BIM技術(shù)在懸索橋異形橫梁支架拆除工藝中的應(yīng)用

彭超志,周 儉,方 升

(1.湖南省高速公路集團(tuán)有限公司,湖南 長沙 410023; 2.中交路橋華東工程有限公司,上海 201203)

1 工程概況

龍?zhí)堕L江大橋索塔下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),下橫梁長35.1m、寬10.7m、高9.0m,腹板厚1m,橫梁下緣處設(shè)置厚度為1m、高度1～8m的漸變弧形裝飾板。下橫梁頂面標(biāo)高55.000m距承臺頂面高度49m,下橫梁支架采用落地鋼管支架。

北塔下橫梁支架結(jié)構(gòu)由鋼管立柱、平聯(lián)桿、弧形梁、承重梁、分配梁和底模系統(tǒng)組成,支架整體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。承臺頂布置20根φ820×10鋼管,塔座頂布置10根φ1 224×12鋼管,鋼管間布置4層HN450×200型鋼平聯(lián)桿件。裝飾板下方采用HN800×300型鋼弧形梁+HN450×200型鋼桁架片組合結(jié)構(gòu),底模下方橫縱向承重梁分別采用2HN600×200,3HN600×200型鋼,承重梁上鋪I25a分配梁及底模,支架總重約508.33t。

圖1 下橫梁支架結(jié)構(gòu)模型

2 BIM綜合應(yīng)用

2.1 BIM建模與應(yīng)用框架

龍?zhí)堕L江大橋北塔下橫梁支架拆除BIM模型包含索塔主體結(jié)構(gòu)、下橫梁、支架模板體系、支架拆除和下放臨時結(jié)構(gòu)、施工臨時平臺及安全輔助措施等,整體建模與應(yīng)用框架如圖2所示。主要模型采用Revit軟件和Dynamo插件創(chuàng)建,支架結(jié)構(gòu)桿件大量采用參數(shù)族,建立參數(shù)族庫,可推廣應(yīng)用于其他項目支架模型創(chuàng)建。起重吊裝機(jī)械等臨時設(shè)施主要采用Revit軟件創(chuàng)建構(gòu)件集,在支架拆除施工模擬中發(fā)揮輔助作用。

圖2 下橫梁支架下放BIM建模與綜合應(yīng)用框架

2.2 拆除施工流程

支架拆除遵循“先底部拆除再整體下放”的原則,考慮施工安全、結(jié)構(gòu)物成品保護(hù)及施工效率等各項因素,具體施工步驟如圖3所示。

圖3 拆除作業(yè)施工流程

2.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1拆除施工準(zhǔn)備

1)三角托架加工及安裝 三角托架是懸吊上部支架的關(guān)鍵臨時結(jié)構(gòu),起到固定卷揚(yáng)機(jī)和滑輪組體系的作用。橫梁頂面共布置4套三角托架,在三角托架前端設(shè)置3HN600×200承重梁,作為定滑輪固定端,卷揚(yáng)機(jī)底座下方設(shè)HN600×200支墊。考慮下橫梁頂面支座墊石、擋塊等構(gòu)件影響,利用Revit軟件建立三角托架模型(見圖4),有效避讓既有構(gòu)件,在下橫梁頂面預(yù)埋精軋螺紋鋼以錨固三角托架,保證懸吊受力體系合理穩(wěn)定。

圖4 三角托架模型

2)卷揚(yáng)機(jī)及滑輪組系統(tǒng)安裝 支架整體下放質(zhì)量約260t,同時考慮下放時動荷載系數(shù)1.1和不均衡系數(shù)1.1,則所需牽引力為71.5kN,故在下橫梁頂面設(shè)置4臺10t卷揚(yáng)機(jī)、4套6門100t滑輪組(繞11線)。如圖5所示,利用BIM技術(shù)模擬卷揚(yáng)機(jī)安裝位置,滑輪組繞線,繩卡固定方式,吊點固定位置和固定方式等具體安裝細(xì)節(jié),確保具體施工無遺漏,安全保證到位,降低安全隱患。同時,在動滑輪尾端設(shè)置4臺無線數(shù)據(jù)采集拉力計,通過移動端實時監(jiān)測四點受力情況,保證受力體系整體可控。

