張少朋

（中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300308）

近年來，隨著BIM技術(shù)基本理論和應(yīng)用實(shí)踐的大力推廣，BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)及施工中的應(yīng)用已越來越廣泛[1-2]。利用BIM技術(shù)，建立連續(xù)梁三維孿生數(shù)字可視化模型，實(shí)現(xiàn)基于BIM的從設(shè)計(jì)到施工的全過程參與。在BIM模型基礎(chǔ)上開展連續(xù)梁設(shè)計(jì)優(yōu)化及施工深化研究，更好地指導(dǎo)大跨度連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體現(xiàn)場施工。

1 工程概況

某新建鐵路采用（72+128+72）m連續(xù)梁跨越既有高速公路，公路既有路面寬度27 m，規(guī)劃路面寬50 m，公路與鐵路交叉角度為45°19' ，立交要求為（50.0×5.5）m（凈寬×凈高）。連續(xù)梁主墩墩高10 m，采用雙線圓端型實(shí)體墩，承臺采用雙層結(jié)構(gòu)，承臺尺寸（22.6×14.6×3.5）m，加臺尺寸（17.6×10.5×2.0）m。

連續(xù)梁在高速公路兩側(cè)旁位支架現(xiàn)澆施工，采用墩頂平轉(zhuǎn)法同時(shí)逆時(shí)針轉(zhuǎn)體39°30' 后，完成梁體合龍施工。中墩設(shè)置轉(zhuǎn)體球絞，其中上球絞設(shè)置在連續(xù)梁底部，下球絞設(shè)置在墩頂。在邊墩側(cè)設(shè)置臨時(shí)墩、滑道梁等。主墩施工完成后沿轉(zhuǎn)體前梁位搭設(shè)支架，對稱澆筑梁體以及施工邊跨現(xiàn)澆段，待梁體邊跨合龍后，解除主墩墩頂鎖定設(shè)施，利用千斤頂拖拉或頂推設(shè)置在邊支點(diǎn)梁底和滑道梁之間的滑塊，使梁體繞中支點(diǎn)處球絞并沿滑道梁轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)計(jì)梁位，然后取出傳動(dòng)銷軸。通過邊墩、中墩起頂及糾偏裝置完成上球絞以及支座安裝等工序后就位替換銷軸，最后合龍中跨完成梁體施工。鐵路連續(xù)梁三維圖見圖1。

圖1 鐵路連續(xù)梁三維圖

2 基于BIM的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

利用Tekla軟件建立連續(xù)梁主體結(jié)構(gòu)（包括預(yù)應(yīng)力鋼束、鋼筋及預(yù)埋件等）、橋墩結(jié)構(gòu)、承臺結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)體貝雷梁支架及基礎(chǔ)、滑道及拖拉系統(tǒng)以及球絞精細(xì)化模型。通過建立連續(xù)梁全橋模型，BIM模型所見即所得。在既有鋼筋圖的基礎(chǔ)上，通過BIM軟件提供的三維可視化空間，在設(shè)計(jì)階段可進(jìn)行三維碰撞檢測，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)精確計(jì)算工程數(shù)量及二維設(shè)計(jì)出圖，顯著提高連續(xù)梁設(shè)計(jì)質(zhì)量。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)整體BIM模型見圖2。

2.1 碰撞檢測

通過碰撞檢測對轉(zhuǎn)體連續(xù)梁的施工圖進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)階段“差、錯(cuò)、漏、碰”。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中二維布置不能直觀地將普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、預(yù)應(yīng)力鋼筋、預(yù)埋件等體現(xiàn)出來，導(dǎo)致在施工過程中出現(xiàn)彼此之間的碰撞與干擾?；贐IM技術(shù)的碰撞檢測，從三維可視化的角度，可以在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)問題，避免施工過程中的怠工與返工現(xiàn)象，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束與梗腋鋼筋干擾見圖3，邊墩防落梁與縱向預(yù)應(yīng)力鋼束干擾見圖4。

