江鵬飛，梁 建

（宏潤建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，上海市 200235）

1 工程概述

象山縣高灣特大橋?qū)儆谑指咚俟沸聵蜻B接線的一部分，其包含一座主線橋及兩條匝道橋。

主線橋長1 683 m，橋面寬26～49 m，基本跨徑35 m，共布設(shè)48跨；采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)重力式橋臺及工字型承臺，墩柱采用微彎型雙柱式橋墩上接蓋梁，梁跨為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，左右分幅設(shè)置。

兩條匝道橋長均為250 m，橋面寬10 m，基本跨徑35 m，各布設(shè)7跨；采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)樁柱式橋臺及矩形承臺，墩柱采用獨(dú)柱花瓶墩，梁跨為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，單幅設(shè)置。

高灣特大橋工程中樁基、承臺、墩柱、蓋梁等結(jié)構(gòu)，均采用了“鋼筋模塊化”施工技術(shù)。各構(gòu)件鋼筋模塊最大尺寸分別為：樁基1.8 m×13 m、蓋梁19.6 m×2.6 m×2.4 m、立柱11.4 m×2 m×2.2 m、承臺9 m×7.5 m×3.5 m。單個鋼筋模塊最大重量約24 t。

2 鋼筋模塊化施工特點(diǎn)

“鋼筋模塊化”施工技術(shù)，是“建筑業(yè)10項新技術(shù)”中“建筑用成型鋼筋制品加工及配運(yùn)技術(shù)”的提升。即先在鋼筋加工廠內(nèi)定尺下料加工，并用定型胎架將分散的鋼筋制作成一個個獨(dú)立成型的構(gòu)件模塊，再逐個運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行組拼安裝，實現(xiàn)“集中化、工廠化、裝配化”的鋼筋施工工藝。

鋼筋模塊生產(chǎn)中，采用了“鋼筋籠滾焊機(jī)、數(shù)控鋼筋加工設(shè)備、定型胎架”等一系列專業(yè)設(shè)備及工藝，保證了“模塊化”的生產(chǎn)需要，并通過吊車、平板車進(jìn)行運(yùn)輸安裝，整個過程機(jī)械化程度高。

“鋼筋模塊化”技術(shù)，相較于傳統(tǒng)現(xiàn)場綁扎工藝，不僅改善了作業(yè)環(huán)境，減輕了勞動強(qiáng)度，降低了安全風(fēng)險；還提高了鋼筋加工的質(zhì)量，縮短了現(xiàn)場施工周期，提高了施工效率；使得施工管理更加集中高效。

但由于橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋布設(shè)較為復(fù)雜，且鋼筋直徑較大，按照以往的鋼筋設(shè)計圖紙直接生產(chǎn)出來的鋼筋模塊，經(jīng)常在其安裝過程中存在“鋼筋碰撞”的現(xiàn)象，見圖1。若在安裝現(xiàn)場再進(jìn)行鋼筋調(diào)整，難度較大且影響作業(yè)效率和施工質(zhì)量。

圖1 鋼筋碰撞示意圖

因此，需要在“鋼筋模塊”生產(chǎn)階段，就對各構(gòu)件之間可能出現(xiàn)“鋼筋碰撞”預(yù)先進(jìn)行處理，以降低現(xiàn)場模塊安裝的難度，從而才能讓“鋼筋模塊化”施工技術(shù)發(fā)揮出“高質(zhì)、高效、安全”的優(yōu)點(diǎn)。

3 三維建模優(yōu)化

高灣特大橋工程“鋼筋模塊化”施工中，就應(yīng)用BIM技術(shù)，先在計算機(jī)上模擬鋼筋模塊的內(nèi)部構(gòu)造以及各模塊之間的空間位置，并進(jìn)行鋼筋碰撞校核，事先發(fā)現(xiàn)鋼筋模塊制作安裝過程中可能存在的問題。

同時通過BIM技術(shù)的三維建模，這種直觀的形式，能更加方便地與監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主等參建各方進(jìn)行溝通討論，有利于鋼筋局部設(shè)計變更的決策和鋼筋定尺加工細(xì)節(jié)的事前控制。

3.1 優(yōu)化調(diào)整思路

三維建模優(yōu)化調(diào)整的主要對象為“各模塊間相互關(guān)聯(lián)鋼筋的位置”，以及“模塊內(nèi)鋼筋的布設(shè)”；調(diào)整的內(nèi)容主要是鋼筋間距，此外還可能涉及個別鋼筋的增減和彎制。

優(yōu)化調(diào)整前可先列出存在關(guān)聯(lián)的鋼筋對象，然后由可調(diào)度最少的構(gòu)件開始，依次根據(jù)相鄰構(gòu)件的鋼筋布置情況，逐個進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