圖5 卷揚(yáng)機(jī)及滑輪組體系模型

3)精軋螺紋鋼保險系統(tǒng) 鑒于底部鋼管樁及平聯(lián)拆除時間較長,為減少卷揚(yáng)機(jī)懸吊系統(tǒng)鋼絲繩長時間受力,在支架承重梁底部設(shè)置4組反托梁,利用φ40精軋螺紋鋼通過預(yù)留孔錨固于下橫梁底板,作為剛性受力體系。如圖6所示,建立三維模型使懸吊保險系統(tǒng)安裝位置可視化,提前考慮橫梁底板預(yù)留精軋螺紋鋼孔洞位置,精確判斷保險系統(tǒng)是否與結(jié)構(gòu)物、臨時結(jié)構(gòu)存在碰撞。

圖6 精軋螺紋鋼保險系統(tǒng)模型

4)安全保障措施 利用Revit參數(shù)族功能,建立支架拆除期間各項安全防護(hù)措施公制常規(guī)族,如圖7所示,模擬支架拆除過程安全防護(hù)措施的可行性和安全性,針對局部細(xì)節(jié)建立詳細(xì)模型,提高施工作業(yè)交底可視化深度。

為確保下橫梁頂面施工作業(yè)安全,在橫梁頂設(shè)置2組安全通道,防止高空索塔作業(yè)期間物體打擊,確保人身安全。同時,各卷揚(yáng)機(jī)均設(shè)防護(hù)棚,防止高空焊接作業(yè)火星濺落灼傷鋼絲繩。

為防止滑輪組體系鋼絲繩被刮傷,影響支架整體下放安全性,在卷揚(yáng)機(jī)出繩口及動、定滑輪組固定型鋼邊緣位置,采取圓管剖開包邊進(jìn)行鋼絲繩防護(hù)。

底部鋼管樁拆除均為高空施工作業(yè),人員上下使用鋼管樁側(cè)面既有背籠,同時在平聯(lián)、鋼管接長位置下方均焊有角鋼,用于固定人員施工作業(yè)的U形平臺。使用Fuzor模擬人員上下及施工作業(yè)平臺設(shè)置,保證現(xiàn)場施工作業(yè)安全措施合理有效。

2.3.2底部支架拆除

支架拆除前對所有平聯(lián)及鋼管樁進(jìn)行編號。按圖8中①所示分割線環(huán)切鋼管樁,環(huán)切高度為40cm,考慮支架下放到位后整體穩(wěn)定性,承臺塔座高差4m,故分割線設(shè)置在標(biāo)高33.400,37.400m處。

首先進(jìn)行上部懸吊結(jié)構(gòu)整體落架,落架前解除精軋螺紋鋼保險系統(tǒng),使滑輪組體系受力,緩慢下放使下橫梁底板與底模脫空,落架高度為20cm,落架后錨固精軋螺紋鋼保險系統(tǒng),由柔性懸吊受力體系轉(zhuǎn)換為剛性懸吊受力體系,使精軋螺紋鋼作為主要受力。

然后按編號順序分2層依次拆除承臺頂面φ820鋼管樁及其平聯(lián)桿件,按“先拆除相臨平聯(lián),隨即拆除鋼管樁”的原則進(jìn)行,如圖8中②所示。

最后拆除左、右幅塔座頂部φ1 224鋼管樁及其平聯(lián)桿件,如圖8中③所示。保留塔座及承臺頂面預(yù)埋件,拆解后材料隨即進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn),保證橫梁下方無雜物,以便支架整體下放,如圖8中④所示。