圖2 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)整體BIM模型

圖3 縱向預(yù)應(yīng)力鋼束與梗腋鋼筋干擾

圖4 邊墩防落梁與縱向預(yù)應(yīng)力鋼束干擾（順橋向）

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過建立梁體鋼筋、支座加強(qiáng)鋼筋、墩頂轉(zhuǎn)體加強(qiáng)鋼筋、支座預(yù)埋件及轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)預(yù)埋件三維BIM模型，優(yōu)化結(jié)構(gòu)鋼筋布置。確定設(shè)計(jì)優(yōu)化措施，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快工程施工進(jìn)度。優(yōu)化前、后鋼筋布置BIM模型見圖5、圖6，優(yōu)化后現(xiàn)場鋼筋布置見圖7。

（1）支座加強(qiáng)鋼筋與墩頂轉(zhuǎn)體加強(qiáng)鋼筋功能重合，取消支座加強(qiáng)鋼筋。

（2）調(diào)整梁底部加強(qiáng)鋼筋樣式為放射形布置，避免與梁底部預(yù)埋板螺栓干擾。

（3）調(diào)整梁底加強(qiáng)鋼筋間距與梁底鋼筋間距一致，有利于現(xiàn)場混凝土澆筑。

2.3 算量與二維設(shè)計(jì)出圖

建立連續(xù)梁整體模型，通過開發(fā)基于BIM模型的鋼筋圖繪制和數(shù)量統(tǒng)計(jì)軟件，快速得到構(gòu)件的混凝土數(shù)量和二維設(shè)計(jì)圖紙，省去人工制圖的繁瑣，只要有整體結(jié)構(gòu)的BIM模型，就可隨時(shí)生成想要的施工圖，同時(shí)正確率也大大提高[3]。三維模型發(fā)生改變后，二維圖紙也可隨之調(diào)整。連續(xù)梁混凝土數(shù)量見圖8，連續(xù)梁普通鋼筋出圖見圖9。

圖5 優(yōu)化前鋼筋布置BIM模型

圖6 優(yōu)化后鋼筋布置BIM模型

圖7 優(yōu)化后現(xiàn)場鋼筋布置

圖8 連續(xù)梁混凝土數(shù)量

圖9 連續(xù)梁普通鋼筋出圖（未顯示標(biāo)注）

3 基于BIM的施工深化應(yīng)用

設(shè)計(jì)單位在完成BIM相關(guān)模型基礎(chǔ)上，以通用格式IFC形式交付施工單位，施工單位進(jìn)一步對BIM模型進(jìn)行施工深化研究。

3.1 施工方案比選

轉(zhuǎn)體連續(xù)梁0#號塊采用支架現(xiàn)澆，支架采用鋼管柱+貝雷梁支架體系，從下至上由鋼管柱、砂箱、I45a頂橫梁、貝雷梁、I18分配梁、方木、模板等組成。

應(yīng)用BIM技術(shù)開展施工方案比選，精算支架貝雷梁等材料的工程量，三維虛擬推演施工過程，優(yōu)化材料周轉(zhuǎn)方案，4D動(dòng)態(tài)控制施工進(jìn)度，確保站場施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[4-5]。通過建立0#支架及橋墩模型，可以提前確認(rèn)相關(guān)構(gòu)件關(guān)系，輔助確定承臺上鋼管柱位置及橋墩預(yù)埋件位置。墩身旁鋼管布置見圖10。

圖10 墩身旁鋼管布置

3.2 球絞精細(xì)化設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)動(dòng)球絞是轉(zhuǎn)體橋核心構(gòu)件，球絞安裝精度要求轉(zhuǎn)動(dòng)中心與設(shè)計(jì)誤差順橋向±1 mm，橫橋向±1.5 mm，球面任意兩點(diǎn)相對高差不大于1 mm。為了使施工作業(yè)人員明確施工流程、保證施工精度，建立上下球鉸、轉(zhuǎn)體銷軸、撐腳、滑道等精細(xì)化模型，對球絞安裝進(jìn)行施工動(dòng)態(tài)模擬，保證施工質(zhì)量和進(jìn)度[6-7]。轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)布置見圖11，球絞BIM精細(xì)化模型見圖12。

