劉立揚(yáng)

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

1 項目概述

1.1 工程概況

北虹路立交為上海北橫通道西邊的起點，由高架主線、8條匝道和1條人非行道橋組成，總長度19 km。

1.2 項目特點

北虹路立交段位于北橫通道的起點位置，具有項目體量大、工期緊張、管理難度大的主要特征。

北虹立交與周邊環(huán)境密切相關(guān)，項目上跨現(xiàn)有中環(huán)線，沿線小區(qū)密集，緊貼商業(yè)地塊，下部結(jié)構(gòu)又與新涇港河道穿插，工程邊界條件復(fù)雜。本項目采用裝配式結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、大型鋼箱梁的加工、運(yùn)輸、吊裝環(huán)節(jié)受到地理條件約束較多，施工段位于人流密集、交通繁忙區(qū)域，對安全文明施工及施工區(qū)域規(guī)劃等有了更高的管理要求。

1.3 BIM技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)

北虹路立交作為大體量的市政工程，其BIM技術(shù)實施的目標(biāo)是貫穿設(shè)計、施工、運(yùn)維全生命周期的運(yùn)用，在虛擬環(huán)境中對項目的復(fù)雜節(jié)點及工況進(jìn)行模擬并優(yōu)化，提高項目建設(shè)質(zhì)量，能在各施工階段及各工程參與方之間無損傳遞項目信息并不斷累積完善的數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)，達(dá)到交付運(yùn)營單位進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)管理的要求。在工程實施過程中，全面運(yùn)用BIM技術(shù)，在設(shè)計方案優(yōu)化、施工方案模擬、交通組織、管線搬遷、質(zhì)量及安全缺陷管理等方面為工程實施提供技術(shù)支持[1-4]。

2 BIM技術(shù)在大型構(gòu)件施工中的應(yīng)用

市政工程在施工階段采用BIM技術(shù)的案例較多，參數(shù)化建模、施工模擬、協(xié)同平臺管理等應(yīng)用對方案實施及優(yōu)化有著顯著的作用。BIM模型作為高度信息集成的三維可視化載體，大型構(gòu)件的施工模擬能輔助方案決策，規(guī)避實際操作中的風(fēng)險，整體加強(qiáng)項目管理水平。

2.1 大型構(gòu)件施工模擬應(yīng)用流程

1）確定建模和施工模擬軟件，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如周邊交通信息、航道信息、周邊地物信息、場地圖紙等，結(jié)合專項方案制訂初步實施計劃，形成吊裝順序和時間計劃。

2）對施工設(shè)備、場布、周邊環(huán)境等進(jìn)行建模，將施工進(jìn)度、場地布置等相關(guān)信息關(guān)聯(lián)到模型，建立施工組織模型。

3）根據(jù)交通組織模擬、航道運(yùn)輸模擬、有限元結(jié)構(gòu)分析等，調(diào)整工序間搭接穿插關(guān)系，多方案比對，優(yōu)化施工工序。

4）參照進(jìn)度計劃安排進(jìn)行吊裝模擬。

5）將模擬結(jié)果匯總，對工序、資源、平面布置綜合優(yōu)化，將相關(guān)內(nèi)容更新至模型，并編制模擬分析報告。

2.2 進(jìn)度計劃分析及編制

采用WBS編輯器來進(jìn)行進(jìn)度分析的編輯，創(chuàng)建進(jìn)度計劃、WBS及施工段劃分，創(chuàng)建WBS與Microsoft Project的雙向通道；通過BIM模型，對施工進(jìn)度進(jìn)行查詢、調(diào)整和控制，使計劃進(jìn)度和實際進(jìn)度既可以用甘特圖表示，又可與BIM模型相互關(guān)聯(lián)，以可視化的方式提前呈現(xiàn)施工過程，及時發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問題，分包、供貨商、監(jiān)理可根據(jù)自身情況調(diào)整各項工序及其持續(xù)時間。在制訂完成進(jìn)度計劃后，根據(jù)施工任務(wù)及節(jié)點的先后關(guān)系，確定項目施工重要節(jié)點及開工、竣工時間，并按施工部署要求，進(jìn)一步明確進(jìn)度計劃中每個任務(wù)的開始時間、持續(xù)時間和各任務(wù)間的搭接關(guān)系。

