彭志新

(中鐵十九局集團第一工程有限公司 遼寧遼陽 111000)

1 引言

BIM 最初由建筑行業(yè)提出，后逐漸拓展到整個工程領(lǐng)域。 BIM 技術(shù)基于三維數(shù)字技術(shù)，可以全面管理和協(xié)調(diào)建筑物結(jié)構(gòu)的整個生命周期，并以數(shù)字化方式承載和直觀地表達建筑物的物理特征的功能特征。

近年來，信息技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展迅速，BIM 技術(shù)已在許多建設(shè)項目中得到應(yīng)用，這也表明BIM 技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已進入相對成熟的階段。 可以預(yù)見，BIM 在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用必將帶動BIM 技術(shù)在其他行業(yè)的快速發(fā)展[1-2]。

目前，BIM 技術(shù)在中國鐵路中的應(yīng)用還處于起步階段。 橋梁工程的管理水平和施工技術(shù)水平?jīng)Q定了整個項目的利益，也決定了企業(yè)的發(fā)展和市場競爭力。 BIM 技術(shù)作為信息技術(shù)快速發(fā)展的一項重大成就，它為施工企業(yè)的科學(xué)化管理和精細化管理提供了一種新的方法，已成為企業(yè)發(fā)揮競爭優(yōu)勢的有效途徑[3]。 本文以京雄城際鐵路固安特大橋工程為背景，探討了BIM 技術(shù)在轉(zhuǎn)體連續(xù)橋施工階段的應(yīng)用。

2 工程概況

京雄城際鐵路工程是國家重點建設(shè)項目，這是連接北京市區(qū)、北京新機場和雄安新區(qū)的重要鐵路運輸線，是描繪雄安新區(qū)“千年大計”宏偉藍圖和京津冀協(xié)同發(fā)展的重要組成部分。 京雄城際鐵路固安特大橋設(shè)計采用一聯(lián)(72 ＋128 ＋72)m 轉(zhuǎn)體連續(xù)梁，是本項目的控制性工程之一，該橋跨越廊涿高速公路，與廊涿高速公路交角39.5°，該連續(xù)梁采用邊跨合龍后的不平衡轉(zhuǎn)體梁＋地面滑道梁配合鋼管混凝土臨時支墩轉(zhuǎn)體，在27＃和28＃主墩墩頂設(shè)置轉(zhuǎn)動球鉸，在26＃和29＃邊墩側(cè)設(shè)置牽引滑道系統(tǒng)，梁體在廊涿高速公路兩側(cè)旁位支架現(xiàn)澆，橋梁轉(zhuǎn)體長度為135.85 m，轉(zhuǎn)體重量分別為8 400 t，通過牽引設(shè)置在邊支點和下滑道梁之間的滑道體系，使梁體繞中支點球鉸轉(zhuǎn)動39.5°實現(xiàn)合龍。

3 BIM 實施策劃

該(72 ＋128 ＋72)m 轉(zhuǎn)體連續(xù)梁是國內(nèi)350 km高速鐵路第一次采用“邊跨合龍后的不平衡轉(zhuǎn)體梁＋地面滑道梁配合鋼管混凝土臨時支墩轉(zhuǎn)體”形式的連續(xù)梁，臨近既有高速公路，具有較高的技術(shù)含量、較大的施工風(fēng)險、工期緊等特點，因此在具體的施工中非常復(fù)雜，也非常困難，項目部決定從技術(shù)方面和管理方面擴展BIM 技術(shù)應(yīng)用[4]：

(1)技術(shù)層面。 按照施工工序、施工方法等深化BIM 模型，并應(yīng)用BIM 技術(shù)的三維可視化功能解決預(yù)應(yīng)力管道的三維空間定位、復(fù)雜構(gòu)件鋼筋的三維可視化指導(dǎo)、鋼筋的碰撞檢測、現(xiàn)場布置等問題及虛擬仿真施工技術(shù)交底，提高施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，減少施工階段錯誤和返工。

