杜亮

（西安鐵路局，陜西 西安 710054）

BIM技術(shù)在洋縣漢江特大橋施工管理中的應(yīng)用

杜亮

（西安鐵路局，陜西 西安 710054）

近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，運用BIM技術(shù)已成為鐵路橋梁工程領(lǐng)域未來發(fā)展的潮流與趨勢，并日益成為施工企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段之一。為更好的實現(xiàn)工程項目精細(xì)化管理，基于洋縣漢江特大橋項目，建立了與施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)相吻合的橋梁BIM精細(xì)化模型、符合施工工藝工法的模型庫。通過數(shù)字信息化模擬仿真技術(shù)，進(jìn)行了基于BIM技術(shù)在洋縣漢江特大橋節(jié)段梁拼裝施工、連續(xù)梁懸灌轉(zhuǎn)體施工、預(yù)應(yīng)力管道安裝施工及預(yù)應(yīng)力鋼束張拉施工的仿真模擬，從而更好地指導(dǎo)橋梁復(fù)雜工藝的施工。并基于C#技術(shù)，進(jìn)行了洋縣漢江特大橋BIM施工管理的二次開發(fā)，提高項目參與方的協(xié)同工作效率。實踐證明，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了鐵路橋梁各參與方的協(xié)同工作效率，并取得了良好的管理效果和經(jīng)濟(jì)效益。

鐵路橋梁；BIM；轉(zhuǎn)體施工；管理平臺；施工優(yōu)化

鐵路橋梁施工是高度動態(tài)的過程，尤其是橋梁工程項目的建設(shè)不僅涉及到復(fù)雜的地理環(huán)境，而且涉及施工工期緊、施工工藝復(fù)雜、安全質(zhì)量事故多發(fā)的特點，因此對施工管理提出了更高的要求；其次，由于傳統(tǒng)的二維施工圖紙有很大的局限性，一方面無法直觀的反應(yīng)設(shè)計者的設(shè)計意圖，另一方面，橋梁空間結(jié)構(gòu)的錯漏碰問題通過二維圖紙難以得到有效控制，這些問題的出現(xiàn)不但影響了施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、施工安全，而且造成施工成本的增加。

近年來，隨著 BIM（Building Information Modeling即建筑信息模型）技術(shù)的興起，由于其能夠很好地解決工程施工中存在的工期延誤、成本增加、協(xié)調(diào)溝通不便、質(zhì)量安全等問題，其影響力不斷增加。目前，BIM技術(shù)已在建筑工程領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用并得到高度認(rèn)可，如上海迪士尼、騰訊總部大樓、香港理工大學(xué)創(chuàng)新樓等。在鐵路橋梁上的應(yīng)用雖然已經(jīng)有了嘗試性的探索，但是針對鐵路橋梁施工管理階段的應(yīng)用仍未得到很好的發(fā)展。運用BIM技術(shù)是鐵路橋梁工程領(lǐng)域未來發(fā)展的潮流與趨勢，并日益成為施工企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要手段之一。如何進(jìn)一步發(fā)掘與深化BIM技術(shù)在橋梁施工階段的應(yīng)用，使其在提高施工效率，節(jié)約時間與成本，使施工質(zhì)量安全得到有效把控等方面起到應(yīng)有的作用，是一個很有必要解決的問題。

在洋縣漢江特大橋施工管理中，中鐵十四局配合建設(shè)單位，積極引入BIM技術(shù)，建立洋縣漢江特大橋BIM精細(xì)化信息模型，通過施工模擬仿真技術(shù)，對洋縣漢江特大橋關(guān)鍵施工工藝進(jìn)行模擬仿真，不但可以指導(dǎo)施工人員進(jìn)行施工，而且為鐵路橋梁施工創(chuàng)新發(fā)展提供了突破口；進(jìn)行適合鐵路橋梁BIM施工管理平臺的二次開發(fā)，搭建適用于項目各參建方的協(xié)同管理的平臺，對項目材料消耗、實時進(jìn)度、質(zhì)量安全、物資儲備進(jìn)行全程動態(tài)管理，提高工程建設(shè)的集成化程度，提升科學(xué)決策與管理水平[1-3]。