2.3 基于BIM技術(shù)的模型創(chuàng)建與標(biāo)準(zhǔn)制訂

北虹路立交有建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等多個專業(yè)模型，主體橋梁結(jié)構(gòu)有2條主線、8條匝道，主體結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件較多，預(yù)制構(gòu)件對分類編碼、名稱信息及顏色有較高的要求。Revit2014作為核心建模軟件，為此建立了一份建模標(biāo)準(zhǔn)，對各專業(yè)模型命名、構(gòu)件工作集以及所需信息進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范。

北虹路立交段有S主線、N主線2條主線，其下部結(jié)構(gòu)及橋面的標(biāo)高隨著地勢有浮動，對建模造成了一定的難度，對于模型精度有較高的要求。我們使用了Tekla和Rhino軟件輔助建模，最終導(dǎo)入Revit2014進(jìn)行模型深化及拆分，對應(yīng)鋼箱梁編號及區(qū)段號，根據(jù)建模標(biāo)準(zhǔn)及施工圖使模型深度達(dá)到深化設(shè)計模型LOD300的要求（圖1）。

圖1 S、N主線立交橋區(qū)段

2.4 施工組織模型

基于施工組織設(shè)計及進(jìn)度計劃的要求來建立施工組織模型，北虹路立交周邊包含了建筑物、道路、管線等，還包括機(jī)械設(shè)備、圍擋、電箱等臨時設(shè)施。參照測繪院提供的地理信息來建立環(huán)境模型，根據(jù)專項方案來確定設(shè)備選型以及施工場布，并將工序安排、場地布置、施工進(jìn)度等信息與模型關(guān)聯(lián)。同時附加材質(zhì)貼圖，促使施工組織模型的美觀性及指導(dǎo)意義的整體提升。

2.5 基于BIM模型開展結(jié)構(gòu)分析

基于有限元計算法來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析模擬是目前較為普遍的方式，有限元計算能夠通過一個關(guān)聯(lián)單元的簡單計算來模擬出近似無限個關(guān)聯(lián)單元的近似值，且能夠適應(yīng)復(fù)雜形狀，在北虹路立交橋的結(jié)構(gòu)分析計算中得到了較好的應(yīng)用。

通過Midas軟件建立結(jié)構(gòu)計算模型或通過Revit模型轉(zhuǎn)換成dxf格式導(dǎo)入Midas，利用公式計算出鋼箱梁的最大應(yīng)力及反力值并用色差圖來呈現(xiàn)，控制懸臂施工段的預(yù)拱度來測試鋼箱梁變形的可能性，提高橋梁耐久性及穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)變形在可控范圍之內(nèi)，確保吊裝工作能夠順利進(jìn)行。

2.6 基于BIM技術(shù)開展施工方案模擬

跨蘇州河鋼箱梁安裝方案結(jié)合了大型構(gòu)件在陸地吊裝及水上吊裝的步驟，在北虹路立交橋項目中是十分關(guān)鍵的一環(huán)。項目周邊環(huán)境有中環(huán)線、SE、WS、NW、WN現(xiàn)有匝道及多處構(gòu)筑物圍繞，蘇州河中航道運(yùn)輸及操作區(qū)域有諸多限制，地理位置縱橫交錯且人車流動頻繁，對安全文明施工以及合理化操作有更高的要求，為此我們結(jié)合BIM對交通組織及施工措施等進(jìn)行歸整細(xì)化，進(jìn)行多方案比較全面深化專項方案。

