黃光輝 謝濤 宋帥

摘 要：橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)向著大跨徑、大體積和更加復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)發(fā)展，現(xiàn)基于二維圖紙的橋梁施工已經(jīng)難以滿(mǎn)足項(xiàng)目建設(shè)的需求。本文借助BIM軟件，以建設(shè)項(xiàng)目為主體，將建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)周邊地形地貌、施工設(shè)施等施工組織集成到BIM軟件中，形成完整的三維模擬圖，使得整個(gè)項(xiàng)目模型化和參數(shù)化。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行碰撞檢查、重難點(diǎn)施工方案模擬、工程量快速統(tǒng)計(jì)、信息交互以及完整的4D施工模擬等，有效地指導(dǎo)了現(xiàn)場(chǎng)施工，提供高效有序的施工管理和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;BIM技術(shù);施工模擬;懸索橋

中圖分類(lèi)號(hào)：TU445.4? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0155-03

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人類(lèi)生活需求的不斷提升以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，大跨徑、特大型橋梁工程項(xiàng)目越來(lái)越多，這對(duì)橋梁設(shè)計(jì)與施工提出了更高的要求。橋梁工程項(xiàng)目的建設(shè)不僅涉及到復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)、龐大的體積以及數(shù)不勝數(shù)的預(yù)埋件[1]，而且還受地形地貌、水文條件和交通疏導(dǎo)等因素的制約?，F(xiàn)基于二維圖紙的橋梁建設(shè)，在施工過(guò)程中對(duì)時(shí)間和空間環(huán)境因素的把握和溝通效率帶來(lái)很大的阻礙，使項(xiàng)目不斷停工或重復(fù)返工導(dǎo)致工期拖延。基于BIM技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用研究將為現(xiàn)有的施工管理模式開(kāi)辟一條新的途徑，以橋梁為主體，將現(xiàn)場(chǎng)周邊地形地貌、施工設(shè)施等施工組織集成到BIM軟件中，形成完整的三維數(shù)字模型，使設(shè)計(jì)人員和施工人員能直觀(guān)地去分析怎么組織更合理以及該如何優(yōu)化等問(wèn)題，提前預(yù)測(cè)問(wèn)題的產(chǎn)生和預(yù)防[2]。在項(xiàng)目建設(shè)的全過(guò)程中，利用BIM技術(shù)可以將整個(gè)項(xiàng)目呈現(xiàn)于一個(gè)統(tǒng)一的項(xiàng)目管理平臺(tái)上，在這個(gè)平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行施工各項(xiàng)數(shù)據(jù)的時(shí)刻監(jiān)測(cè)和及時(shí)調(diào)用，使得整個(gè)橋梁建設(shè)項(xiàng)目得到嚴(yán)格有序和科學(xué)的進(jìn)行，管理人員能及時(shí)地了解施工進(jìn)度情況并實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同工作[3]。從而提高施工的安全性、合理性和高效性。

1基于BIM技術(shù)的施工管理

如圖1所示，利用BIM技術(shù)構(gòu)建建設(shè)項(xiàng)目的三維參數(shù)化模型，使整個(gè)橋梁施工更直觀(guān)、形象地展示在施工管理項(xiàng)目部，方便管理人員能對(duì)施工過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)科學(xué)且精確的把握，對(duì)重難點(diǎn)施工方案實(shí)現(xiàn)仿真模擬以及工程量快速統(tǒng)計(jì)等[4]，從而對(duì)整個(gè)施工過(guò)程胸有成竹。

2 橋梁核心模型建立

2.1 工程概況

某橋采用三跨自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)，雙塔雙索面布置，跨徑組合為44+96+44=184m，橋型布置圖如圖2所示。主塔采用燈塔造型，跨中主纜矢跨比為1/5.5，加勁梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。

2.2 主橋模型建立

如圖3、圖4所示分別為三維模型的立面圖和平面圖。某橋主梁采用的是單箱三室，該箱梁的特征在于腹板、頂板、底板的厚度以及左右翼緣板寬沿橋梁縱向都發(fā)生了變化，東側(cè)加寬部分設(shè)有多道加肋板。橋梁結(jié)構(gòu)中包含大量的橫、縱復(fù)雜曲線(xiàn)，常規(guī)的建模方法難度大，大量的數(shù)據(jù)輸入造成工程量增加，通過(guò)Autodesk Revit軟件的參數(shù)化建模則大大簡(jiǎn)化了建模工作，依據(jù)復(fù)用性高低將橋梁整體結(jié)構(gòu)劃分為標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和特殊構(gòu)件，精確建立變截面箱梁族。為簡(jiǎn)化模型并向?qū)嶋H施工靠攏，變截面箱梁的拋物線(xiàn)漸變方式均改為“以直代曲”的方式進(jìn)行過(guò)渡[5]。對(duì)于復(fù)雜的曲線(xiàn)模型結(jié)構(gòu)，基于指定放樣截面形體和路徑的方式來(lái)建立模型結(jié)構(gòu)。

