并測(cè)出其標(biāo)高，進(jìn)而計(jì)算支架拆除的高度，見(jiàn)表2。

表2 支架碰撞高度范圍

3.4 施工進(jìn)度控制

根據(jù)項(xiàng)目提供的施工臺(tái)賬與計(jì)劃進(jìn)度，技術(shù)員可通過(guò)魯班iWorks Civil平臺(tái)進(jìn)度管理模塊將橋梁結(jié)構(gòu)模型與進(jìn)度進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)駕駛艙模式進(jìn)行計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行優(yōu)化，見(jiàn)圖9。

圖9 平臺(tái)進(jìn)度管理系統(tǒng)

3.5 現(xiàn)場(chǎng)管控中的BIM應(yīng)用

為了體現(xiàn)BIM技術(shù)價(jià)值，項(xiàng)目布置魯班基建系統(tǒng)，在工程管理過(guò)程中形成有關(guān)質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本、物料、人員、機(jī)械等一些列靜態(tài)或動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)魯班BIM平臺(tái)關(guān)聯(lián)至工程模型，在云端進(jìn)行存儲(chǔ)、管理。

（1）平臺(tái)資料管理

由BIM駐場(chǎng)人員與項(xiàng)目資料員通過(guò)電腦端將項(xiàng)目施工中的技術(shù)資料（方案、圖紙、試驗(yàn)、質(zhì)檢等）上傳至BIM系統(tǒng)平臺(tái)，與模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并參考本項(xiàng)目實(shí)際需求和業(yè)主方規(guī)定對(duì)本項(xiàng)目資料庫(kù)編制分類(lèi)清單，資料按分類(lèi)目錄整理，以實(shí)現(xiàn)資料與模型按照分類(lèi)邏輯進(jìn)行雙向查詢。管理人員每日將現(xiàn)場(chǎng)施工日志、技術(shù)交底等資料上傳到BIM平臺(tái)，便于施工現(xiàn)場(chǎng)隨時(shí)查看相關(guān)資料，見(jiàn)圖10。

圖10 平臺(tái)資料管理系統(tǒng)

（2）移動(dòng)端平臺(tái)管理

通過(guò)BIM移動(dòng)端平臺(tái)技術(shù)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員可利用手機(jī)實(shí)時(shí)查看模型，并可通過(guò)協(xié)作功能將現(xiàn)場(chǎng)情況上傳至平臺(tái)，在線填報(bào)安全質(zhì)量問(wèn)題，落實(shí)到責(zé)任人。BIM信息平臺(tái)包含問(wèn)題整改、階段報(bào)告、方案審批等多達(dá)12個(gè)項(xiàng)目，管理人員即使不在施工現(xiàn)場(chǎng)，也可實(shí)時(shí)查看相關(guān)問(wèn)題并進(jìn)行審批修訂，并通過(guò)管理平臺(tái)推送至指定人員，保證現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題及時(shí)得到解決。

4 結(jié)束語(yǔ)

以濟(jì)南繞城高速公路二環(huán)線東環(huán)段項(xiàng)目為依托，應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)跨膠濟(jì)鐵路立交轉(zhuǎn)體橋部分開(kāi)展精細(xì)化管理與施工深化研究，通過(guò)BIM管理平臺(tái)，一方面提高了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作效率及進(jìn)度把控程度，另一方面實(shí)現(xiàn)了管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源的認(rèn)知和預(yù)控、管理與監(jiān)督；同時(shí)還能將施工各方面信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)可追溯性。項(xiàng)目管理是企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，項(xiàng)目級(jí)BIM系統(tǒng)平臺(tái)的試點(diǎn)應(yīng)用是公司項(xiàng)目精細(xì)化管理的有效途徑之一，BIM技術(shù)應(yīng)用定能在橋梁施工中產(chǎn)生可觀的效益。