林 屹

（中鐵二十二局集團(tuán)有限公司 北京 100040）

1 前言

近年來，黑龍江地區(qū)開始興建城市間的鐵路客運(yùn)專線，極大滿足了居民的出行活動(dòng)需求，對(duì)于提升人民生活質(zhì)量、解決區(qū)域發(fā)展不平衡帶來了明顯聯(lián)動(dòng)效益。但受限于黑龍江嚴(yán)寒地區(qū)有效工期短的難題，施工建設(shè)者不斷地努力尋求解決辦法，從拌和站的暖棚料倉到混凝土養(yǎng)護(hù)暖棚，增強(qiáng)混凝土冬施期間質(zhì)量，最大限度減小溫度過低對(duì)施工質(zhì)量和工期的影響。

在我國政府的大力倡導(dǎo)下，BIM技術(shù)正如火如荼地應(yīng)用于工程建設(shè)中，由于連續(xù)梁施工的重要性和復(fù)雜性，在施工過程中創(chuàng)建連續(xù)梁BIM模型，通過可視化仿真進(jìn)行虛擬施工、沖突檢測和3D技術(shù)交底，提高生產(chǎn)效率并減少各方爭端，為現(xiàn)場施工提供技術(shù)支撐[1]。

本文以新建牡佳鐵路客運(yùn)專線跨佳富鐵路1號(hào)特大橋連續(xù)梁施工為依托，通過總結(jié)嚴(yán)寒地區(qū)連續(xù)梁施工過程及關(guān)鍵工序，并對(duì)BIM技術(shù)運(yùn)用成果展開論述，為后續(xù)相似項(xiàng)目施工積累經(jīng)驗(yàn)[2]。

2 工程概況

新建牡佳鐵路客運(yùn)專線由黑龍江省牡丹江站至佳木斯站，線路全長371.62 km[3]。跨佳富鐵路1號(hào)特大橋連續(xù)梁位于黑龍江省雙鴨山市豐樂鎮(zhèn)，中心里程為DK359+938.9，連續(xù)梁孔跨布置為（40+64+40）m?；A(chǔ)采用16根φ1.5 m樁基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為14.6 m×14.6 m×3.5 m；墩身采用8.5 m高圓端形50∶1變截面實(shí)體橋墩；上部梁體長145.2 m，跨中截面梁高2.89 m、邊跨梁高7.6 m，梁底為圓弧線形，梁體為單箱單室、變截面預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，采用懸臂澆筑法施工。

該橋位于中國黑龍江省佳木斯市，北緯48°28′，年平均氣溫3℃[4]。冬長夏短，無霜期140 d左右。11月和3月最高氣溫1℃，最低氣溫-11℃；12月、1月和2月最高氣溫-13℃，最低氣溫-23℃。屬于典型的嚴(yán)寒地區(qū)，冬季漫長且寒冷，施工時(shí)面臨雪害凍害、工期緊張、條件惡劣等問題，為了解決本工程的施工質(zhì)量和工期緊張等難題，需在冬期開展施工并做好相應(yīng)準(zhǔn)備。

3 冬施準(zhǔn)備

3.1 冬施時(shí)間

根據(jù)高速鐵路橋涵驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)氣溫連續(xù)3 d低于5℃或最低氣溫低于0℃時(shí)進(jìn)入冬季施工。根據(jù)施工所在地氣候特點(diǎn)，冬期施工時(shí)間一般為當(dāng)年10月15日至第二年3月15日。

3.2 物資準(zhǔn)備

按現(xiàn)場冬期施工進(jìn)度，必須將冬施所需要的相關(guān)物資材料準(zhǔn)備就緒[5]。

（1）提前購買物品包括鋼管、棉被、阻燃保溫板、塑料薄膜、取暖用煤等物資，所有物資進(jìn)場時(shí)需檢查材料的質(zhì)量合格證并經(jīng)試驗(yàn)員檢驗(yàn)合格方可進(jìn)場。

