王安東 張學(xué)鋼 趙樂剛 章 韻

(1.陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，渭南 714000； 2.中鐵一局集團(tuán)第二工程有限公司,唐山 063004)

引言

隨著國內(nèi)建筑信息化滲透率提升和行業(yè)自身不斷革新的雙重驅(qū)動(dòng)力影響，國內(nèi)建筑信息化行業(yè)發(fā)展空間十分廣闊，基于最先進(jìn)的三維數(shù)字設(shè)計(jì)和工程軟件所構(gòu)建的“可視化”的BIM建筑信息模型，為設(shè)計(jì)公司、施工單位乃至最終用戶等各環(huán)節(jié)人員提供“模擬和分析”的科學(xué)協(xié)作平臺(tái)，幫助他們利用三維數(shù)字模型對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營管理，最終使整個(gè)工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)、施工和使用等各個(gè)階段都能夠有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源、節(jié)約成本、降低污染和提高效率。BIM模型的核心不是模型本身(幾何信息、可視化信息)，而是存放在其中的專業(yè)信息，雖然BIM正向設(shè)計(jì)作為BIM應(yīng)用的信息源頭[1]，但是又受限于技術(shù)的發(fā)展和設(shè)計(jì)人員掌握BIM的程度等因素[2]，正向BIM設(shè)計(jì)還很難完全指導(dǎo)施工，往往需要施工單位進(jìn)行深化才能指導(dǎo)現(xiàn)場具體施工。

1 工程概況

牡佳客專由中鐵一局集團(tuán)第二工程有限公司承建，其中跨哈同高速公路特大橋DK349+920.15結(jié)構(gòu)形式為43-32m簡支箱梁+4-24m簡支箱梁+1-128m簡支拱，跨哈同高速公路特大橋的20號(hào)墩～21號(hào)墩采用1-128m簡支拱上跨哈同高速公路，起訖里程為DK349+740.10～DK349+871.30，全長131.2m。本文以128m簡支拱橋BIM三維模型深化為切入點(diǎn)，基于設(shè)計(jì)模型使用Catia軟件進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，在施工過程中應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行圖紙審查、三維技術(shù)交底和空間坐標(biāo)復(fù)核等。

2 建模設(shè)計(jì)軟件與深化思路

2.1 Catia軟件的優(yōu)勢

目前市場上常用于橋梁BIM建模軟件有Autodesk、Bentley、Catia、ArchiCAD、Gery Technology Dassauit系列軟件。其中，Catia軟件自身擁有強(qiáng)大的曲線、曲面和空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜形體和大規(guī)模建筑的建模能力、表現(xiàn)能力和信息管理能力方面都比傳統(tǒng)軟件更有優(yōu)勢，更加直觀、詳盡地反映橋梁所處的地質(zhì)地形及其空間幾何構(gòu)造、內(nèi)部細(xì)致構(gòu)造等，所以被越來越多的人用于橋梁設(shè)計(jì)階段的三維建模。

2.2 Catia 軟件深化設(shè)計(jì)思路

首先，根據(jù)《牡佳鐵路站前專業(yè)施工階段BIM深化設(shè)計(jì)應(yīng)用樣板計(jì)劃及相關(guān)工作要求》，在原有128m簡支拱橋設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)圖紙對(duì)128m簡支拱橋的樣板模型進(jìn)行分解、分析，做到準(zhǔn)確、細(xì)致、真實(shí)地反映橋梁結(jié)構(gòu)。對(duì)系梁、預(yù)應(yīng)力管道、鋼筋、拱腳、貝雷梁、鋼支撐、拱圈、吊桿、K撐等三維信息模型分析研究，根據(jù)分析樣板文件對(duì)需要深化部分進(jìn)行修改深化，以便于深化后指導(dǎo)施工一線落地實(shí)施應(yīng)用，為后續(xù)項(xiàng)目信息化管理提供數(shù)據(jù)保障。

3 三維模型深化設(shè)計(jì)的實(shí)施

3.1 樣板模型文件審查

深化設(shè)計(jì)之前需要仔細(xì)審讀樣板模型文件，結(jié)合施工圖紙理解，復(fù)核模型中的混凝土結(jié)構(gòu)幾何尺寸、鋼筋數(shù)量、拱圈、鋼支撐、預(yù)應(yīng)力鋼束布置以及普通鋼筋布置信息[3]，確定需要進(jìn)行深化的部分，可使整個(gè)二維圖紙審查變得更為直觀、精確，建模的過程，同時(shí)也是一次全面的“三維校審”過程，見圖1所示。

圖1 128m簡支拱橋模型

3.2 拱腳深化設(shè)計(jì)

