李佶桐

（中交四公局第三工程有限公司，北京 100123）

1 工程概況

貴州江玉高速岳家寨樞紐互通E 匝道橋跨既有S30 江都高速公路、岳家寨樞紐互通E 匝道橋第2 聯(lián)上部結(jié)構(gòu)（8.5 m+10 m+9.5 m+8 m）采用1 聯(lián)鋼混組合梁，其中，鋼箱梁主材采用Q345q-C 鋼材。鋼箱梁位于11～12 號(hào)墩，全幅位于緩和曲線上，采用單箱雙室等截面連續(xù)鋼箱梁，長(zhǎng)度為36 m，總重181.6 t，順橋向布置縱向板肋，每隔1.5 m 設(shè)置1 道橫隔板，橫隔板分為實(shí)腹式橫隔板及框架式橫隔板。結(jié)構(gòu)吊裝盡可能采用大塊件，以減少現(xiàn)場(chǎng)焊縫數(shù)量，拼接縫不應(yīng)設(shè)在支點(diǎn)和跨中附近，連接方式均采用焊接形式。

2 BIM技術(shù)和Mi das 軟件介紹

BIM 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)集成化設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等，從而給施工帶來極大的便利。

在施工階段，利用BIM 技術(shù)可以建立精確的、完整的三維可視化設(shè)計(jì)模型，尤其對(duì)本工程涉及跨既有高速公路鋼箱梁施工，由于鋼箱梁跨既有高速拼裝施工復(fù)雜、交通及施工風(fēng)險(xiǎn)較大，因此，利用BIM 技術(shù)模擬施工過程和施工現(xiàn)場(chǎng)，可以降低施工風(fēng)險(xiǎn)和成本。

邁達(dá)斯（Midas）有限元分析軟件，主要用于地下結(jié)構(gòu)、工業(yè)結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)，特別是橋梁結(jié)構(gòu)Midas 軟件中，基本涵蓋了國(guó)內(nèi)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，目前在各大高速公路、鐵路等工程建設(shè)中被廣泛采用。本工程鋼箱梁臨時(shí)支撐的搭設(shè)、使用、拆除過程中，利用Midas 軟件對(duì)臨時(shí)支撐進(jìn)行受力分析驗(yàn)算，相比于傳統(tǒng)手算，其分析完畢即可查看結(jié)果，將一堆枯燥的數(shù)字通過軟件的運(yùn)算轉(zhuǎn)化成生動(dòng)的云圖，更直觀明了[1]。

3 BIM技術(shù)在鋼箱梁施工中的運(yùn)用

在岳家寨樞紐互通E 匝道橋跨江都高速項(xiàng)目中，BIM 技術(shù)建模主要解決的是本工程在施工過程中鋼箱梁的分段架設(shè)及交通導(dǎo)改之間的問題。針對(duì)此，BIM 技術(shù)可提供更清楚的三維展示。E 匝道橋鋼箱梁上跨江都高速公路，交角87.8°，本工程位于半徑為70 m 的圓曲線上，縱斷面位于半徑為1 800 m 的豎曲線上。

鑒于E 匝道橋鋼箱梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中豎曲線及平曲線設(shè)計(jì)較大，結(jié)構(gòu)構(gòu)造比較復(fù)雜，利用傳統(tǒng)的二維施工圖對(duì)鋼箱梁進(jìn)行加工和拼裝會(huì)產(chǎn)生偏差，最終會(huì)使鋼箱梁的整體線形無法滿足設(shè)計(jì)要求。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)施工圖具有線條復(fù)雜、空間關(guān)系表達(dá)不清晰、不易發(fā)現(xiàn)問題等缺點(diǎn)。

對(duì)此，使用BIM 技術(shù)可獲得三維可視化圖形，其采用三維立體建模代替二維平面成像，具有道路關(guān)系清晰、展示一目了然、可以快速發(fā)現(xiàn)問題等優(yōu)點(diǎn)。因此，采用BIM 技術(shù)可有效幫助工程進(jìn)行合理的施工組織和設(shè)計(jì)，減少道路交通和安全方面的影響，優(yōu)化施工工期。

另外，BIM 技術(shù)將施工場(chǎng)地布置和橋梁模型組合放入施工模擬軟件內(nèi)，利用軟件模擬整個(gè)鋼箱梁拼裝施工過程。通過利用更加直觀、立體的三維動(dòng)畫模擬，找出鋼箱梁拼裝過程中有可能出現(xiàn)的難點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)，并針對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，從而形成能夠用以指導(dǎo)鋼箱梁施工的可實(shí)施性方案，確保鋼箱梁安裝過程的順利和施工質(zhì)量，提高實(shí)際安裝效率和精準(zhǔn)度。

BIM 技術(shù)在提取鋼箱梁各零件的信息并優(yōu)化后，可以對(duì)鋼箱梁的零件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從而確定各組件的規(guī)格和數(shù)目清單，并根據(jù)清單使用自動(dòng)化智能排版技術(shù)完成自動(dòng)排版、檢查調(diào)整，最終獲得下料圖。不僅如此，BIM 技術(shù)還能在利用原料進(jìn)行數(shù)字化精準(zhǔn)切割下料后，對(duì)照模型和下料編號(hào)進(jìn)行依次組合，依次按照正確的焊接順序完成構(gòu)件的焊接，并進(jìn)行檢查校正。

完成上述步驟后，就可以根據(jù)模擬預(yù)安裝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施性拼裝，鋼箱梁吊裝到位后先進(jìn)行初步定位，再通過微調(diào)設(shè)備完成精準(zhǔn)定位，最后進(jìn)行焊接。

