卜東平，張琪瑋，郭子飛，趙忠文

(1.西安建工集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710065；2.中鐵一局集團(tuán)第二工程有限公司，河北 唐山 063004)

1 工程概況

牡佳客專上跨哈同高速公路的128m鋼拱橋全長131.2m，拱橋中心線與高速公路中心線夾角131°51′。主橋上部結(jié)構(gòu)采用128m尼爾森吊桿體系，簡支鋼拱，拱肋采用懸鏈線，在橫橋向內(nèi)傾8°呈提籃式，拱肋橫斷面采用啞鈴形鋼管截面。拱肋間設(shè)1道一字撐和6道K撐。拱橋系梁全長131m，梁端采用矩形實(shí)心混凝土截面，寬19.3m、高2.5m，兩端實(shí)心段均長8m。普通段采用單箱三室混凝土截面，寬18.5m、高2.5m、長115m。其平面及立面如圖1所示。

圖1 128m鋼拱橋(單位：cm)

2 采用鋼結(jié)構(gòu)BIM技術(shù)的必要性

1)外部干擾多 該工程上跨繁忙國道哈同高速公路，車流量大，交通導(dǎo)改難度大。

2)施工要求高 牡佳客專對施工質(zhì)量精度、施工安全、環(huán)境保護(hù)等要求高。

3)施工場地狹窄 該橋位處施工現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，施工只能在橋梁投影線下征地范圍內(nèi)展開，場地狹窄。

4)施工工期緊 本工程位于全線架梁關(guān)鍵線路上，是全線架梁的控制性節(jié)點(diǎn)工程。

5)技術(shù)含量高 本工程施工技術(shù)復(fù)雜，采用BIM技術(shù)輔助實(shí)施，技術(shù)含量高。

基于以上5方面原因，本工程采用BIM技術(shù)輔助施工，解決現(xiàn)場實(shí)際困難，最大限度地節(jié)約人、材、機(jī)等資源及縮短工期。

3 鋼結(jié)構(gòu)BIM模型創(chuàng)建

根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙及建模思路對128m簡支鋼拱橋的建模順序進(jìn)行分解。建模過程主要分為7個(gè)步驟：制作鋼拱肋構(gòu)件，創(chuàng)建族庫；創(chuàng)建系梁混凝土主體模型；創(chuàng)建系梁鋼筋模型；創(chuàng)建拱腳混凝土模型；創(chuàng)建拱腳鋼筋模型；創(chuàng)建預(yù)應(yīng)力鋼束模型；創(chuàng)建施工臨時(shí)支架模型。

嚴(yán)格按施工設(shè)計(jì)圖紙建立BIM模型，做到準(zhǔn)確、細(xì)致、真實(shí)反映橋梁結(jié)構(gòu)。由BIM專業(yè)人員根據(jù)施工技術(shù)人員提供的橋梁設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場環(huán)境實(shí)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)尺寸統(tǒng)計(jì)，上傳數(shù)據(jù)，建立1∶1高精度族文件；系梁、鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼束、拱腳、鋼支撐、貝雷梁、吊桿等單獨(dú)的三維信息BIM模型，如圖2所示。最后合并創(chuàng)建整體的三維信息BIM模型，如圖3所示。便于后期細(xì)化工程量，為后續(xù)項(xiàng)目信息化管理提供數(shù)據(jù)保障。

圖2 鋼拱橋各構(gòu)件模型

圖3 鋼拱橋BIM精細(xì)化模型

4 鋼拱橋BIM成果應(yīng)用

4.1 深化圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

根據(jù)鋼拱橋BIM精細(xì)化模型，通過BIM+VR技術(shù)模擬施工過程中的每個(gè)步驟。針對原有排布施工空間利用率不高、多處碰撞等問題進(jìn)行優(yōu)化。就建模發(fā)現(xiàn)的圖紙問題，給出詳細(xì)的圖紙編號、問題描述、位置、圖紙與模型顯示以及建模建議和處理方案，如圖4所示。與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行溝通，進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙深化，避免后續(xù)施工過程中產(chǎn)生不必要的設(shè)計(jì)變更，從而加快施工進(jìn)度。

