段濤 張亞峰 梁奇 白昌杰 周聲宇

1. 中鐵時(shí)代建筑設(shè)計(jì)院有限公司 安徽 蕪湖 241000；2. 中國(guó)鐵建大橋工程局集團(tuán)有限公司 天津 300300

1 工程概況

福廈客專(zhuān)安海灣特大橋跨越安海灣航道，主橋采用（40+135+300+135+40）m雙塔雙索面結(jié)合梁斜拉橋，半漂浮體系，主橋全長(zhǎng)650m，主墩基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)，高樁承臺(tái)，H型混凝土索塔，分離式塔柱，塔高126.9m，主梁采用砼橋面板+槽型鋼箱梁的結(jié)合梁結(jié)構(gòu)，為封閉箱形斷面形式，主梁含風(fēng)嘴全寬21m，梁高4.25m，主梁共劃分為65個(gè)梁段，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)10.5m，最重節(jié)段吊重403t（含混凝土橋面板177t）；主梁全長(zhǎng)650m，共65個(gè)梁段

主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長(zhǎng)10.5m，最重節(jié)段最大吊重約403t（含混凝土橋面板約177t）。

混凝土橋面板采用分塊工廠(chǎng)預(yù)制，最大尺寸為4.65m（橫向）×9.7m，重約42t（加厚區(qū)為61t），預(yù)制后需存放6個(gè)月以上方可與鋼梁進(jìn)行結(jié)合。

混凝土橋面板縱向按全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，懸拼過(guò)程中采用5-φS15.2mm鋼絞線(xiàn)，輔助墩區(qū)設(shè)15-φS15.2mm規(guī)格的鋼絞線(xiàn)，索塔區(qū)和中跨中部設(shè)12-φS15.2mm規(guī)格的鋼絞線(xiàn)[1]。

2 基于ifc格式的橋梁核心模型的建立

福廈安海灣特大橋主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件可劃分為三類(lèi)：預(yù)制橋面板、槽型鋼箱梁和下部結(jié)構(gòu)。模型為構(gòu)件組合模式，下面按構(gòu)件分類(lèi)的原則，介紹建模原理及思路。預(yù)制橋面板分為邊跨邊板、邊跨中板、中跨邊板、中跨中板。

橋面板的建模主要是由拉伸命令完成，在這個(gè)基礎(chǔ)上完善局部構(gòu)造，如開(kāi)剪力槽、倒角等。橋板模型槽型鋼箱梁為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段，每個(gè)梁段按構(gòu)成可分為頂板、腹板、底板、隔板、T型橫肋板、縱向I肋版、挑臂等構(gòu)件。先勾畫(huà)出各構(gòu)件的橫斷面圖然后拉伸形成立體模型。構(gòu)件模型下部結(jié)構(gòu)劃分為墊石、橋墩、承臺(tái)、樁基。作為參數(shù)化的建模系統(tǒng)，各個(gè)構(gòu)件都能實(shí)現(xiàn)參數(shù)化功能和3D可視功能，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)各個(gè)構(gòu)件的平面出圖功能，在構(gòu)件的基本屬性立面可以添加信息，如材料、力學(xué)性能、廠(chǎng)家信息等[2]。

獨(dú)立的構(gòu)件建模完成后，根據(jù)各個(gè)構(gòu)件的相對(duì)關(guān)系進(jìn)行有機(jī)地組合。并對(duì)眾多構(gòu)件進(jìn)行分類(lèi)組合管理，從而實(shí)現(xiàn)該橋的BIM建模。此模型不僅擁有構(gòu)件參數(shù)信息，還能包含并關(guān)聯(lián)工程信息和資料。

3 運(yùn)用參數(shù)化模型對(duì)圖紙進(jìn)行校核

按照施工設(shè)計(jì)圖完成整個(gè)工程參數(shù)化模型創(chuàng)建后，對(duì)模型中的工程量進(jìn)行提取統(tǒng)計(jì)，與設(shè)計(jì)工程量比對(duì)找到偏差。將整個(gè)模型組合完畢后進(jìn)行碰撞檢測(cè)，查驗(yàn)樁基、承臺(tái)、墩柱、支座墊石、橋面高程是否有偏差，查驗(yàn)整體線(xiàn)型是否平順、照明綠化等城市景觀效果，另外在裝配式鋼-混凝土組合箱梁橋的一個(gè)重要應(yīng)用，是鋼箱梁剪力釘與預(yù)制橋面板外露環(huán)形鋼筋之間的沖突、碰撞處理。

將Tekla模型通過(guò)IFC格式導(dǎo)入Navisworks軟件，由于這兩款軟件同屬Autodesk公司，因此模型能夠順利導(dǎo)入并被讀取，然后進(jìn)行硬碰撞檢測(cè)。針對(duì)這種碰撞，對(duì)參數(shù)模型中橋面板的外露環(huán)形鋼筋進(jìn)行微調(diào)整，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求的前提下，有效地解決該問(wèn)題[3]。