(2)管理層面。 為了深入探索、挖掘BIM 在鐵路施工中的應(yīng)用價值，選擇該轉(zhuǎn)體連續(xù)梁工點開展BIM 應(yīng)用，使用BIM 技術(shù)實現(xiàn)鐵路橋梁工程集約和精細化的施工管理方法。 建立以BIM 平臺為核心，以BIM 模型為載體，利用BIM 系統(tǒng)的直觀形象、可計算分析、全生命周期管理等特點，將施工過程中進度、成本、材料、安全、質(zhì)量和工藝等信息，幫助管理人員進行有效的決策和精細管理，確保諸如施工計劃、進度、材料、安全、質(zhì)量等管理要素是可管的和可控的，從而提升工作效率、質(zhì)量，縮短工期[5-8]。

4 BIM 技術(shù)在施工階段的應(yīng)用

4.1 精細化模型

因為支架結(jié)構(gòu)包含大量的各種構(gòu)件，因此當(dāng)各個構(gòu)件在相交叉時，經(jīng)常有互相沖突的情況發(fā)生，隨著支架搭設(shè)，如果出現(xiàn)位置沖突情況發(fā)生，更改糾錯將會十分麻煩，從而嚴(yán)重影響施工效率。 轉(zhuǎn)體橋支架施工前通過BIM 技術(shù)建立三維精細化模型(見圖1)。 在模型中還原各種構(gòu)件的尺寸和位置，找到各構(gòu)件之間相互交叉沖突的位置并以表格和視圖的形式記錄下來，然后提出優(yōu)化建議，從而可以在搭設(shè)支架前消除隱患，并提高現(xiàn)場施工效率，以確保施工過程順利進行。

4.2 可視化技術(shù)交底

球鉸是轉(zhuǎn)體的核心部件，因此對施工安裝的精度要求很高，在施工過程中，安裝球鉸頂面任意兩點誤差不大于1 mm，中心縱向和橫向誤差不大于1 mm。為了滿足球鉸施工安裝的精度要求，在施工前，先利用BIM 技術(shù)建立精細化的球鉸構(gòu)件模型(見圖2)，然后對現(xiàn)場施工人員進行可視化的技術(shù)交底，更加簡單、直接、易于理解地指導(dǎo)球鉸的安裝施工，保證了球鉸的安裝質(zhì)量[9]。

圖1 支架精細化模型

圖2 球鉸三維可視化模型

4.3 0＃段鋼筋優(yōu)化及碰撞檢查

該轉(zhuǎn)體連續(xù)梁0＃段具有節(jié)段長、高度高、鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋縱橫交錯以及操作空間小，尤其支座上方鋼筋密集分布，混凝土流動及振搗非常困難，容易造成支座附近混凝土不密實，甚至容易產(chǎn)生露筋、空洞、蜂窩麻面等質(zhì)量通病，也會嚴(yán)重影響連續(xù)梁的質(zhì)量。 本項目決定運用BIM 的新理念、新技術(shù)、新方法來研究連續(xù)梁0＃段施工，創(chuàng)建三維模型，使用BIM 模型的三維可視化功能，鋼筋優(yōu)化(見圖3)、預(yù)應(yīng)力管道三維布置(見圖4)及0＃段振搗方案(見圖5)。 同時根據(jù)優(yōu)化、碰撞檢查的成果，進行三維可視化技術(shù)交底，以使作業(yè)人員了解施工作業(yè)要點，提高工作效率、減少返工，并預(yù)防安全風(fēng)險[10]。