圖4 深化設(shè)計(jì)圖紙示意

4.2 三維可視化技術(shù)交底

針對項(xiàng)目施工過程中的重點(diǎn)工序，如拱腳安裝施工、鋼管加工安裝施工、吊桿施工等工序，結(jié)合BIM技術(shù)制作工序卡，建立二維碼信息庫，將二維碼張貼在現(xiàn)場對應(yīng)區(qū)域或?qū)?yīng)構(gòu)件上，供管理人員和作業(yè)人員使用手機(jī)隨時(shí)掃描查閱。掃描對應(yīng)的二維碼，可形成電子影像化、3D可視化的技術(shù)交底，可查看每個(gè)工序的“施工模擬”三維視頻講解。如圖5所示，以拱腳三維技術(shù)交底單獨(dú)作為“施工模擬”應(yīng)用點(diǎn)。重點(diǎn)是基于拱腳三維信息模型，隨時(shí)測量模型表面任何位置鋼筋、尺寸、混凝土工程量等信息，詳細(xì)闡述拱腳的施工順序，包括預(yù)埋管安裝、鋼筋綁扎順序、在鋼筋加工中的應(yīng)用。

圖5 三維技術(shù)交底

4.3 工程數(shù)量復(fù)核

本項(xiàng)目BIM建模時(shí)采用精細(xì)化模型，可精確算量，快速提取工程量，如圖6所示。提取工程量可核對設(shè)計(jì)用量，有利于加快圖紙審核及預(yù)算進(jìn)度，減少技術(shù)及預(yù)算人員工作量，提高圖紙審核及預(yù)算質(zhì)量，進(jìn)而增強(qiáng)項(xiàng)目的審核工效。

圖6 工程數(shù)量復(fù)核

4.4 空間坐標(biāo)提取

根據(jù)鋼拱橋BIM精細(xì)化模型，將模型中總平面布置圖的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系統(tǒng)一，可在模型中得到拱橋任意位置的精確坐標(biāo)，如圖7所示，提高測量放線的精確度和效率。運(yùn)用模型提取出的任意剖面、任意角度、任意點(diǎn)位的坐標(biāo)，從而快速準(zhǔn)確地復(fù)核設(shè)計(jì)坐標(biāo)，進(jìn)而提高施工放樣精度。

圖7 坐標(biāo)提取(單位：mm)

4.5 鋼拱肋深化加工安裝

對拱肋進(jìn)行詳細(xì)BIM建模，如對加強(qiáng)板、加強(qiáng)肋、加勁鋼筋、吊桿、預(yù)埋管等細(xì)部構(gòu)造建模，可通過碰撞檢查提前發(fā)現(xiàn)問題，并將問題匯總，用于指導(dǎo)廠家進(jìn)行拱肋加工，避免運(yùn)到現(xiàn)場無法安裝，造成不必要的返工。拱肋采用鋼管卷制，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)場后在拼裝支架上組拼成型。如圖8所示，鋼管拱主拱肋分13個(gè)節(jié)段制造，左、右各6個(gè)節(jié)段對稱加工，中間設(shè)合龍管節(jié)。

圖8 鋼拱肋深化加工安裝

4.6 施工方案模擬

根據(jù)鋼拱橋BIM精細(xì)化模型，加入施工方案中的大型臨時(shí)設(shè)施，對128m鋼拱橋主梁采用支架法現(xiàn)澆施工。首先進(jìn)行鋼管立柱條形基礎(chǔ)混凝土澆筑，再進(jìn)行鋼管柱安裝，如圖9a所示。拼裝縱向貝雷梁，如圖9b所示。