2.6.1 施工難點

跨蘇州河鋼箱梁安裝主要有以下2個難點：

1）跨蘇州河橋梁均為斜交變高曲線橋，且鄰近中環(huán)線、長寧路等現(xiàn)狀構(gòu)筑物，受特點及場地條件制約，無法采用轉(zhuǎn)體法、頂推法等方案，并且跨河段梁體超高，運(yùn)輸受限。

2）受蘇州河航道等級（6級）及沿線橋梁凈空限制，只能選擇160 t及以下浮吊作業(yè)，施工區(qū)域河道寬約50 m，并且施工期間需保證航道寬度≥25 m。

針對以上問題，我們部分采用陸地運(yùn)輸，水中設(shè)立臨時支架懸臂法施工，最后采用160 t浮吊安裝合龍段，浮吊作業(yè)期間臨時封閉航道，安裝結(jié)束后浮吊靠岸恢復(fù)航道交通。

1）運(yùn)輸能力及路線：陸運(yùn)構(gòu)件梁高超過4.2 m的高度方向上下分段，梁寬方向一分為三（箱體＋兩側(cè)翼板）；水運(yùn)構(gòu)件梁高超過5 m的高度方向上下分段，其中3.5 m及以下的采用平艙船運(yùn)輸，深艙船運(yùn)輸應(yīng)用于水深超過3.5～5.0 m。

2）設(shè)備性能及作業(yè)條件：水上160 t浮吊，陸地350 t履帶吊。

3）懸臂施工變形控制要求：水上懸臂段長度不超過14 m。

2.6.2 交通組織模擬

交通組織模擬是一種通過BIM模型來反映復(fù)雜交通現(xiàn)象的交通分析方法，通過Navisworks軟件來模擬人流、車流及不同時間段的變化，獲取相應(yīng)的交通行駛數(shù)據(jù)，以便對施工時間及道路進(jìn)行合理劃分。

2.6.3 航道運(yùn)輸模擬

跨越蘇州河進(jìn)行船舶運(yùn)輸對航道等級、船舶承載力、行駛區(qū)域有著規(guī)范要求，通過計算機(jī)模擬運(yùn)輸?shù)倪^程規(guī)避風(fēng)險，為項目實施及安全工作提供了有力的支撐（圖2）。

2.6.4 履帶吊范圍影響分析

鋼箱梁吊裝范圍內(nèi)構(gòu)筑物較多，履帶吊恐會與周邊構(gòu)筑物發(fā)生碰撞，為此對履帶吊進(jìn)行操作范圍分析模擬（圖3），保證安全操作距離，同時對吊裝影響的地面進(jìn)行了沉降分析。這些措施，作為吊裝工作重要的參考依據(jù)。

圖2 航道運(yùn)輸模擬

圖3 履帶吊操作范圍分析模擬

2.6.5 吊裝模擬

通過BIM軟件進(jìn)行交通組織仿真模擬、航道運(yùn)輸模擬、履帶吊影響分析模擬等，全面還原現(xiàn)場操作環(huán)境，為吊裝模擬的可行性打下了堅實的基礎(chǔ)。吊裝方案模擬采用Navisworks軟件進(jìn)行分析模擬，根據(jù)專項方案及進(jìn)度計劃實現(xiàn)，模型與時間軸通過timeliner相互關(guān)聯(lián)，來實現(xiàn)大型構(gòu)件吊裝過程的4D模擬。通過三維動態(tài)可視化及時間軸的結(jié)合彌補(bǔ)了人們對抽象數(shù)據(jù)理解的不足。

3 結(jié)語

通過BIM技術(shù)在北虹路立交大型構(gòu)件施工中的各項運(yùn)用，系統(tǒng)展示了大型構(gòu)件施工過程中的關(guān)鍵步驟，并基于BIM可視化、動態(tài)化、有序化的特點，使技術(shù)人員能更清晰地理解工藝工序，提升現(xiàn)場的施工效率與技術(shù)水平。