此外，鋼筋優(yōu)化調(diào)整還應(yīng)做到三個“盡量”：（1）盡量控制鋼筋間距基本均勻；（2）盡量保持原設(shè)計的鋼筋數(shù)量；（3）盡量減少對受力主筋的調(diào)整。

3.2 建模優(yōu)化調(diào)整

針對高灣特大橋工程下部結(jié)構(gòu)的鋼筋布設(shè)，鋼筋模塊安裝過程中，需要調(diào)整的交界面及構(gòu)件對象為：樁基主筋與承臺底面鋼筋；承臺頂面鋼筋與墩柱主筋；墩柱主筋與蓋梁骨架、箍筋及預(yù)應(yīng)力束之間。

（1）樁基主筋與承臺底面鋼筋

為了便于樁基鋼筋籠的節(jié)段對接以及滾焊機(jī)的加工，先按原設(shè)計圖確定樁基主筋為均勻等間距布置，再依據(jù)其作為基準(zhǔn)參照，用以調(diào)整承臺的底面鋼筋的布設(shè)。

承臺底面鋼筋調(diào)整情況見表1、圖2。

表1 承臺底面鋼筋調(diào)整匯總表

（2）承臺頂面鋼筋與墩柱主筋

考慮到墩柱主筋下接承臺，上承蓋梁，且承臺頂面鋼筋與底面鋼筋之間無直接對應(yīng)關(guān)系，為了減少調(diào)整量，因此先按原設(shè)計圖確定墩柱主筋為均勻等間距布置，用其作為主要基準(zhǔn)參照(調(diào)整后的承臺底面鋼筋作為次要參照)，用以調(diào)整承臺頂面的鋼筋位置。

圖2 承臺底面鋼筋平面布設(shè)圖(調(diào)整后)

承臺頂面鋼筋調(diào)整情況見表2、圖3。

表2 承臺頂面鋼筋調(diào)整匯總表

圖3 承臺頂面鋼筋平面布設(shè)圖(調(diào)整后)

（3）墩柱主筋與蓋梁鋼筋及預(yù)應(yīng)力束

由于蓋梁設(shè)有成片的骨架鋼筋以及預(yù)應(yīng)力束，因此先按照原設(shè)計圖確定預(yù)應(yīng)力束的位置，再接合考慮墩柱主筋，去調(diào)整蓋梁骨架鋼筋以及其箍筋的位置。

蓋梁鋼筋調(diào)整情況見表3、圖4、圖5。

由于墩柱個別主筋與蓋梁預(yù)應(yīng)力束之間存在位置上的沖突，因此需要對其進(jìn)行截短，調(diào)整情況見圖6。

4 鋼筋模塊制作及安裝

通過BIM技術(shù)三維建模，對鋼筋模塊進(jìn)行優(yōu)化布筋，從理論層面上保證了鋼筋模塊組拼時的匹配性，基本能避免模塊安裝時鋼筋的沖突碰撞。

圖4 蓋梁骨架立面布設(shè)圖（調(diào)整后）

圖5 蓋梁箍筋立面布設(shè)圖(調(diào)整后)

圖6 墩柱主筋與蓋梁預(yù)應(yīng)力束沖突調(diào)整

但要真正實現(xiàn)BIM技術(shù)優(yōu)化布筋的效果，更重要的是通過保證鋼筋制作及安裝的精度。

本工程通過采用專業(yè)的機(jī)具設(shè)備和嚴(yán)格的工藝標(biāo)準(zhǔn)，保證了鋼筋模塊，從加工制作，到吊裝運(yùn)輸，再到安裝到位，全過程的施工精度，基本實現(xiàn)“三維模型”的具象化，達(dá)到優(yōu)化布筋的實際效果。

4.1 鋼筋模塊加工制作

本工程鋼筋模塊在專門的鋼筋加工廠內(nèi)集中制作，通過采用數(shù)控鋼筋彎曲中心和數(shù)控彎弧機(jī)，確保了鋼筋原材下料、彎制的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性，并利用鋼筋籠滾焊機(jī)（適用于圓柱體模塊）和定尺胎架（適用于立方體模塊），滿足了鋼筋布設(shè)、固定的要求，實現(xiàn)了鋼筋模塊的批量化生產(chǎn)，見圖7。

圖7 承臺鋼筋模塊

4.2 鋼筋模塊運(yùn)輸?shù)跹b

為了控制鋼筋模塊從加工廠內(nèi)吊裝運(yùn)輸至安裝現(xiàn)場的過程中的變形，實現(xiàn)“減少彈性變形，不產(chǎn)生塑性變形”的目的，需要根據(jù)鋼筋模塊后期的受力形態(tài)和受力點(diǎn)，進(jìn)行吊點(diǎn)布設(shè)和構(gòu)造強(qiáng)化。

