張東青，高生偉，原凱

（中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001）

1 項目背景

1.1 BIM技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀

智能建造是工程建造領(lǐng)域的發(fā)展方向，是新形勢下鐵路工程建設(shè)發(fā)展的必然趨勢［1］。近年來，BIM技術(shù)在我國處于蓬勃發(fā)展態(tài)勢。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部先后于2011年和2016年頒布《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》［2］和《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》［3］，通過政策引導(dǎo)，在我國建筑行業(yè)中推廣發(fā)展建筑信息化建設(shè)。現(xiàn)階段BIM技術(shù)應(yīng)用重點為設(shè)計和施工，并逐步向全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同、全生命周期實施邁進［4］。

目前，我國己有部分學(xué)者及企業(yè)對BIM在橋梁工程中的應(yīng)用開展研究，針對不同的橋型和施工方法提出一些應(yīng)用框架及應(yīng)用方案，如建立4D施工資源信息模型［5］、提出基于BIM的橋梁工程設(shè)計和施工優(yōu)化方案［6］、探索BIM技術(shù)在橋梁全生命周期的管理［7］、研究可視化施工技術(shù)在變截面橋中的應(yīng)用［8］、總結(jié)橋梁可視化施工應(yīng)用方法［9］、實現(xiàn)橋梁施工過程由3D-BIM到5D-BIM的跨越［10］、完善BIM技術(shù)在拱橋施工中研究［11］等。

1.2 項目概況

新建太原—焦作鐵路工程1-128 m下承式雙線簡支拱橋，設(shè)計樁基56根，承臺、墩身各2個，梁全長131 m，計算跨度為128 m，梁端采用實心矩形截面，寬19.3 m，高2.5 m，兩端實心段各長8 m，普通段采用單箱3室截面，寬18.5 m，高2.5 m，吊點處設(shè)橫梁，橫梁厚40～60 cm。主梁采用分段現(xiàn)澆法施工，將其劃分為1個A段和2個B段，共3個現(xiàn)澆段，由中間向兩端對稱施工，拱腳與節(jié)段B一次澆筑成型。拱肋在橫橋向內(nèi)傾8°呈提籃式，共13節(jié)段。設(shè)計采用1-128 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁與鋼管混凝土拱組合結(jié)構(gòu)體系跨越，鋼管直徑1.2 m，鋼板厚20 mm，每根拱肋的2鋼管之間用厚20 mm腹板連接，每隔一段距離，在圓形鋼管內(nèi)設(shè)加勁箍，在2腹板中焊接拉桿，拱管內(nèi)灌注C55自密實補償收縮混凝土。拱肋之間設(shè)1道“一”字撐和6道K撐，“一”字撐由外徑1.4 m的圓形鋼管組成，斜撐由外徑0.9 m的圓形鋼管組成，鋼管內(nèi)均不填充混凝土。吊桿布置采用尼爾森體系，吊桿間距8 m，全橋共設(shè)28對吊桿。施工方法采用先梁后拱、支架現(xiàn)澆法施工。1-128 m下承式雙線簡支拱橋模型見圖1。

1.3 項目難點

（1）簡支拱跨越太榆路主干道，支架搭設(shè)施工是工程的難點，因主梁跨徑全部在主干道正上方，需要在主干道上設(shè)置條基，交通壓力較大。

（2）梁體線形要求較高，且鋼管混凝土系桿拱體系轉(zhuǎn)換多、收縮徐變等線形控制較為復(fù)雜，所以確保成橋線形是本工程的難點。

（3）橋梁設(shè)計為下承式簡支拱，要求拱肋的加工精度高，拱腳固定精度要求高，鋼管拱吊裝及混凝土頂升施工等是工程施工的重、難點。

（4）簡支拱橋前期受地下天然氣管線遷改影響，工期壓力大。

基于上述項目背景，決定采用基于BIM深化應(yīng)用的高鐵簡支拱施工技術(shù)，以提升128 m簡支拱施工管理水平。

2 BIM技術(shù)在高鐵簡支拱施工中的深化應(yīng)用

2.1 碰撞檢測

根據(jù)128 m簡支拱設(shè)計鋼筋1 100 t、預(yù)應(yīng)力鋼絞線217 t、鋼材633 t、混凝土1 183 m3，針對系梁鋼筋、鋼絞線、波紋管數(shù)量多且空間排布復(fù)雜，拱肋和吊桿吊裝高度大等特點，提前采用BIM模型進行碰撞檢測，模擬各種材料安放的先后順序，并提前與設(shè)計院溝通，采取優(yōu)化措施，加快施工進度，避免現(xiàn)場出現(xiàn)窩工現(xiàn)象，有效保證了工程質(zhì)量和進度。鋼筋、波紋管現(xiàn)場安裝見圖2，BIM模型碰撞檢測見圖3。

圖2 鋼筋、波紋管現(xiàn)場安裝

圖3 BIM模型碰撞檢測

2.2 系梁支架和交通導(dǎo)行方案優(yōu)化

系梁支架是簡支拱施工的重要環(huán)節(jié)，針對太榆路交通量大的特點，為保證交通安全，采用BIM技術(shù)對簡支拱支架體系：鋼管柱+貝雷片支撐結(jié)構(gòu)、腳手架+門洞支撐結(jié)構(gòu)分別進行建模，從對道路交通的影響程度、施工工期、安全性、經(jīng)濟性、施工難易度、斜置跨越太榆路與直接平行線路布設(shè)（見圖4）等方面進行對比分析，最終確定采用鋼管柱+貝雷片斜置跨越太榆路支撐結(jié)構(gòu)方案（見圖5），確保在滿足施工條件的情況下，最大限度減少對道路交通的影響。