（2）進(jìn)入冬季施工前，試驗(yàn)人員需提前根據(jù)本工程所需要的混凝土標(biāo)高及適應(yīng)環(huán)境配置冬季施工混凝土，確保施工的混凝土的穩(wěn)定性。

3.3 機(jī)械準(zhǔn)備

冬季施工前需要提前經(jīng)所需使用的機(jī)械進(jìn)行全面檢查，并需要更換防凍型低溫燃料、機(jī)油、防凍液等油料，施工車輛需要更換雪地胎、防滑鏈等防滑措施，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)前需提前預(yù)熱，避免造成管路斷裂。

（1）供熱采暖鍋爐進(jìn)行檢驗(yàn)和壓力試驗(yàn)，保證使用安全。現(xiàn)場保溫所需蒸汽發(fā)生器、熱風(fēng)幕按設(shè)計(jì)數(shù)量準(zhǔn)備就緒。

（2）蒸汽鍋爐、蒸汽發(fā)生器、熱風(fēng)幕要由專人操控，專人管理，確保設(shè)備使用安全，以防發(fā)生安全、消防事故。

4 冬施措施

4.1 拌和站設(shè)施保溫

拌和站保溫范圍主要包括:砂石料倉、配料機(jī)、攪拌主機(jī)、輸送帶、外加劑、攪拌用水等，熱源采用1～4 t蒸汽鍋爐。

4.1.1 砂石料倉

砂石料倉保溫采用搭設(shè)暖棚，地面和圍墻鋪設(shè)蒸汽管道進(jìn)行環(huán)境加熱保溫，保證砂石料為松散狀態(tài)，料倉的溫度保證在5℃以上。暖棚采用鋼結(jié)構(gòu)桁架焊接形成框架結(jié)構(gòu)房屋，屋頂和側(cè)墻用厚度為100 mm阻燃保溫彩鋼板，屋面隔5 m設(shè)一道透明采光板。暖棚必須保證嚴(yán)密，并委托具有設(shè)計(jì)、加工、安裝資質(zhì)的單位完成，充分考慮抗大風(fēng)、大雪的要求。砂石料倉地?zé)岷团镌斠妶D1、圖2。

圖1 料倉地?zé)嵩O(shè)施

圖2 料倉暖棚

4.1.2 輸送帶、配料機(jī)、攪拌樓

為保證混凝土生產(chǎn)環(huán)境溫度在嚴(yán)寒惡劣天氣符合要求，將配料機(jī)、輸送帶和攪拌樓保溫進(jìn)行整體設(shè)計(jì)規(guī)劃為一體暖棚，配料機(jī)設(shè)置16組暖氣片，以保證配料機(jī)和輸送帶正常工作。攪拌樓設(shè)置8組暖氣片，外墻采用厚100 mm阻燃保溫板全封閉，保證攪拌樓內(nèi)溫度控制在10～15℃。

4.1.3 燃煤鍋爐和熱水池

根據(jù)供熱面積和施工產(chǎn)能配備燃煤鍋爐，鍋爐房設(shè)置于配料機(jī)和攪拌樓的最近位置，盡量減少暖氣管道的敷設(shè)長度，鍋爐每年必須在當(dāng)?shù)靥貦z所進(jìn)行強(qiáng)制檢定。冬季采用熱水拌制混凝土，對(duì)熱水溫度有嚴(yán)格要求，水池為磚混結(jié)構(gòu)，防滲漏處理，冷熱水池各40 m3，上口遮蓋嚴(yán)密，保證熱水池溫度能達(dá)到50～60℃。