在A(yíng)utodesk Revit軟件中自帶有放置鋼筋的工具，可以對(duì)房屋建筑工程中各種常規(guī)構(gòu)件進(jìn)行配筋，比如梁和柱中鋼筋的放置。但是對(duì)于橋梁工程來(lái)講，構(gòu)件大多屬于不規(guī)則構(gòu)件，難以進(jìn)行常規(guī)鋼筋配置。本座橋梁主塔頂部均為曲線(xiàn)線(xiàn)形，主梁截面為單箱三室箱形結(jié)構(gòu)，鋼筋結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜，線(xiàn)形不宜控制，所以先建立鋼筋族，然后再放置到項(xiàng)目中。圖5所示為主梁鋼筋模型。

3 BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用

3.1基于BIM技術(shù)的某橋模型碰撞檢查

模型在建立后為確保尺寸結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，可以利用BIM相關(guān)軟件進(jìn)行配合操作進(jìn)行驗(yàn)證。本文采用Autodesk Navisworks進(jìn)行模型的碰撞檢查。首先需要在A(yíng)utodesk Revit中利用體量建模的配合，建出某橋三維數(shù)值模型并以nwc格式的文件導(dǎo)入Navisworks Manage中，如圖6所示。利用其碰撞檢測(cè)功能，檢測(cè)三維模型是否存在碰撞點(diǎn)或不合理的地方，如圖7為碰撞檢查結(jié)果，針對(duì)有問(wèn)題部位做調(diào)整或修改等，對(duì)圖紙進(jìn)行深化和完善提，從而提高設(shè)計(jì)圖紙的質(zhì)量。

碰撞檢測(cè)也可用于鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋以及預(yù)埋管道等深埋件的碰撞檢查，故前期充分利用碰撞檢查，使設(shè)計(jì)人員在一個(gè)三維空間上對(duì)橋梁構(gòu)件的設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行一個(gè)初步核實(shí)[6]，盡量減少前期設(shè)計(jì)尺寸不足或過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，不把問(wèn)題帶到實(shí)際的施工中。

3.2 基于BIM的某橋施工模擬

施工模擬是一個(gè)必需的過(guò)程，通過(guò)施工全過(guò)程模擬以及可視化的預(yù)演練，從而檢查設(shè)備和工程設(shè)施在空間位置的合理性和工藝實(shí)施的可行性，提前獲取項(xiàng)目施工過(guò)程中關(guān)鍵性施工過(guò)程的重要注意事項(xiàng)和必要的措施使用。此外使用Autodesk Navisworks對(duì)主橋進(jìn)行的施工模擬，充分利用Autodesk Navisworks中動(dòng)畫(huà)制作的功能的配合，可在最大程度上得到清晰可見(jiàn)的施工模擬視頻，使得施工人員可以直觀(guān)、生動(dòng)地了解自己施工工序的全過(guò)程、關(guān)鍵性施工和危險(xiǎn)問(wèn)題注意，同時(shí)還能提供項(xiàng)目管理人員和技術(shù)人員集中討論和交流的依據(jù)，有利于關(guān)鍵技術(shù)的交底把握工作，大大提高了施工效率[7]。

如圖8所示，本文對(duì)主橋部分進(jìn)行了全橋的施工模擬以及重要節(jié)段處的局部模擬。橋塔的施工既是施工較難的部分，也是最為重要的結(jié)構(gòu)部位，它作為整個(gè)主橋的承力點(diǎn)，保證其質(zhì)量顯得非常重要。另一方面，橋塔的施工進(jìn)度也影響著全橋的施工，快速準(zhǔn)確地進(jìn)行主塔的施工成為整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵點(diǎn)。利用BIM模擬技術(shù)，可以最大程度上使這些問(wèn)題得到解決以及可視化的監(jiān)督，在可見(jiàn)范圍內(nèi)進(jìn)一步確保施工的質(zhì)量。

3.3 基于BIM技術(shù)的某橋施工進(jìn)度模擬

結(jié)合導(dǎo)入到Autodesk Navisworks中的模型，實(shí)現(xiàn)3D模型數(shù)據(jù)與時(shí)間信息的整合，即可實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的模擬。