1 工程概況

洋縣漢江特大橋位于陜西省洋縣境內(nèi)，該橋為跨越漢江、西漢高速及國道108而設(shè)，橋梁全長1409.42m，梁體結(jié)構(gòu)為“T梁+節(jié)段拼裝梁+連續(xù)梁”。其中 （40+64+40）m連續(xù)梁為跨越鄉(xiāng)村道路與西漢高速而設(shè)，梁體采用變高度變截面箱梁，一連總長145.2m，采用先懸灌后轉(zhuǎn)體的施工方法，63m節(jié)段拼裝梁為等高梁，采用可移動支架造橋機(jī)施工。連續(xù)梁施工不但是制約洋縣漢江特大橋施工節(jié)點計劃的關(guān)鍵因素，同時也是監(jiān)理與業(yè)主方重點抓控的施工技術(shù)內(nèi)容。

2 工程實施難點

2.1 施工環(huán)境復(fù)雜

由于洋縣漢江特大橋同時跨越漢江、108國道、

西漢高速及鄉(xiāng)村道路，并且面臨既有鐵路線正常通車的壓力，客觀上為橋梁的施工管理、施工方法提出了較高的要求。一方面，大型吊裝機(jī)械設(shè)備作業(yè)安全范圍有限，操作不便，施工難度大；另一方面，為保證原有道路與鐵路線的正常通車，以及保證施工順利進(jìn)行和施工的安全性，必須針對該橋梁制定相應(yīng)的施工方案，因此為跨越西漢高速而采用的連續(xù)梁懸灌轉(zhuǎn)體施工為本工程的難點之一。面對全新的施工環(huán)境，如何有效的把控施工工期，控制施工成本，減少安全事故的發(fā)生是項目管理的重中之重。

2.2 預(yù)制構(gòu)件多，結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜

在洋縣漢江特大橋中涉及大量的混凝土預(yù)制構(gòu)件，構(gòu)件的預(yù)制均在預(yù)制場中生產(chǎn)，因此對預(yù)制件的生產(chǎn)和施工存在以下幾點潛在因素：一是對預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)尺寸提出了嚴(yán)格的要求，現(xiàn)場吊裝過程中一旦出現(xiàn)尺寸不匹配的問題，將會造成施工工期的延誤與施工成本的增加；二是該工程中需要使用多種復(fù)雜的施工工藝，如波紋管臨時安裝施工工藝、構(gòu)件連接處配筋連接、預(yù)埋件的安裝等，傳統(tǒng)上基于二維施工圖紙的技術(shù)交底很容易由于理解不當(dāng)造成施工的返工、工期的延誤[4]；三是預(yù)制構(gòu)件的運輸與吊裝，如何采取最優(yōu)的運輸方案，準(zhǔn)確判定大型機(jī)械設(shè)備的安全作業(yè)范圍，都是制約施工進(jìn)度、施工質(zhì)量與施工安全的重要因素。

2.3 工期緊、任務(wù)重、難度大

客觀上，洋縣漢江特大橋14～18號墩位于漢江流域內(nèi)，必須趕在每年汛期來臨之前完成其下部結(jié)構(gòu)（樁基、承臺、墩身等）施工，否則將嚴(yán)重影響施工工期，造成施工成本的增加。主觀上，由于施工工期緊，而且該橋?qū)儆陉柊残略龆€工程，涉及相關(guān)單位多、溝通不便、任務(wù)重、難度大等因素，那么如何按工期節(jié)點，保質(zhì)保量順利完工，將是需要解決的重要問題。