4.2 混凝土拌制

為保證混凝土的入模溫度不低于10℃，應(yīng)通過熱工計(jì)算和實(shí)際試拌結(jié)果來確定各種組成材料的加熱溫度[6]。

混凝土攪拌用水溫度不得超過60℃，混凝土生產(chǎn)前，需預(yù)熱拌和機(jī)組使其內(nèi)部溫度不低于3℃，投料順序?yàn)橄韧度氪止橇?、?xì)骨料、加熱水后放入粉料，拌和均勻后再投入水泥和外加劑，拌和時(shí)間大于180 s，并根據(jù)環(huán)境溫度變化隨時(shí)調(diào)整混凝土出機(jī)溫度，確?；炷恋竭_(dá)施工現(xiàn)場溫度控制在15℃為宜[7]。

4.3 鋼筋加工

冬季施工期間為了防止鋼筋溫度過低，在焊接時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量問題，在鋼筋加工時(shí)需在棚內(nèi)加工，并增設(shè)一定的升溫措施，保證棚內(nèi)溫度在0℃以上，并在棚頂安裝排風(fēng)機(jī)，將焊接作業(yè)產(chǎn)生的煙霧排除。

（1）從事焊接作業(yè)的人員需獲得相關(guān)部門頒發(fā)特種作業(yè)人員證書及通過項(xiàng)目部安全教育考核后上崗。

（2）鋼筋原材料堆放及成品、半成品堆碼時(shí)需利用方木墊高15 cm并保持鋼筋清潔。

（3）焊接作業(yè)時(shí)施工環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)，宜采用多層控溫施焊工藝，可根據(jù)現(xiàn)場情況增加焊機(jī)電流，減慢焊接進(jìn)度，既要防止接頭過熱，也要控制冷卻速度。鋼筋焊接作業(yè)時(shí)，鋼筋加工棚內(nèi)溫度不得低于-20℃。

（4）鋼筋焊接頭要按照規(guī)范要求對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行查驗(yàn)，包含外觀檢查和拉伸、抗剪、彎曲試驗(yàn)，每300個(gè)焊接為一個(gè)批次，每個(gè)批次取3個(gè)焊接鋼筋做試驗(yàn)，如出現(xiàn)不合格現(xiàn)象進(jìn)行雙倍取樣[8]。

4.4 混凝土灌注及養(yǎng)護(hù)

冬季現(xiàn)澆混凝土施工不允許在降雪天氣進(jìn)行，必須安排在每天10:00～17:00。在模板外側(cè)按照蒸汽管道，外邊使用100 mm阻燃保溫板進(jìn)行保溫，頂板設(shè)置移動(dòng)暖棚架，開設(shè)澆筑天窗，以防大“揭蓋”降低澆筑環(huán)境溫度。使用0.5 t無壓力鍋爐供應(yīng)蒸汽，或者電蒸汽發(fā)生器供應(yīng)蒸汽?；炷恋竭_(dá)施工現(xiàn)場前，需提前對(duì)暖棚進(jìn)行預(yù)熱，使得模板、鋼筋溫度控制在2℃以上。連續(xù)梁暖棚詳見圖3、圖4。

圖3 連續(xù)梁保溫墻

圖4 連續(xù)梁移動(dòng)暖棚頂

4.5 冬季施工測溫

在進(jìn)入冬季施工前，由項(xiàng)目部試驗(yàn)室主任負(fù)責(zé)對(duì)所有試驗(yàn)人員進(jìn)行培訓(xùn)，主要內(nèi)容為測量環(huán)境溫度和混凝土芯部溫度，并對(duì)測溫工作進(jìn)行統(tǒng)一安排，設(shè)置專職測溫人員確保測溫?cái)?shù)據(jù)真實(shí)可靠。

（1）專職測溫人員每天至少3次對(duì)環(huán)境氣溫的測量。

（2）測溫時(shí)必須詳細(xì)記錄所測溫度及測量時(shí)間，每天由資料員整理歸檔。工程部負(fù)責(zé)及時(shí)掌握天氣變化情況，并根據(jù)氣溫變化情況啟動(dòng)預(yù)先制定的控制預(yù)案。