作為128m簡支拱橋的重點(diǎn)部位，拱腳包含拱腳處鋼筋加工及綁扎順序以及預(yù)埋管安裝中定位等(見圖2)，設(shè)計(jì)要求N3、N4、N13與鋼管管壁相交處截?cái)嗪附犹幚?，但是樣板文件未做處理[4]，這樣對(duì)于施工鋼筋下料不能起到作用。N3d與預(yù)埋管相交，按設(shè)計(jì)要求需要在相交處斷開焊接[5]，樣板文件提供的均值，無法用于加工，為便于施工，將其加工成兩段L型鋼筋，見圖3-4所示。

圖2 拱腳整體模型

圖3 深化設(shè)計(jì)前 圖4 深化設(shè)計(jì)后

3.3 拱肋深化設(shè)計(jì)

拱肋采用鋼管卷制而成，廠內(nèi)集中加工制成，由直線管節(jié)焊接拼裝成8-10m長度，運(yùn)到現(xiàn)場后在支架上組拼成型。鋼管拱主拱肋分13個(gè)節(jié)段制造，左右各6個(gè)節(jié)段對(duì)稱加工，中間設(shè)合龍管節(jié)。且吊桿深入拱肋，碰撞較多[6]，極不方便施工安裝。例如：拱肋深化設(shè)計(jì)之前吊桿預(yù)埋管與拱肋加強(qiáng)板N4、N5碰撞(見圖5)，通過優(yōu)化將加強(qiáng)板沿拱肋軸線向大里程偏移18cm(見圖6)，精確地計(jì)算偏移間距[7]，并且方便施工。

圖5 拱肋深化設(shè)計(jì)前

圖6 拱肋深化設(shè)計(jì)后

4 深化設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.1 模型放樣提高測量放樣精度

128m簡支拱橋施工放樣精度要求高，異性構(gòu)件多，測量難度大，Catia軟件建立模型后具體提取任意角度，任意剖面，任意點(diǎn)位的坐標(biāo)(見圖7)，從而快速準(zhǔn)確的復(fù)核設(shè)計(jì)坐標(biāo)[8]，進(jìn)而提高施工放樣精度。

圖7 拱腳測量數(shù)據(jù)模型

4.2 三維技術(shù)交底提高施工效率

基于BIM技術(shù)的施工項(xiàng)目三維技術(shù)交底，可通過三維真實(shí)再現(xiàn)施工過程，將每個(gè)施工細(xì)節(jié)通過三維軟件展現(xiàn)出來，讓現(xiàn)場施工技術(shù)交底工作變得更加直觀[9]，可從各個(gè)角度動(dòng)態(tài)觀察其構(gòu)造細(xì)節(jié)[10]，使工程施工變得更加簡單，還能更加有效地將施工技術(shù)通過三維模型傳遞給施工人員[11]，理解工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)者的初衷[12]，極大地提高了項(xiàng)目技術(shù)交底的效率和質(zhì)量。

圖8 錨塊鋼筋種類交底

4.3 施工模擬指導(dǎo)現(xiàn)場施工

施工模擬即通過直觀的三維模型動(dòng)畫，輔助工期進(jìn)度節(jié)點(diǎn)來模擬指導(dǎo)復(fù)雜的施工過程。首先運(yùn)用Catia建立模型，然后通過BIM技術(shù)提前進(jìn)行三維施工預(yù)演，進(jìn)行施工前的三維模擬，可以提前了解施工現(xiàn)場情況，科學(xué)進(jìn)行場地布置(見圖9)，對(duì)施工的工序、進(jìn)程[13]以及施工時(shí)的環(huán)境進(jìn)行真實(shí)模擬與分析，為施工方提供數(shù)據(jù)報(bào)告，讓施工人員能夠更清楚、更透徹地掌握施工流程，減少了施工質(zhì)量問題、安全問題，減少了返工和整改的次數(shù)，提高了施工效率，降低了管理成本[14]。

圖9 施工進(jìn)度模擬

5 總結(jié)

基于Catia的設(shè)計(jì)樣板模型深化設(shè)計(jì)應(yīng)用研究，不僅通過3D模擬技術(shù)、三維碰撞檢查等實(shí)現(xiàn)了精確化設(shè)計(jì)，還有效地指導(dǎo)施工現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)施，保證項(xiàng)目高效快速地施工[15]，減少施工過程中因返工造成的材料和勞動(dòng)力浪費(fèi)，對(duì)縮短工期、降低工程造價(jià)產(chǎn)生了積極的影響。并且證實(shí)了BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)后，應(yīng)用于施工一線可為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，具有較好的應(yīng)用及推廣價(jià)值。