圖4 支架體系建模對比

圖5 鋼管柱+貝雷片斜置跨越結(jié)構(gòu)

在系梁支架方案確定后，為解決人行天橋?qū)喼Ч皹蚨帐┕さ挠绊?，最大程度協(xié)調(diào)施工區(qū)域與人行天橋的相互干擾，借助BIM技術(shù)合理規(guī)劃施工區(qū)域，最終將人行天橋全部拆除優(yōu)化為僅拆除人行天橋部分步梯的施工方案，減少了拆除和后期的恢復(fù)量，為加快進度創(chuàng)造了條件。人行天橋規(guī)劃模型見圖6，簡支拱與人行天橋位置關(guān)系見圖7。

2.3 系梁混凝土快速施工

簡支拱系梁高度為3.0 m，且截面為單箱3室，箱體數(shù)量大，共45個箱體，而且隔板薄，內(nèi)徑尺寸窄，作業(yè)面小，為保證施工質(zhì)量和節(jié)點工期，對施組和工序銜接進行了優(yōu)化，采取3段系梁施工平行微階梯交叉作業(yè)相結(jié)合的措施，減少了分段間隔施工。拱橋A段混凝土澆筑見圖8，拱橋B1段混凝土澆筑見圖9。

圖6 人行天橋規(guī)劃模型

圖7 簡支拱與人行天橋位置關(guān)系

圖8 拱橋A段混凝土澆筑

為能及時提供鋼筋施工作業(yè)，采取將內(nèi)模提前整體加工吊裝和現(xiàn)場拼裝相結(jié)合的方案（見圖10、圖11），保證了內(nèi)模的快速安裝。

為保證拱腳固定精度，在確保拱腳支架穩(wěn)固精準(zhǔn)、安全的情況下，優(yōu)化了拱腳安裝支架體系，在減少支架結(jié)構(gòu)件的同時，將支架提前加工、整體快速精準(zhǔn)吊裝就位（見圖12、圖13），不僅為拱腳部位的鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道施工創(chuàng)造更大作業(yè)空間，而且大大縮短了拱腳安裝時間。

圖9 拱橋B1段混凝土澆筑

圖10 內(nèi)模整體吊裝

圖11 內(nèi)?，F(xiàn)場拼裝

圖12 拱腳安裝優(yōu)化模擬

圖13 拱腳安裝就位

2.4 精確測量

針對簡支拱施工放樣精度要求高、異形構(gòu)件相對較多、測量難度較大的特點，通過BIM模型建立簡支拱拱肋三維坐標(biāo)體系，精確定位每節(jié)拱肋各個斷面處的精確坐標(biāo)，快速確定吊桿下錨箱、拱肋支架處的坐標(biāo)（見圖14、圖15），保證了施工放樣精準(zhǔn)度，提高了測量工效，為錨箱精確安裝和拱肋精準(zhǔn)快速吊裝就位奠定了基礎(chǔ)。

2.5 拱肋快速拼裝施工

針對榆太路交通量大的特點，在拱肋支架和拱肋吊裝及拼裝施工中，采用BIM技術(shù)對拱肋支架、節(jié)段存放位置、吊車擺放位置、吊臂工作范圍等進行提前模擬，對拱肋的安裝進行可視化交底，實現(xiàn)工序之間的快速銜接，提高了拱肋安裝工效（見圖16、圖17）。

圖14 拱肋三維模型

圖15 拱肋斷面坐標(biāo)提取

圖16 拱肋快速拼裝模擬

圖17 吊車模擬擺放就位

2.6 吊桿精確下料和快速安裝

簡支拱吊桿布置采用尼爾森體系，吊桿間距8 m，全橋共設(shè)28對（56套）。2交叉吊桿之間的橫向中心距為341 mm。在拱肋安裝合龍后，對拱肋成型線形進行測量，并按照測量結(jié)果，建立實際拱肋模型，按照精確計算出的每根吊桿長度和坐標(biāo)進行加工，確保吊桿精確加工和精準(zhǔn)的快速安裝（見圖18、圖19）。

圖18 吊桿精確加工

圖19 吊桿精確安裝

2.7 鐵路工程管理平臺應(yīng)用

為充分發(fā)揮和挖掘鐵路工程管理平臺的效能，及時了解橋梁的施工進度、施工狀態(tài)和特殊結(jié)構(gòu)進度預(yù)警等情況，方便現(xiàn)場施工管理，確保簡支拱按計劃在規(guī)定日期順利完工，通過應(yīng)用橋梁形象化模塊中實際施工與計劃進度對比，提前發(fā)現(xiàn)施工中存在的滯后問題，及時調(diào)整資源配置，以確保施工按照計劃推進（見圖20、圖21）。

圖20 簡支拱橋信息化

圖21 簡支拱橋進度預(yù)警

3 結(jié)束語

將BIM建模、三維可視化施工模擬、模型坐標(biāo)提取等技術(shù)深化應(yīng)用于高鐵簡支拱施工的各重要階段，有效解決了施工場地布局亂、系梁施工支架及交通導(dǎo)行方案落后、測量放樣精度低、拱肋安裝速度慢等難題，并能夠從全過程統(tǒng)籌考慮，避免因工序交接問題造成施工效率低下，可滿足現(xiàn)場架梁節(jié)點施工工期要求，為全線順利通車提供保障。