圖9 施工方案模擬1～3

臨時(shí)支架預(yù)壓，如圖9c所示。安裝模板系統(tǒng)。豎向鋼管采用φ630×10無縫鋼管，上下采用法蘭連接。橫、縱向均采用I18剪刀撐進(jìn)行連接。鋼管立柱及橫向分配梁安裝完畢后進(jìn)行貝雷片縱梁安裝。貝雷縱梁安裝橫向間距分別為45，90cm，采用螺栓和銷子連成整體。利用已創(chuàng)建的BIM模型，在Navisworks中進(jìn)行施工過程模擬，通過BIM+VR技術(shù)展示施工全過程，進(jìn)行各工況下的細(xì)部分析，并形成電子影像化、3D可視化的技術(shù)交底，以便全過程指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

4.7 交通導(dǎo)改模擬

作業(yè)范圍內(nèi)的施工安全設(shè)施嚴(yán)格按JTG H30—2015《公路養(yǎng)護(hù)安全作業(yè)規(guī)程》操作。根據(jù)相關(guān)要求，跨越高速公路施工區(qū)域設(shè)置警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、作業(yè)區(qū)、下游過渡區(qū)、終止區(qū)等。在高速公路上加設(shè)錐形交通路標(biāo)、安全帶、圍欄、施工隔離墩、防撞桶等施工安全交通隔離措施。施工范圍夜間設(shè)置照明燈、施工警告信號燈，在防護(hù)棚架及立柱立面位置(迎車駛來方向)布置反光帶，增強(qiáng)警示效果。根據(jù)鋼拱橋BIM精細(xì)化模型，可通過三維渲染軟件以真實(shí)場景渲染圖形式表達(dá)，產(chǎn)生三維漫游動畫，在 Navisworks中進(jìn)行交通導(dǎo)行模擬，如圖10所示，方便施工參建人員充分理解設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)理念，真實(shí)地反映項(xiàng)目與周圍環(huán)境的立體關(guān)系。

圖10 交通導(dǎo)改模擬

5 結(jié)語

1)對大橋的各工序提前模擬施工真實(shí)場景，對關(guān)鍵施工工序、機(jī)具組織安排進(jìn)行仿真，對特殊位置的人員操作進(jìn)行模擬，輔助規(guī)劃施工組織設(shè)計(jì)方案，并輸出相應(yīng)的漫游視頻及圖片。

2)根據(jù)大橋的主拱骨架實(shí)際拼裝質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)，調(diào)整實(shí)際BIM模型參數(shù)，得到累積誤差計(jì)算模型，將計(jì)算模型與設(shè)計(jì)模型做對比，分析累積誤差的計(jì)算結(jié)果。

3)提供大橋施工現(xiàn)場指導(dǎo)材料，形成三維交互式動態(tài)材料，結(jié)合圖文、圖紙、視頻等內(nèi)容進(jìn)行集中瀏覽和展示。

4)通過模型確定設(shè)計(jì)圖紙中未明確的鋼筋長度，避免出現(xiàn)加工的鋼筋不能用，提高工效。

5)通過對該橋的關(guān)鍵工序進(jìn)行施工模擬，優(yōu)化施工方法，避免出現(xiàn)由于工序錯(cuò)誤導(dǎo)致施工效率低及返工情況。

6)通過模擬施工工序進(jìn)行三維交底，加深技術(shù)人員對圖紙的理解，更加有效地保證施工質(zhì)量。

7)通過模型提前發(fā)現(xiàn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)問題，提前與設(shè)計(jì)方溝通，避免施工過程中產(chǎn)生不必要的變更。

8)通過模擬跨越高速公路施工區(qū)域，確定錐形交通路標(biāo)、安全帶、圍欄、施工隔離墩、防撞桶等施工安全交通隔離措施是否合理。

9)本項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生了很好的實(shí)施效果，在施工過程中未出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更，施工進(jìn)度提前完成，受到業(yè)主方表揚(yáng)。