2.3.3支架整體下放

底部鋼管支架拆除后解除精軋螺紋鋼保險系統(tǒng),使鋼絲繩及滑輪組(柔性受力)體系受力。正式下放支架前,作業(yè)人員通過4臺無線采集拉力計進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集,通過收放卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩微調(diào)四點受力大小,使各點受力均衡,處于允許誤差范圍(單點鋼絲繩受力<75kN)內(nèi)。

1)第1階段 統(tǒng)一指揮,協(xié)同操作。先緩慢下放使底模段脫離1m高弧形裝飾板范圍,確保下放過程中不剮蹭塔壁和弧形段裝飾板內(nèi)墻。下放過程中宜點動輕放,實時測量四點受力情況,并單點微調(diào),確保受力均衡,如圖9中①所示。

圖9 支架分階段整體下放模型

2)第2階段 四點同步勻速下放,實時測量偏差值,及時進(jìn)行單點調(diào)整,同時觀察是否剮蹭左、右幅塔柱,如圖9中②所示。

3)第3階段 減緩下放速度,塔座四處支撐點均安排人員觀察,防止整體下放支架與塔座頂面臨時結(jié)構(gòu)碰撞,下放到位后與塔座、承臺頂面預(yù)埋件焊接固定,確保支架整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,如圖9中③所示。

2.3.4支架解體轉(zhuǎn)運(yùn)

整體下放支架利用汽車式起重機(jī)進(jìn)行解體拆除,汽車式起重機(jī)、平板車站位以及施工作業(yè)警戒區(qū)域如圖10所示。按從上往下、兩側(cè)往中間的順序依次拆除底模、分配梁、承重梁、弧形梁、支撐桁架、鋼管樁和平聯(lián)桿件。

圖10 支架解體轉(zhuǎn)運(yùn)

2.4 Fuzor施工模擬

下橫梁支架拆除作業(yè)安全風(fēng)險等級高,為規(guī)避施工過程中可能存在的安全隱患,利用Fuzor軟件并結(jié)合項目實際情況,通過三維可視化生成施工進(jìn)度,模擬施工動態(tài)過程,查驗施工安全風(fēng)險,確定支架拆除步驟合理。同時,針對不同施工階段梳理可能出現(xiàn)的作業(yè)風(fēng)險點,如表1所示。

表1 下橫梁支架拆除作業(yè)危險源梳理清單

2.5 可視化共享

利用廣聯(lián)達(dá)BIMFACE控制臺,將Revit三維模型(.rvt項目文件)編譯轉(zhuǎn)換成在線可視化模型。如圖11所示,利用平臺生成鏈接或分享二維碼至相關(guān)人員手機(jī),無須下載APP和借助BIM信息集成服務(wù)器平臺,只需通過手機(jī)端瀏覽器打開鏈接或掃描二維碼即可實時在線溯源桿件信息、測量構(gòu)件長度、了解施工階段,結(jié)合可視化手段更好地幫助作業(yè)人員理解施工方案和安全技術(shù)交底。

圖11 BIMFACE控制臺模型共享

3 施工重難點

3.1 支架拆除步驟復(fù)雜

針對支架拆除桿件多,拆除順序要求嚴(yán)格,利用Revit平臺建立下橫梁支架整體三維模型。利用BIM三維可視化優(yōu)勢,在進(jìn)行支架拆除順序的討論過程中發(fā)揮重要作用,提高了拆除工藝的可行性,更加契合現(xiàn)場施工實際情況,保證支架拆除的安全性,規(guī)避常規(guī)二維圖紙難以發(fā)現(xiàn)的安全隱患。

同時,利用Fuzor施工模擬軟件,對支架拆除過程中各桿件拆除步驟制作施工模擬動畫,助力施工現(xiàn)場管理,便于施工現(xiàn)場管控,讓作業(yè)人員對施工內(nèi)容、工藝了解更加直觀。同時,對不同拆除階段人員操作及機(jī)械站位進(jìn)行模擬,確保實際操作可行,施工過程安全可靠。