3 BIM模型的搭建

現(xiàn)階段設(shè)計單位仍以二維施工圖紙為主要交付模式，而采用三維參數(shù)化建立的信息模型，不但包含了各構(gòu)件的尺寸、材質(zhì)、空間位置關(guān)系，而且模型的建立符合施工的工藝工法，能夠準(zhǔn)確、直觀的反映出橋梁的空間幾何構(gòu)造與內(nèi)部鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束的配置情況。展開以模型為載體的施工現(xiàn)場管理，指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

為了充分發(fā)揮BIM在施工管理中的優(yōu)勢，在施工前期，BIM技術(shù)人員利用CATIA建模軟件，根據(jù)二維施工圖紙建立完整的精細(xì)化模型顯得尤為重要。模型不但包括了可以用來指導(dǎo)施工的各種屬性信息[5-6]，而且隨著施工的進(jìn)行，不斷對模型進(jìn)行二次深化，以更好的指導(dǎo)施工。CATIA建立的洋縣漢江特大橋完整模型如圖1所示。

圖1 洋縣漢江特大橋BIM模型

4 基于BIM技術(shù)的施工工藝模擬仿真

針對洋縣漢江特大橋施工環(huán)境復(fù)雜、預(yù)制構(gòu)件多、結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工工藝復(fù)雜等特點，對施工方案的制定往往依靠和借鑒前人的經(jīng)驗，為了確保施工方案的可行性、提高施工效率與管理水平，基于BIM技術(shù)可對各復(fù)雜施工工藝與復(fù)雜節(jié)點的施工進(jìn)行模擬仿真與優(yōu)化[7-8]，合理調(diào)配施工工序的銜接、資源配置等情況，是現(xiàn)場施工人員能夠快速、準(zhǔn)確掌握施工工藝，熟悉施工流程。

4.1 節(jié)段梁拼裝施工工藝模擬優(yōu)化

在預(yù)制場中對節(jié)段箱梁進(jìn)行預(yù)制→造橋機(jī)的現(xiàn)場拼裝→造橋機(jī)加載試驗，驗證造橋機(jī)各部件的受力及變形與設(shè)計計算是否相符，若達(dá)標(biāo)可進(jìn)行下一步工序→梁段位置放樣，設(shè)置造橋機(jī)預(yù)拱度和梁段調(diào)整→從縱向、豎向和橫向?qū)α憾芜M(jìn)行調(diào)整安裝作業(yè)→梁段濕接縫作業(yè)，包括預(yù)應(yīng)力孔道連接、預(yù)應(yīng)力鋼束的穿束、濕接縫鋼筋綁扎工藝、模板的加固以及濕接縫混凝土澆筑→預(yù)應(yīng)力鋼束的張拉與壓降作業(yè)。移動模架造橋機(jī)節(jié)段拼裝箱梁施工工藝模擬如圖2所示。

圖2 造橋機(jī)節(jié)段拼裝梁施工工藝

4.2 連續(xù)梁懸灌轉(zhuǎn)體施工工藝模擬仿真

下轉(zhuǎn)盤、反力支座施工及滑道安裝→下球鉸安裝→上球鉸安裝→上轉(zhuǎn)盤施工、撐腳安裝→上下轉(zhuǎn)盤臨時固結(jié)→墩身施工→安裝永久、臨時支座→現(xiàn)澆0號塊→墩梁臨時固結(jié)→掛籃安裝、調(diào)試、就位→1號段鋼筋安裝，混凝土灌注，養(yǎng)護(hù)，張拉→掛籃前移就位→梁段懸灌循環(huán)施工→T構(gòu)轉(zhuǎn)體施工→邊跨合攏段施工 （包括張拉臨時預(yù)應(yīng)力束）→解除墩臨時固結(jié)，完成體系轉(zhuǎn)換→中跨合攏段施工（包括張拉臨時預(yù)應(yīng)力束）→體系轉(zhuǎn)化完成。連續(xù)梁懸灌轉(zhuǎn)體施工工藝模擬如圖3所示。

圖3 連續(xù)梁懸灌轉(zhuǎn)體施工工藝

5 基于鐵路橋梁BIM施工管理平臺的二次開發(fā)