對于承臺、蓋梁等不需要翻轉(zhuǎn)的鋼筋模塊，按構(gòu)造支撐點(diǎn)布設(shè)吊耳，并保證起吊合力作用于模塊重心；對于樁基、墩柱等需要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的鋼筋模塊，除了優(yōu)化吊點(diǎn)外，還通過增設(shè)環(huán)向加強(qiáng)箍，以滿足模塊吊運(yùn)過程中的剛度要求。

同時在運(yùn)輸過程中，保證支點(diǎn)與吊點(diǎn)的對應(yīng)，并通過臨時固定（捆綁、點(diǎn)焊等）、控制運(yùn)輸車速等措施，減少顛簸和振動，降低對鋼筋模塊的影響，見圖8。

4.3 鋼筋模塊安裝定位

為了實現(xiàn)“三維模型”模擬的工況，鋼筋模塊安裝時，需要從樁基開始，依據(jù)不同構(gòu)件的特點(diǎn)進(jìn)行精確的定位和臨時固定，而其中最關(guān)鍵的就是樁基鋼筋籠的定位和固定。

圖8 墩柱鋼筋模塊吊運(yùn)

首先在樁基開鉆前，就應(yīng)做好護(hù)筒的固定，成孔過程中注意垂直度的控制，在最后一節(jié)鋼筋籠下放時，于擱置梁上測放出四個鋼筋籠吊筋的點(diǎn)位后（注意相對轉(zhuǎn)角），再采用直螺紋套筒接頭的吊筋，固定好鋼筋籠。灌樁時控制澆筑速度，并做好鋼筋籠后續(xù)的定位保護(hù)。

保證樁基鋼筋籠定位后，隨后的承臺、墩柱、蓋梁的鋼筋模塊安裝，方可按計劃落位。每個部位的鋼筋籠落位后，均進(jìn)行測量復(fù)合，并采用焊接、纜索、支撐等方式進(jìn)行臨時固定。

此外，本工程承臺、墩柱、蓋梁等構(gòu)件均采用定型鋼模板，除了保證構(gòu)件澆筑外觀質(zhì)量外，還能通過保護(hù)層墊塊，利用鋼模板的自身剛度，起到臨時固定鋼筋籠的作用，見圖9。

圖9 蓋梁鋼筋模塊安裝

5 建議與要點(diǎn)

根據(jù)BIM技術(shù)在高灣特大橋工程“鋼筋模塊化”中的實踐經(jīng)驗，主要?dú)w納出以下幾個建議：

（1）根據(jù)鋼筋模塊制作及安裝的實際情況，其施工精度基本在±5 m m的級別，因此在BIM建模優(yōu)化布筋時，可按1 cm為數(shù)量級進(jìn)行調(diào)整定位。

（2）建模優(yōu)化布筋時，應(yīng)與參建各方進(jìn)行充分的溝通，對于需要進(jìn)行較大調(diào)整的，或調(diào)整難度較大的，可直接通過設(shè)計變更的形式進(jìn)行簡化。

（3）對于優(yōu)化調(diào)整后的布筋情況，應(yīng)進(jìn)行全面地交底，讓質(zhì)檢員、班組長、作業(yè)工人均清楚鋼筋模塊的布筋要求，保證技術(shù)方案的落實。

（4）要實現(xiàn)BIM技術(shù)模擬的效果，最關(guān)鍵的還是實際制作安裝精度的控制，因此要重視“定尺胎架、滾焊機(jī)、數(shù)控機(jī)具”等設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，以及操作人員的技藝水平。

（5）若前一構(gòu)件的鋼筋模塊安裝存在偏差，應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行回調(diào)，下一鋼筋模塊可采用預(yù)留出個別鋼筋不進(jìn)行固定，在安裝過程中再靈活調(diào)整的方式，以保證整體安裝的順利。

6 結(jié)語

高灣特大橋工程采用BIM技術(shù)輔助“鋼筋模塊化”工藝，加工了近10 000 t鋼筋，生產(chǎn)了樁基鋼筋籠1 500節(jié)、承臺鋼筋籠128個、墩柱鋼筋籠128個、蓋梁鋼筋籠48個。橋梁結(jié)構(gòu)施工基本順利，工程質(zhì)量良好。

“建筑工業(yè)化”是我國建筑業(yè)的發(fā)展方向，今后將它通過“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理和智能應(yīng)用”的方式，改變傳統(tǒng)建筑業(yè)的生產(chǎn)方式。

“建筑用成型鋼筋制品加工及配運(yùn)技術(shù)”以及“鋼筋模塊化”作為體現(xiàn)“建筑工業(yè)化”的一方面，也將成為今后的發(fā)展趨勢。本工程通過靈活利用BIM技術(shù)，優(yōu)化布筋，保證的施工現(xiàn)場鋼筋模塊安裝的便利性，真正地發(fā)揮“鋼筋模塊化”的優(yōu)點(diǎn)，為工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度，提供了有力的保障。