3.2 支架拆除風(fēng)險大

1)高空作業(yè)防護(hù) 下橫梁支架最大高度46m,支架拆除過程均為高空施工作業(yè)。針對高空切割桿件、焊接吊耳、懸掛鋼絲繩等施工作業(yè)風(fēng)險,利用既有鋼管樁背籠+U形平臺結(jié)合的方式,便于施工人員上下和操作站位。同時,在鋼管樁頂端焊接吊耳用于懸掛安全帶、防墜器等安全防護(hù)措施。

2)吊裝防蕩移 針對桿件起吊作業(yè)風(fēng)險,為防止桿件割斷瞬間發(fā)生蕩移,結(jié)合相鄰鋼管樁纏繞防蕩移法和卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩輔助法,在相鄰鋼管樁上纏繞防蕩移繩1圈,以及橫梁頂部卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩導(dǎo)線方式輔助反拉措施,在割斷鋼管樁后分別緩慢放松防蕩移繩和鋼絲繩繩端,確保鋼管樁、平聯(lián)等桿件起吊平穩(wěn)下放。

3)上部懸吊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 上部支架懸吊期間采用精軋螺紋鋼保險系統(tǒng)作為主受力體系,鋼絲繩滑輪組體系不受力,確保上部懸吊安全。底部拆除作業(yè)起重設(shè)備嚴(yán)禁觸碰上部懸吊結(jié)構(gòu),懸吊期間應(yīng)定時測量各點卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩受力情況,確定鋼絲繩是否處于受力狀態(tài),確保懸吊體系安全穩(wěn)定。

3.3 整體下放危險性大

1)下放同步性 安裝滑輪組時在動滑輪尾繩端設(shè)置無線數(shù)據(jù)實時采集拉力計,通過移動端接收器實時采集各懸吊點受力情況信息。同時,在懸吊點端頭各固定1根測繩,測量各點下放高度。綜合各懸吊點受力和高差判斷支架整體結(jié)構(gòu)姿態(tài),確保整體下放支架同步性始終在允許誤差范圍內(nèi)。

2)鋼絲繩保護(hù) 支架懸吊期間對卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩及懸吊滑輪組鋼絲繩進(jìn)行覆蓋包裹,卷揚(yáng)機(jī)頂部設(shè)置防護(hù)棚,防止施工作業(yè)火星濺落灼傷鋼絲繩。支架下放前對卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩進(jìn)行全面檢查,同時對鋼絲繩出繩端、捆綁端型鋼包邊情況和繩卡固定情況進(jìn)行檢查。

3)支架整體穩(wěn)定 支架拆除前對整體下放支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析,確保支架整體穩(wěn)定性?，F(xiàn)場對整體下放支架進(jìn)行全面排查加固,檢查桿件接頭焊接情況,對主要受力點加焊勁板。同時,在關(guān)鍵節(jié)點部位設(shè)置應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測點,采集下放過程中支架整體受力和變形情況信息。

4)安全防護(hù)措施 支架下方設(shè)置安全警戒區(qū),所有人員禁止入內(nèi)。支架下放過程中,操作人員一律站位于下橫梁頂面防護(hù)棚內(nèi),卷揚(yáng)機(jī)操作柜單獨(dú)引出遠(yuǎn)離三角托架區(qū)域。統(tǒng)一服從現(xiàn)場總指揮口令,做到令行禁止。

4 結(jié)語

本項目基于BIM技術(shù)手段,從方案可行性、深化完善、施工模擬及安全監(jiān)測方面作為主要出發(fā)點,利用BIM技術(shù)三維可視化優(yōu)勢,結(jié)合“先底部拆除后整體下放”的施工工藝,使異形橫梁支架拆除作業(yè)更加安全高效,使復(fù)雜支架結(jié)構(gòu)拆除步驟更加直觀明了。綜合考慮支架拆除各項安全隱患,提前采取有效安全舉措,提高了支架拆除施工效率,提升了項目技術(shù)管理能力,助力龍?zhí)堕L江大橋北塔下橫梁支架拆除順利完成,可為同類型橋梁異形橫梁支架拆除提供參考。