施工階段BIM實施需在傳統(tǒng)施工流程基礎(chǔ)上進(jìn)行BIM施工流程再造，建立基于BIM的協(xié)作化實施模式，使施工過程運轉(zhuǎn)流暢，從而提高施工效率和水平，保障工程質(zhì)量。為了更好的解決目前鐵路橋梁工程領(lǐng)域仍以“建模為主，應(yīng)用為輔”的現(xiàn)狀，針對該現(xiàn)狀二次開發(fā)了一款集技術(shù)、BIM系統(tǒng)性應(yīng)用的RBIM5D（Railway Building Information Modeling）綜合性管理平臺，為企業(yè)與社會創(chuàng)造更大的應(yīng)用價值。項目管理平臺架構(gòu)主要分為基礎(chǔ)應(yīng)用、可視化交底、進(jìn)度及安質(zhì)管理、施工日志以及報表中心六大模塊，BIM實施組織關(guān)系圖如圖4所示。施工管理平臺界面如圖5所示。

圖4 BIM實施組織關(guān)系圖

圖5 RBIM施工管理平臺界面

5.1 基礎(chǔ)應(yīng)用模塊

該模塊是整個平臺的基礎(chǔ)模塊，是進(jìn)行項目施工管理的根本。模塊主要包括項目概況、線路里程的劃分、三維模型的導(dǎo)入、二維施工圖紙錄入、變更登記5個方面。項目概況主要對項目開竣工日期、參建單位等工程信息進(jìn)行簡單介紹；線路里程劃分按照具體施工工點的信息來定義線路里程的相關(guān)具體信息，并且根據(jù)建立的線路里程自動生成結(jié)構(gòu)樹。根據(jù)建立的結(jié)構(gòu)樹相對應(yīng)的上傳三維模型，為后續(xù)施工管理奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過圖紙錄入和變更單錄入并與模型關(guān)聯(lián)后，可以查看每個圖冊下的圖紙及關(guān)聯(lián)的變更單，還可以來回切換標(biāo)簽來查看圖紙與模型的對應(yīng)信息及屬性信息。

5.2 可視化交底模塊

可視化交底模塊包括線路里程、設(shè)計屬性、施工屬性、視點、圖紙、工程量統(tǒng)計、施工工藝、問題跟蹤等功能，同時還可查看全橋任意部位的平、立、剖面以及對橋梁任意點的坐標(biāo)測量，涵蓋了整個系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)圍繞模型來展示，從多個角度直觀進(jìn)行可視化交底。節(jié)段拼裝梁現(xiàn)澆段鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼束三維可視化交底如圖6所示。

圖6 節(jié)段拼裝梁可視化交底

5.3 進(jìn)度管理模塊

BIM的出現(xiàn)使得施工計劃的編制與可行性顯得更加的簡單與快捷，首先，BIM模型中包含了各構(gòu)件的尺寸信息、材料信息，而且在BIM管理平臺中可以將計劃編排內(nèi)混凝土、鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束等材料用量自動生成，有了這些數(shù)據(jù)作參考，我們再根據(jù)的以往的工作經(jīng)驗便可以得出更加合理的工

時需求；其次，BIM模型的可視化功能，使得計劃編制人員不需要去查看復(fù)雜的圖紙，可以直觀的查看計劃編排的合理性與可行性。

基于BIM建立的三維模型，根據(jù)施工工藝和施工計劃，進(jìn)行可視化的施工進(jìn)度動態(tài)追蹤。通過BIM技術(shù)，我們可以更加直觀地對施工進(jìn)度進(jìn)行可視化管理，并且通過與現(xiàn)場實際進(jìn)度的對比，我們可以觀察出施工計劃是否滯后，從而對現(xiàn)場的人員、機(jī)械、材料等合理化的調(diào)整以保證施工快速有效地進(jìn)行。可視化形象進(jìn)度如圖7所示。