（3）為準(zhǔn)確掌握混凝土溫度的變化，連續(xù)梁施工時(shí)，在每個(gè)梁段左右側(cè)腹板位置各預(yù)埋測溫線2根，其中1根埋設(shè)在預(yù)應(yīng)力管道旁、1根深埋入混凝土，分別量測預(yù)應(yīng)力管道溫度、混凝土芯部溫度，并采取保護(hù)措施，防止破壞。

（4）在混凝土養(yǎng)護(hù)過程中，混凝土芯部溫度采用測溫片進(jìn)行測量，且溫度控制在60℃以內(nèi)[9]，并確?；炷列静颗c外表、外表與環(huán)境的溫差在15℃以內(nèi)[10]。

5 BIM技術(shù)應(yīng)用

5.1 創(chuàng)建模型

新建牡佳鐵路客運(yùn)專線跨佳富鐵路1號(hào)特大橋連續(xù)梁采用Dassault CATIA軟件建立BIM模型，該軟件具有操作界面清晰、建模效率高、交互性能好、適用于復(fù)雜性部位的建模等優(yōu)點(diǎn)[11]。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場施工組織，對(duì)連續(xù)梁進(jìn)行快速、準(zhǔn)確建模，為施工階段的0號(hào)塊鋼筋綁扎、支座防脫空等施工控制手段進(jìn)行指導(dǎo)。

靠線路側(cè)采用直徑1.5 m、間距0.15 m、孔深12 m的混凝土防護(hù)樁，鋼筋直徑20 mm，防護(hù)樁頂部設(shè)置長30 m混凝土冠梁連接，其上設(shè)有2.2 m防護(hù)立柱；深基坑設(shè)置長9 m的Ⅳ型拉森鋼板樁，三面防護(hù)，并設(shè)置兩層圍囹進(jìn)行加固，建模結(jié)果表明加固圍囹不影響后續(xù)混凝土承臺(tái)施工。

0號(hào)段梁體采用鋼管支架作為澆筑模板支撐，其余號(hào)段梁體采用掛籃懸臂澆筑方案，并在梁體與主墩固接處設(shè)有臨時(shí)支撐，用于平衡掛籃機(jī)具所產(chǎn)生的施工荷載，如圖5、圖6所示。

圖5 邊墩直線段梁體

圖6 0～8號(hào)段梁體

5.2 BIM施工可視化

由Dassault CATIA軟件建立連續(xù)梁精細(xì)化模型后，根據(jù)現(xiàn)場施工組織及進(jìn)度要求對(duì)施工全過程進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)跟蹤，由數(shù)字化虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)連續(xù)梁施工可視化仿真，對(duì)關(guān)鍵監(jiān)控指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，為實(shí)際施工提供參考[12]。針對(duì)0號(hào)塊、臨時(shí)固結(jié)、掛籃安裝、合龍段等關(guān)鍵作業(yè)進(jìn)行3D交底，并及時(shí)、高效地服務(wù)于施工現(xiàn)場，如圖7、圖8所示。

圖7 連續(xù)梁0號(hào)段及掛籃施工3D交底

圖8 合龍段施工3D交底

6 結(jié)束語

本文以新建牡佳客專跨佳富鐵路1號(hào)特大橋連續(xù)梁施工為背景，針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)有效工期短、氣溫低、質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，利用BIM技術(shù)控制連續(xù)梁冬期施工質(zhì)量，通過分析嚴(yán)寒地區(qū)連續(xù)梁冬季施工采用暖棚法有效保證了混凝土施工質(zhì)量及張拉壓漿作業(yè)環(huán)境，滿足施工規(guī)范要求。通過采用BIM模型設(shè)計(jì)軟件建立精細(xì)化模型，實(shí)現(xiàn)施工過程可視化仿真，達(dá)到3D交底的目的，減少施工錯(cuò)誤和返工情況。