4 Mi das 軟件在臨時(shí)支撐計(jì)算中的運(yùn)用

本工程E 匝道橋鋼箱梁中間臨時(shí)支架結(jié)構(gòu)由橫梁（分配梁）及立柱組成：

1）分配梁采用熱軋H 型鋼HM300 mm×300 mm×10 mm×15 mm 制作，立柱采用φ450 mm×10 mm 鋼管，中間橫、斜撐采用角鋼P(yáng)180×10 連接成整體；

2）用φ450 mm×10 mm 的鋼管組成2×3m 井字型支架；

3）材料均為Q235B；

4）抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215 N/mm2；

5）抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為125 N/mm2。

4.1 岳家寨E匝道第4 聯(lián)鋼箱梁分段劃分

依照設(shè)計(jì)圖紙的要求，綜合考慮鋼箱梁（結(jié)構(gòu)節(jié)段劃分見圖1）分段廠內(nèi)制造、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝等因素的影響，確定以下分段原則：

圖1 鋼箱梁結(jié)構(gòu)節(jié)段劃分

1）盡可能減少現(xiàn)場(chǎng)焊縫數(shù)量，分段劃分主要采用橫向和縱向劃分方式。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定分段質(zhì)量和長(zhǎng)度，最大限度地減少現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，采用大構(gòu)件、大跨度吊裝。

3）鋼箱梁為單箱雙室，分段寬度控制在4.8 m 內(nèi)，長(zhǎng)度以中分帶臨時(shí)支撐為基準(zhǔn)劃分。

4.2 岳家寨E匝道第2 聯(lián)鋼箱梁分段參數(shù)

岳家寨E 匝道第2 聯(lián)鋼箱梁分段參數(shù)見表1。

表1 E匝道第2 聯(lián)鋼箱梁分段參數(shù)表

4.3 有限元模型的建立

采用Midas 軟件對(duì)施工過程中的臨時(shí)支撐體系進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性分析，其中的要點(diǎn)如下：

1）定義單位體系。kN（應(yīng)力），m（長(zhǎng)度）。

2）確定結(jié)構(gòu)類型。Midas 軟件是為分析三維空間結(jié)構(gòu)而開發(fā)的。

3）建立結(jié)構(gòu)模型。建立節(jié)點(diǎn)和單元，節(jié)點(diǎn)一般建在支撐部位、集中荷載、2 個(gè)單元的連接處、邊界條件等部位，節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)定義為三維空間坐標(biāo)，單元均采用一般梁?jiǎn)卧?/p>

4）定義材料和截面特性。包含臨時(shí)支撐所用的材料和截面材料。

5）定義荷載和荷載組合。包括移動(dòng)荷載、恒荷載、風(fēng)荷載等。

6）定義邊界條件。根據(jù)實(shí)際情況將約束臺(tái)架柱底3 個(gè)方向的平動(dòng)自由度定義為：X 向平行于紙面水平向右為正：Y 向平行于紙面水平向上為正；Z 向垂直于紙面向外為正。

7）定義施工階段。根據(jù)各工況，激活和鈍化結(jié)構(gòu)組、邊界組和荷載組。

8）運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析。

5 BIM技術(shù)、Mi das 軟件與傳統(tǒng)手算方法的對(duì)比分析

1）運(yùn)用BIM 技術(shù)可助力工程項(xiàng)目數(shù)字化變革，即通過虛擬建模和真實(shí)地貌相輔相成，從而實(shí)現(xiàn)工程實(shí)體的數(shù)字化和環(huán)境要素的可視化。

2）BIM 技術(shù)可視化模型將傳統(tǒng)的二維線條式的鋼箱梁結(jié)構(gòu)，形成了一種三維的立體實(shí)物圖，更直觀、更真實(shí)。

3）BIM 技術(shù)能夠從根本上改變依靠符號(hào)文字形式圖紙進(jìn)行項(xiàng)目施工管理的方式，從而在建設(shè)項(xiàng)目全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)提高工作效率和質(zhì)量、減少錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。

4）相對(duì)于傳統(tǒng)的手算，Midas 軟件計(jì)算精度更高，可以很好地輔助鋼箱梁施工過程的控制管理，使施工過程可借助計(jì)算結(jié)果，做到有的放矢，抓重點(diǎn)、抓關(guān)鍵，與此同時(shí)，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。

5）Midas 軟件計(jì)算過程更為細(xì)化，且計(jì)算結(jié)果能夠可視化。但傳統(tǒng)手算方法往往更注重結(jié)構(gòu)的使用功能，忽略了結(jié)構(gòu)施工過程，這為后續(xù)結(jié)構(gòu)施工埋下了較大的安全隱患。

6）Midas 軟件僅通過建立模型以及輸入各種荷載和邊界條件就可以得到各種荷載下的結(jié)構(gòu)受力計(jì)算結(jié)果，大幅度地減少了重復(fù)的計(jì)算工作，從而提高了效率。

6 結(jié)語

BIM 技術(shù)的出現(xiàn)引發(fā)了工程建設(shè)領(lǐng)域的第二次數(shù)字革命，不僅帶來現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)步與更新?lián)Q代，也將影響生產(chǎn)組織模式與管理模式的變革，這將推動(dòng)人們思維模式的轉(zhuǎn)變。施工組織就是對(duì)施工活動(dòng)實(shí)行科學(xué)管理的重要手段，通過BIM 技術(shù)，可以對(duì)施工重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行可見性模擬，提高工程的可造性。Midas 軟件以往多運(yùn)用于永久結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，而在臨時(shí)結(jié)構(gòu)計(jì)算方面運(yùn)用較少，如果施工（監(jiān)理）單位的人員熟練掌握并運(yùn)用該軟件，將使結(jié)構(gòu)計(jì)算精度大大提高，而且有利于施工過程的安全控制；同時(shí)，臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也將更加優(yōu)化，從而大大提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。