圖7 可視化形象進(jìn)度圖

5.4 質(zhì)量安全管理模塊

傳統(tǒng)的質(zhì)量安全管理主要依靠制度的建設(shè)、管理人員對施工圖紙的熟悉及依靠經(jīng)驗判斷施工手段合理性來實現(xiàn)，這對于質(zhì)量安全管控要點的傳遞、現(xiàn)場實體檢查等方面都具有一定的局限性。采用BIM技術(shù)，可從以下幾點對橋梁施工過程中的質(zhì)量安全問題進(jìn)行有效控制：一是通過建立的三維信息化模型讓分包管理人員提前對施工面臨的危險源進(jìn)行判斷，在危險源附近快速地進(jìn)行防護(hù)設(shè)施模型的布置，比較直觀地將安全死角進(jìn)行提前排查；二是通過BIM模型多角度瀏覽，讓現(xiàn)場管理人員利用模型進(jìn)行現(xiàn)場工作的布置和實體的對比，直觀快速的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場質(zhì)量問題；三是通過BIM施工管理平臺對現(xiàn)場質(zhì)量安全問題進(jìn)行拍照和文字記錄并關(guān)聯(lián)至模型，實現(xiàn)跟蹤留痕。以標(biāo)簽圖片的形式在模型中展現(xiàn)現(xiàn)場和處理情況，使業(yè)主方、監(jiān)理方、施工方對質(zhì)量安全問題進(jìn)行直觀管理。質(zhì)量安全管理界面如圖8所示。

圖8 質(zhì)量安全管理界面

5.5 施工日志模塊

施工技術(shù)日志與二維的電子施工日志表格是通用的，與以往相比，增加了與三維模型的匹配，每日生成的日志會與實際施工進(jìn)度相匹配，從而達(dá)到驅(qū)動形象進(jìn)度的效果，方便管理人員更直觀的了解項目進(jìn)度。該模塊主要有以下兩個方面的意義：一是電子施工日志必須當(dāng)日即時填報，保證了施工記錄的及時性與準(zhǔn)確性；二是為施工進(jìn)度對比與分析提供了數(shù)據(jù)支撐。

5.6 報表中心模塊

對施工過程中所涉及的工程材料量、使用部位、采購計劃、使用情況、發(fā)放情況按模型量及預(yù)算量進(jìn)行查詢及管理，為進(jìn)一步的物資采購提供依據(jù)。支持對應(yīng)模型下的工程量信息的匯總和導(dǎo)出，相應(yīng)部位的詳細(xì)信息[9]。

平臺還包括個人信息設(shè)置、權(quán)限管理、物流跟蹤3大模塊，提高了平臺的實用性。RBIM5D施工管理平臺的開發(fā)是時代的直接產(chǎn)物，一方面能夠體現(xiàn)以模型為核心的工程實際應(yīng)用價值，另一方面能夠提高項目參與方及時、有效、快捷的協(xié)同工作效率，方便對項目的施工進(jìn)行全方位的動態(tài)管理，使施工人員能夠高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的完成該項目的施工，大大節(jié)約了施工時間與施工成本。

6 結(jié)語

BIM技術(shù)在洋縣漢江特大橋施工管理中的應(yīng)用，保障了項目各參與方信息溝通的及時性、準(zhǔn)確性和有效性，提高了彼此協(xié)同工作的效率。首先，通過碰撞檢查與施工模擬仿真技術(shù)，對施工方案進(jìn)行優(yōu)化模擬，對現(xiàn)場施工人員進(jìn)行三維動態(tài)技術(shù)交底；其次，通過BIM施工管理平臺，對工程材料消耗、施工進(jìn)度、質(zhì)量安全、物資儲備進(jìn)行實時跟蹤與嚴(yán)格把控，從而到達(dá)確保施工工期、確保工程質(zhì)量、節(jié)約工程成本的目的。隨著BIM應(yīng)用技術(shù)的不斷深化與推廣，BIM在鐵路橋梁工程領(lǐng)域的應(yīng)用會越來越廣泛，并將成為建設(shè)管理轉(zhuǎn)型升級的重要手段之一。

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