圖3 鋼筋優(yōu)化

圖4 預(yù)應(yīng)力鋼束三維空間定位

4.4 施工過程管理應(yīng)用

4.4.1 進度管理

在傳統(tǒng)進度管理中，難以制定計劃，無法掌握進度節(jié)點，無法及時發(fā)現(xiàn)滯后工作，經(jīng)常跑工地、開會和打電話，耗時耗力。 施工前，通過BIM 施工管理平臺，根據(jù)年、季度、月、周對工程進度預(yù)先計劃，分析進度計劃安排合理性，明確各階段進度目標(biāo)。在施工過程中，實時監(jiān)控工程的進度，并通過模型的顏色反映不同進度狀態(tài)(見圖6)，如正常完工、延遲完工等多種狀態(tài)，并全方位、多角度顯示工程進度，輔助進度管理。 使用偏差分析功能可以將計劃時間與實際時間進行比較和分析，找出滯后工程對工期的影響，找出產(chǎn)生偏差的原因，并調(diào)整計劃。

圖5 0＃段振搗方案

圖6 三維形象進度管理

4.4.2 安全質(zhì)量管理

在BIM 施工管理平臺中對轉(zhuǎn)體梁支架進行監(jiān)測，使用該平臺建立BIM 模型與設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，并形成用于安全和質(zhì)量管理的信息數(shù)據(jù)庫。 通過點擊模型構(gòu)件，可以在平臺上清晰地追蹤所涉及的原材料、質(zhì)量檢驗信息、施工過程，充分實現(xiàn)了安全質(zhì)量信息的可追溯性，并對工程施工過程中的安全風(fēng)險進行管理，包括風(fēng)險查詢、預(yù)警、短信提醒和應(yīng)對措施等，有效提高了工程精細化管理水平。

4.4.3 BIM 和GIS 融合

BIM 和GIS 的集成應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了多層次的施工管理，該管理結(jié)合了基于GIS 的全線宏管理，基于BIM 的標(biāo)段管理以及路橋精細管理(見圖7)。

4.4.4 成本管理

基于工程系統(tǒng)分解，結(jié)合進度數(shù)據(jù)，根據(jù)清單價、勞務(wù)價、成本價等，按照預(yù)設(shè)計算公式計算某施工階段、限定里程范圍、各分部分項工程的成本，智能估算成本和產(chǎn)值，為成本控制、驗工計價等提供參考(見圖8)。

圖7 BIM 與GIS 集成

圖8 成本分析

5 結(jié)束語

近年來，信息技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展十分迅速， BIM 技術(shù)已在建筑項目中廣泛使用。 由于BIM 技術(shù)已被納入國家科技攻關(guān)計劃，越來越多的建設(shè)方和地方政府的業(yè)務(wù)需求推動了BIM 的應(yīng)用政策，BIM 技術(shù)在建筑行業(yè)領(lǐng)域的探索、推廣和應(yīng)用將呈現(xiàn)不可阻擋的趨勢。 但是，BIM 技術(shù)的應(yīng)用是一個長期的連續(xù)實踐過程，在鐵路行業(yè)仍然需要深入的研究和思考。 BIM 技術(shù)在頂層規(guī)劃設(shè)計應(yīng)用更為重要，隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施投資的不斷增加，BIM 技術(shù)在高速鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，“BIM ＋”在企業(yè)中的作用日益明顯[11-12]。

通過將該BIM 技術(shù)應(yīng)用于京雄城際鐵路四標(biāo)轉(zhuǎn)體橋，消除了設(shè)計圖紙和施工中隱患，使用BIM技術(shù)進行施工過程中的關(guān)鍵工序模擬和可行性驗證，以總結(jié)、改進和優(yōu)化施工組織方案、優(yōu)化資源配置、闡明施工質(zhì)量控制的要點，將研究成果直接應(yīng)用于工程實踐，避免了返工引起的人員、材料、設(shè)備的浪費，大大提高了項目的施工質(zhì)量和安全管理水平，培養(yǎng)和鍛煉了一批管理人員和BIM 技術(shù)的專業(yè)隊伍，公司的精細化管理水平得到了極大的提高。在BIM 技術(shù)的成功應(yīng)用下，實現(xiàn)了國內(nèi)高鐵的首次采用“下滑道牽引墩頂不平衡轉(zhuǎn)體”連續(xù)梁的轉(zhuǎn)體成功，為公司樹立了良好的形象，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。