上官丹丹 朱海波 孟元旭 雷丁琳 戴世安 溫慶杰

(中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與土木工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

0 引言

BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)起源于美國[1]。在國內(nèi)，BIM技術(shù)的發(fā)展還僅處于起步階段，真正應(yīng)用BIM技術(shù)的建筑企業(yè)未到10%[2]。但在“十一五”國家科技支撐計劃[3]中的重點(diǎn)項(xiàng)目《現(xiàn)代建筑設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)研究》中，已明確提出將深入探討B(tài)IM研究技術(shù)[4]。本文根據(jù)BIM技術(shù)研究現(xiàn)狀[5]，結(jié)合具體工程實(shí)例，研究BIM技術(shù)在大跨徑斜拉橋中的應(yīng)用[6]。

1 Revit軟件介紹

建模時在常用BIM軟件中選擇Revit軟件進(jìn)行BIM模型構(gòu)建。Revit是Autodesk公司的一套系列軟件的名稱。Revit系列軟件的作用是構(gòu)建建筑信息模型(BIM)，可幫助建筑設(shè)計師設(shè)計、建造并維護(hù)質(zhì)量更好且能效更高的建筑。

2 工程背景

該工程位于運(yùn)河上部，工程的主橋?yàn)槿崩瓨?，橋?qū)挒?9.5 m，跨徑組合為72 m+120 m+120 m+72 m=384 m，中間橋塔處為梁、塔、墩相互固結(jié)，兩側(cè)的橋塔處為梁、塔相互固結(jié)[8]。

3 模型建立

3.1 族的特性

在使用Revit建模過程中，Revit中的族可將橋梁工程中經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)部位劃撥提煉出來，形成固定式樣的構(gòu)件對象[9]。在現(xiàn)階段，橋梁工程構(gòu)件的族庫并未建立起來。Revit具有開放的接口，支持外部導(dǎo)入，所以豐富族庫很方便。族庫中保存有已經(jīng)建立好的構(gòu)件族，可以很方便地為下一次建模提供構(gòu)建模型，既減少重復(fù)工作，又可將準(zhǔn)確性提高[10]。

3.2 族庫及全橋模型的建立

因?yàn)樾枰獎?chuàng)建結(jié)構(gòu)模型，本研究采用Revit structure(結(jié)構(gòu))[11]。首先調(diào)取Revit structure軟件中自身具有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)族的樣板文件，將基礎(chǔ)族庫建立好，然后輸入該斜拉橋墩臺基礎(chǔ)系列參數(shù)，設(shè)置該模型的材料為混凝土[12]。最終得到橋梁基礎(chǔ)模型。由于墩柱部分是空心結(jié)構(gòu)，因此要建立一個中空截面，然后通過拉伸命令達(dá)到實(shí)際高度。該斜拉橋的主橋在中央分隔帶上共布置有3個索塔。索塔橋面以上高21.5 m，中塔柱采用實(shí)體截面，斷面尺寸為4.4 m×2.0 m；上塔柱采用工字型截面，斷面尺寸為4.4 m×3.0 m[13]。在塔的建立過程中上塔柱的工字型截面較為復(fù)雜，因此僅將塔柱的主要結(jié)構(gòu)建出。斜拉橋主橋的主梁采用鋼筋混凝土箱梁，為單箱3室箱形結(jié)構(gòu)。主橋的主梁為變截面箱梁，在建模的過程中要注意曲線建模，確保準(zhǔn)確度[14]。

根據(jù)資料中地形地質(zhì)條件，將建立好的族構(gòu)件分別載入至結(jié)構(gòu)項(xiàng)目文件中，調(diào)整其具體位置，得到完整的斜拉橋工程項(xiàng)目模型(見圖1)。

3.3 Auto CAD二維圖紙的導(dǎo)出

由于Revit自身功能的強(qiáng)大，二維的DWG格式的圖紙可以由Revit structure建立的三維立體模型導(dǎo)出(見圖2)。

4 BIM技術(shù)在進(jìn)度控制中的應(yīng)用

4.1 BIM技術(shù)在進(jìn)度控制上的應(yīng)用

橋梁施工總進(jìn)度控制使用Navisworks軟件，將工程進(jìn)度計劃表和相應(yīng)的成本信息導(dǎo)入模型中進(jìn)行施工模擬，并查看某個施工節(jié)點(diǎn)的空間、時間、成本等方面是否相互干擾，改進(jìn)施工安排，重新配置資源。Navisworks功能強(qiáng)大，可與Revit軟件中的三維信息及進(jìn)度計劃軟件中的四維進(jìn)度信息相對接，實(shí)現(xiàn)三維定義及展示和進(jìn)度信息動態(tài)播放。