如圖9所示，利用Navisworks中Timeline模塊工具，選擇直接在A(yíng)utodesk Navisworks軟件中手動(dòng)輸入橋梁構(gòu)件的施工進(jìn)度表，依次為各子添加構(gòu)件施工的開(kāi)始時(shí)間、完成時(shí)間以及構(gòu)件種類(lèi)，賦予3D模型進(jìn)度數(shù)值信息，將處于不同狀態(tài)的構(gòu)件設(shè)置不同的顯示顏色以及添加代碼顯示第幾周、第幾天、當(dāng)前工作的完成量和正在建設(shè)的構(gòu)件等信息，即完成該橋的4D進(jìn)度模型。最終的施工進(jìn)度信息以視頻動(dòng)畫(huà)的形式展示，施工管理人員可以從中準(zhǔn)確、直觀(guān)地了解到不同的時(shí)間段內(nèi)的正在施工的構(gòu)件、全過(guò)程以及所耗時(shí)長(zhǎng)，最低可將工作時(shí)間精確到小時(shí)，實(shí)現(xiàn)超精細(xì)化的進(jìn)度信息管理，有利于管理人員對(duì)施工進(jìn)度和施工節(jié)點(diǎn)的嚴(yán)格管理以及資源的合理分調(diào)配[8]。其次，在計(jì)劃實(shí)施階段，在維護(hù)目標(biāo)計(jì)劃，更新進(jìn)度信息的同時(shí)，需要不斷的跟蹤項(xiàng)目進(jìn)展，對(duì)比計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度，及時(shí)對(duì)施工進(jìn)度暫緩或落后等問(wèn)題采取相應(yīng)的控制措施，并預(yù)防潛在問(wèn)題。

3.4 基于BIM技術(shù)的某橋工程量快速統(tǒng)計(jì)

使用Autodesk Revit軟件對(duì)工程對(duì)象建立BIM三維模型的過(guò)程中，提前為每個(gè)構(gòu)件建立構(gòu)建屬性項(xiàng)，再依據(jù)實(shí)際施工的設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)施工的具體情況將每個(gè)構(gòu)件的實(shí)際屬性進(jìn)行信息錄入。依據(jù)實(shí)際情況錄入的信息也可在后期進(jìn)行修改，通過(guò)錄入的屬性信息可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢(xún)到每個(gè)構(gòu)件幾何尺寸、材料性能、澆注/安裝、幾何空間位置信息等，既便于施工管理，也可利于后期運(yùn)營(yíng)管理。通過(guò)Autodesk Revit軟件自帶的明細(xì)表功能，建立、篩選構(gòu)件屬性信息，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工程各類(lèi)構(gòu)件的分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，完成工程量的精準(zhǔn)計(jì)算[9]。

4 結(jié)論

本文基于BIM技術(shù)在懸索橋施工過(guò)程的三維模型模擬研究，得出以下結(jié)論：

（1）BIM技術(shù)是時(shí)代發(fā)展和科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，將BIM技術(shù)運(yùn)用于橋梁施工過(guò)程就是不同領(lǐng)域結(jié)合的表現(xiàn)，也是橋梁建設(shè)可視化與精確化的必然需求。

（2）利用Autodesk Navisworks軟件進(jìn)行了施工模擬，使施工流程和施工工序更加明朗，也有利于施工方案的優(yōu)化。

（3）Autodesk Revit實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的工程量統(tǒng)計(jì)和可查詢(xún)功能，也將會(huì)給施工帶來(lái)高效率、高精度、低成本等效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳竟翔，曾明根，孫麗明. BIM 技術(shù)在大型復(fù)雜橋梁施工方案優(yōu)化中的應(yīng)用探索——以范蠡大橋項(xiàng)目為例[J].結(jié)構(gòu)工程師，33（2）：186-193.

[2]焦鳳芹.基于BIM技術(shù)的信息化監(jiān)理方法探討[J].智能城市，5（04）：75-76.

[3]許強(qiáng)強(qiáng)，韓春華，盧玉韜. BIM 技術(shù)在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用與探索[J].公路，2018（1）：232-236.

[4]林光明. BIM 技術(shù)在快速公路跨河橋施工管理中的應(yīng)用研究[J].公路工程，2018，43（05）：185-190+208.

[5]龍騰. 基于BIM的變截面橋體可視化施工技術(shù)應(yīng)用研究[D]. 武漢科技大學(xué)， 2015.

[6]謝松林， 王起才， 王云天，等. BIM技術(shù)在拱橋施工階段的應(yīng)用初探[J]. 公路， 2017， 062（011）：79-83.

[7]方宇， 李莉. 基于BIM的城市大型橋梁安全管理系統(tǒng)架構(gòu)[J]. 中國(guó)科技信息， 2015（24）：95-97.

[8]錢(qián)楓.橋梁工程BIM技術(shù)應(yīng)用研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015，v.59;No.648（12）：54-56.

[9]馬少雄，李昌寧，徐宏，etal. 基于BIM技術(shù)的大跨度橋梁施工管理平臺(tái)研發(fā)及應(yīng)用[J].圖學(xué)學(xué)報(bào)，2017（03）：145-152.