圖1 底板加勁肋與橫隔板碰撞

圖2 底板加勁肋與橫隔板碰撞

4 數(shù)字化預(yù)拼裝技術(shù)的應(yīng)用

虛擬預(yù)拼裝即“計(jì)算機(jī)仿真模擬預(yù)拼裝”。一般采用三維設(shè)計(jì)軟件，將鋼結(jié)構(gòu)分段構(gòu)建控制點(diǎn)的實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)，在計(jì)算機(jī)中模擬拼裝形成分段構(gòu)件的輪廓模型，與深化設(shè)計(jì)的理論模型擬合比對(duì)，檢查分析加工拼裝精度，得到所需修改的調(diào)整信息。

4.1 箱梁各單元控制點(diǎn)測(cè)量

箱梁預(yù)制完成后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收，同時(shí)利用全站儀對(duì)制作完成的構(gòu)件進(jìn)行實(shí)測(cè)，主要對(duì)構(gòu)件外輪廓控制點(diǎn)進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量。首先應(yīng)設(shè)置全站儀測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)設(shè)置測(cè)站點(diǎn)相對(duì)于坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)，儀器可自動(dòng)轉(zhuǎn)換和顯示位置點(diǎn)（棱鏡點(diǎn)）在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；其次是設(shè)置儀器高和棱鏡高，用以獲得目標(biāo)點(diǎn)z的坐標(biāo)值；最后設(shè)置好已知點(diǎn)的方向角，照準(zhǔn)棱鏡開(kāi)設(shè)測(cè)量，此過(guò)程中須安排監(jiān)理進(jìn)行旁站監(jiān)督，并對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽字確認(rèn)，以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性。在全站儀無(wú)法一次性完成對(duì)構(gòu)件所有控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量且需要多次轉(zhuǎn)換測(cè)站點(diǎn)。在轉(zhuǎn)換測(cè)站點(diǎn)時(shí)，應(yīng)保證所有測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)系在同一坐標(biāo)系內(nèi)；同時(shí)由于不能保證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地面的絕對(duì)水平，每次轉(zhuǎn)換測(cè)站點(diǎn)后儀器高度可能會(huì)不一致，因此在轉(zhuǎn)換測(cè)站點(diǎn)后設(shè)置儀器高度時(shí)應(yīng)以周邊某固定點(diǎn)高程作為參照；對(duì)于同一構(gòu)件上的控制點(diǎn)坐標(biāo)值的測(cè)量保證在同一時(shí)段完成，以保證測(cè)量坐標(biāo)的準(zhǔn)確和精度。所有桁架各單元控制點(diǎn)均取構(gòu)件外輪廓控制點(diǎn)，如遇到端部有坡口的構(gòu)件，控制點(diǎn)取坡口的下端，且測(cè)量時(shí)用的反光片中心位置應(yīng)對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件控制點(diǎn)[4]。

5 BIM理念與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的融合（二維碼和物料管理）

由于本工程鋼箱梁為異地制造，構(gòu)件的運(yùn)輸和管理對(duì)整個(gè)工程尤為重要。基于BIM的橋梁信息模型雖然是一個(gè)多維信息數(shù)據(jù)庫(kù)，但其并不擅長(zhǎng)記錄各種構(gòu)件的狀態(tài)信息，而基于RFID技術(shù)的物流管理信息系統(tǒng)能對(duì)相關(guān)物件流通的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的記錄和管理，故引入了RFID技術(shù)。

該技術(shù)是通過(guò)射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、全球定位、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定協(xié)議把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連、交換信息和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品智能識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在本工程的應(yīng)用技術(shù)研究主要為材料管理、材料查詢(xún)、構(gòu)件運(yùn)輸管理。通過(guò)引用RFID技術(shù)，應(yīng)用電子標(biāo)簽可實(shí)現(xiàn)對(duì)原材料入庫(kù)、庫(kù)存、發(fā)放和領(lǐng)用的全過(guò)程跟蹤管理，指導(dǎo)工人操作。通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原材料合同信息自動(dòng)導(dǎo)入、各環(huán)節(jié)制單、原材料入庫(kù)定位、堆垛順序采集、快速盤(pán)點(diǎn)、原材料明細(xì)鑒定、出庫(kù)管理、去向追蹤和綜合查詢(xún)等功能，提高材料發(fā)放效率及材料的追溯性。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合安海灣特大橋主橋的實(shí)例，研究了BIM技術(shù)在高速跨海斜拉橋組合截面鋼梁中的應(yīng)用情況，詳細(xì)介紹了BIM技術(shù)在鋼梁加工制作及現(xiàn)場(chǎng)安裝中的應(yīng)用。其中在加工制作中的領(lǐng)域內(nèi)，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)3D節(jié)點(diǎn)和模型的模擬，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成三維圖紙，精準(zhǔn)模擬碰撞等，可以有效地提高工作效率，減少錯(cuò)誤的發(fā)生，提高業(yè)主滿(mǎn)意度。在現(xiàn)場(chǎng)安裝階段，BIM技術(shù)可以更加直觀、生動(dòng)地模擬從構(gòu)件制作到安裝完成后的施工全過(guò)程，并且由于BIM技術(shù)的引用，同時(shí)提高了施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度的數(shù)字化管理水平和各參建方的協(xié)作能力和管理效率。

探索了基于BIM技術(shù)在組合截面鋼箱梁中的制造階段全過(guò)程，也為后續(xù)建設(shè)項(xiàng)目的BIM應(yīng)用積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。