使用BIM技術(shù)進(jìn)行進(jìn)度控制的操作流程如下：首先在Navisworks中直接導(dǎo)入Revit軟件中的三維模型。然后根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度安排在Project軟件中制定進(jìn)度計劃，該斜拉橋工程施工進(jìn)度計劃分為十三個階段，第一階段：樁基、承臺施工。第二階段：橋墩施工，張拉7號、8號、10號、11號墩蓋梁第一批預(yù)應(yīng)力筋。第三階段：處理臨時支架的基礎(chǔ)，搭臨時性支架，澆筑索塔混凝土，澆筑含索區(qū)的主梁混凝土。第四階段：混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，拆除側(cè)、內(nèi)模，檢查混凝土外觀質(zhì)量，沒有問題則按如下步驟進(jìn)行施工：張拉橋面板橫向預(yù)應(yīng)力筋→張拉頂板縱向預(yù)應(yīng)力筋→張拉橫梁橫向預(yù)應(yīng)力筋→張拉橫隔梁、腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋→張拉橫隔梁橫向預(yù)應(yīng)力筋→掛索并張拉斜拉索→拆除臨時支架。第五階段：為保證主梁段的合龍，在懸臂兩側(cè)約6.8 m范圍內(nèi)加100 t的配重調(diào)整豎直高度差。第六階段：處理臨時支架的基礎(chǔ)，搭臨時性支架，澆筑主梁邊跨合龍段混凝土。第七階段：混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，拆除側(cè)內(nèi)模，檢查混凝土外觀質(zhì)量(如有問題需查明原因，并進(jìn)行處理)，沒有問題則按如下步驟進(jìn)行施工：張拉橋面板橫向預(yù)應(yīng)力筋→張拉邊跨底縱向預(yù)應(yīng)力筋→張拉腹板豎向預(yù)應(yīng)力筋→張拉邊墩帽梁第二批預(yù)應(yīng)力筋→拆除邊跨臨時支撐。第八階段：臨時支架基礎(chǔ)處理，搭設(shè)支架，澆筑主梁中跨合龍段混凝土。第九階段：混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%后，拆除側(cè)、內(nèi)模，檢查混凝土外觀質(zhì)量(如有問題需查明原因，并進(jìn)行處理)，沒有問題先張拉底板的預(yù)應(yīng)力鋼束再張拉腹板跨中的豎向預(yù)應(yīng)力筋。第十階段：拆除中跨臨時支架。第十一階段：去除配重。第十二階段：1)張拉腹板預(yù)應(yīng)力鋼束；2)張拉8號、10號墩蓋梁第二批預(yù)應(yīng)力筋；3)拆除兩次邊墩塔兩側(cè)臨時支架。第十三階段：進(jìn)行二期恒載布置，包括橋面鋪裝、防撞護(hù)欄等，最后竣工驗(yàn)收并記錄初期參數(shù)。進(jìn)度計劃制定完成后，利用Timeliner模塊，提取Project中的進(jìn)度信息和Navisworks中的三維空間信息，將二者集合生成4D建設(shè)模型，從而完成三維施工過程的模擬以及構(gòu)建屬性的顯示等功能(見圖3)。可通過在Navisworks中刷新數(shù)據(jù)源對相關(guān)聯(lián)的構(gòu)件集進(jìn)行自動修改，節(jié)省人力勞動。當(dāng)整個項(xiàng)目完成后，利用Timeline模塊中的動態(tài)輸出功能，可以將整個項(xiàng)目進(jìn)展過程輸出為動態(tài)視頻的形式，以更直觀的方式展示橋梁工程項(xiàng)目的施工全過程。

4.2 BIM與傳統(tǒng)進(jìn)度計劃表示方式的對比

在傳統(tǒng)的進(jìn)度計劃中，主要采用橫道圖及網(wǎng)絡(luò)計劃圖進(jìn)行表示，BIM技術(shù)進(jìn)度控制與傳統(tǒng)進(jìn)度控制的對比主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

1)高效性。

傳統(tǒng)進(jìn)度控制中邏輯關(guān)系復(fù)雜，計算關(guān)系表達(dá)較抽象。相比之下，BIM技術(shù)在三維環(huán)境下將已建成的BIM模型與各類進(jìn)度信息進(jìn)行全方位的交接，創(chuàng)建出更加完善的4D化施工進(jìn)度計劃，從而使工程進(jìn)度控制更加高效。

2)科學(xué)性。

傳統(tǒng)進(jìn)度控制缺乏科學(xué)性，其在確定大致工程量的基礎(chǔ)上，依據(jù)以往工期得出進(jìn)度信息。而BIM技術(shù)下的進(jìn)度控制可以自動生成項(xiàng)目中任一區(qū)域的精確工程量，結(jié)合工期要求及工程經(jīng)驗(yàn)編制工程進(jìn)度，并在進(jìn)度模擬中查漏補(bǔ)缺，在施工中實(shí)時查看、調(diào)整。

3)可視化。

缺乏可預(yù)見性是傳統(tǒng)進(jìn)度計劃非常薄弱的一點(diǎn)。將BIM技術(shù)運(yùn)用到進(jìn)度控制中，可讓整個工程立體化，并準(zhǔn)確找出次序誤差和沖突，面對突發(fā)性情況快速修正，使工程問題快速準(zhǔn)確解決。

5 結(jié)語

基于BIM技術(shù)的四維設(shè)計可以利用軟件制作建筑模型，并通過軟件將真實(shí)的空間進(jìn)行虛擬展示，設(shè)計人員可以直觀地感受到模型所達(dá)到的效果，以修改或設(shè)計下一步。BIM模型在其基礎(chǔ)上將材料特性和力學(xué)參數(shù)等非幾何信息集成到BIM模型中，并通過軟件的圖形運(yùn)算功能，自動繪制項(xiàng)目的平面圖、剖面圖、立面圖等二維圖紙。BIM技術(shù)生成的平面圖形具有聯(lián)動功能，可以做到實(shí)時更新，提高工作效率和圖紙的準(zhǔn)確性。BIM技術(shù)可為大跨徑斜拉橋提供更為生動形象的施工進(jìn)度控制方法，也可為后期運(yùn)營維護(hù)管理提供便利。