3.3 可視化技術(shù)交底

利用施工圖紙+可視化模型技術(shù)、BIM模型與支架設(shè)備結(jié)合，以3D實(shí)體模型對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，施工管理人員和作業(yè)人員深刻領(lǐng)悟設(shè)計(jì)意圖，掌握施工方法，從而避免因理解錯(cuò)誤造成返工，提高工程交底效率[8-10]。連續(xù)梁加靴處貝雷梁布置見圖13。

3.4 0#塊下料孔設(shè)計(jì)

圖11 轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)布置

圖12 球絞BIM精細(xì)化模型

圖13 連續(xù)梁加靴處貝雷梁布置

根據(jù)原中國鐵路總公司工程管理中心《關(guān)于推廣應(yīng)用懸臂澆筑連續(xù)梁相關(guān)施工工藝的指導(dǎo)意見》（工管橋隧函〔2017〕142號），為了進(jìn)一步提升鐵路懸臂澆筑連續(xù)梁施工工藝和施工質(zhì)量管理水平，要求施工單位利用BIM技術(shù)建模，優(yōu)化鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道間距，形成由梁面直達(dá)底板的豎向振搗通道，必要時(shí)輔以側(cè)模開孔振搗等振搗工藝，保證混凝土振搗密實(shí)[11]。

施工現(xiàn)場開展基于BIM模型的混凝土下料孔、振搗孔布設(shè)研究，全面解決了連續(xù)梁0#塊施工病害多、質(zhì)量難以控制的系統(tǒng)性難題。

為了滿足0#塊下料管布置，采取如下措施：

（1）調(diào)整0#塊橫向預(yù)應(yīng)力束、豎向預(yù)應(yīng)力筋及縱向鋼筋布置，保證現(xiàn)場能夠形成梁頂自上而下的下料孔通道；

（2）在進(jìn)行梁體鋼筋綁扎之前，按照設(shè)計(jì)單位確定的下料管位置預(yù)埋PVC下料管；

（3）現(xiàn)場自動(dòng)調(diào)整橫隔板橫向鋼筋的間距，保證橫隔板橫向鋼筋、梁底加強(qiáng)鋼筋與梁體鋼筋一致。

下料孔串通布置見圖14，下料孔BIM模型見圖15。

圖14 下料孔串通布置

圖15 下料孔BIM模型

3.5 預(yù)應(yīng)力鋼束空間定位

預(yù)應(yīng)力鋼束多為空間三維曲線布置，在連續(xù)梁模型中建立預(yù)應(yīng)力鋼束空間定位坐標(biāo)，施工單位在BIM模型中直接點(diǎn)取相關(guān)坐標(biāo)，指導(dǎo)現(xiàn)場鋼束布置。預(yù)應(yīng)力鋼束空間定位見圖16。

圖16 預(yù)應(yīng)力鋼束空間定位

4 結(jié)束語

以鐵路大跨度連續(xù)梁跨越既有公路項(xiàng)目為依托，應(yīng)用BIM技術(shù)對連續(xù)梁轉(zhuǎn)體開展BIM優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工深化研究。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括碰撞檢測、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化及算量與二維設(shè)計(jì)出圖。施工深化研究主要包括施工方案比選、球絞精細(xì)化設(shè)計(jì)、可視化技術(shù)交底、0#塊下料孔設(shè)計(jì)及預(yù)應(yīng)力鋼束空間定位。

施工單位直接在設(shè)計(jì)單位提供的BIM模型基礎(chǔ)上進(jìn)行BIM深化研究，實(shí)現(xiàn)基于BIM的從設(shè)計(jì)到施工的全過程參與。通過施工現(xiàn)場反饋，基于BIM的大跨度連續(xù)梁墩頂轉(zhuǎn)體優(yōu)化設(shè)計(jì)及施工深化，顯著提高了施工現(xiàn)場的整體進(jìn)度，進(jìn)一步保證了現(xiàn)場施工質(zhì)量，可為類似建設(shè)項(xiàng)目提供參考。