張曉光，劉 沖，李 樂，靳 靜

（1.中建路橋集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050001；2.河北科技大學(xué)建筑工程學(xué)院，河北 石家莊 050018）

BIM 技術(shù)即建筑信息模型建造技術(shù)，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，是用來形容以三維圖形為主、與物件導(dǎo)向及建筑學(xué)有關(guān)的電腦輔助設(shè)計(jì)，目的在于幫助工作人員實(shí)現(xiàn)建筑信息的集成，從建筑的設(shè)計(jì)、施工直至項(xiàng)目終結(jié)，所有的信息都會(huì)集合在一個(gè)三維模型的信息數(shù)據(jù)庫中。將BIM 技術(shù)應(yīng)用在市政橋梁圖紙審核、技術(shù)方案交底溝通、工程量校核、項(xiàng)目管理等方面，有利于交流溝通、提高質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、節(jié)約成本[1]。本文基于BIM 技術(shù)在橫州大橋工程施工中的應(yīng)用，希望能夠?yàn)樵摷夹g(shù)在懸索橋工程中的應(yīng)用及推廣積累經(jīng)驗(yàn)。

1 研究現(xiàn)狀

利用BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的可視化展示，大幅提高施工圖紙量，提升設(shè)計(jì)效率，達(dá)到控制項(xiàng)目成本并縮短工期的目的[2]。

目前，多位學(xué)者對(duì)BIM 技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)探索和研究。劉可心等[3]結(jié)合國內(nèi)多位學(xué)者的研究資料分析了BIM 技術(shù)在橋梁工程全壽命周期的應(yīng)用以及創(chuàng)造的價(jià)值，指出目前尚待解決的問題，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行展望。張海龍[4]對(duì)BIM 技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行分析，提出了應(yīng)用過程中存在的不足，從而更好地提高BIM 技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用效果，提高施工質(zhì)量。宋冰等[5]利用軟件可以快速檢查橋梁工程中的設(shè)計(jì)不足之處及碰撞問題等，可以快速、精確和簡單地統(tǒng)計(jì)實(shí)際橋梁施工中需要使用的原材料，進(jìn)而開展橋梁施工管理工作。張?jiān)３萚6]針對(duì)橋梁快速智能建造問題，基于BENTLEY 系列軟件及其平臺(tái)的技術(shù)支持，架構(gòu)了橋梁全生命周期BIM 系統(tǒng)解決方案。杜一叢等[7]借助Civil3D、Revit 及其可視化編程插件Dynamo，基于模型參數(shù)化探究了正向設(shè)計(jì)在實(shí)踐中的具體應(yīng)用方法。姜玉龍等[8]通過對(duì)WebGL 輕量化技術(shù)、BIM 模型與GIS 技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用研究，提高了交通建設(shè)BIM 應(yīng)用范圍，為同類BIM 項(xiàng)目應(yīng)用提供借鑒。楊軍海等[9]基于公路工程信息模型分類與編碼標(biāo)準(zhǔn)的研究框架，分析了國內(nèi)外橋梁工程信息分類編碼標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀和存在的問題。

2 工程概況

本項(xiàng)目計(jì)劃工期915 日歷天，位于廣西中部地區(qū)橫縣境內(nèi)，是G324 橫縣南繞城線公路（設(shè)計(jì)中）的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。本項(xiàng)目橫州大橋全橋橋跨布置為3×30+3×50+400+3×50+3×30 m，橫州大橋橋長888 m，其主橋?yàn)橹骺?00 m 的單跨雙鉸鋼箱梁懸索橋，主橋橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度41.0 m（含吊索區(qū)），江南岸引橋上構(gòu)采用3×30+3×50 m 預(yù)應(yīng)力砼先簡支后連續(xù)T 梁，蒙垌岸引橋上構(gòu)采用3×50 m+3×30 m 預(yù)應(yīng)力砼先簡支后連續(xù)T 梁，引橋橋面標(biāo)準(zhǔn)寬度為30.5 m 和36.0 m。主纜跨徑布置為172.973+400+172.973 m。中跨主纜垂跨比為1∶9，鋼箱梁采用閉口偏平流線型鋼箱梁、正交異性鋼橋面板。橋塔為鋼筋砼門式橋塔，橋塔基礎(chǔ)為承臺(tái)接鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，錨碇為重力式錨碇，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。

3 重難題分析與BIM 應(yīng)用分析

施工工藝復(fù)雜，交底難度大，傳統(tǒng)交底以文字描述為主，其交底效果一方面受制于技術(shù)員對(duì)技術(shù)工藝的描述，另一方面受制于被交底人的理解水平，采用BIM 技術(shù)三維可視化進(jìn)行交底，效果直觀、準(zhǔn)確。橋塔造型復(fù)雜，各項(xiàng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性影響施工質(zhì)量橋塔混凝土外觀，從結(jié)構(gòu)上來看是五邊異形斜曲線型，面多且從前后左右面來看均為漸變化性面；內(nèi)部還有人洞、檢修通道、耐久性設(shè)備室等空腔，各項(xiàng)數(shù)據(jù)的測算難度大，另設(shè)有骨架，需設(shè)計(jì)深化成現(xiàn)場預(yù)制加工大樣圖。利用BIM 模型可準(zhǔn)確得出各施工數(shù)據(jù)，進(jìn)行部位設(shè)計(jì)深化出圖，為施工提供依據(jù)，精細(xì)化施工，提升工程品質(zhì)。主橋重力式錨碇混凝土體量大，各預(yù)埋件要求精度高，兩岸主橋錨碇為大體積混凝土澆筑，構(gòu)造復(fù)雜，預(yù)埋件定位精度要求高，分層澆筑方案的制定、各層工程量的計(jì)算、預(yù)埋件位置坐標(biāo)設(shè)計(jì)深化等都是重難題。利用BIM 模型深化設(shè)計(jì)冷卻管排布，可根據(jù)不同方案快速提取分層體量，減少重復(fù)計(jì)算，模型的坐標(biāo)信息可解決預(yù)埋件位置坐標(biāo)問題。主索及附屬施工和箱梁吊裝技術(shù)高，交叉作業(yè)多，籌劃難度大，主索纜架設(shè)技術(shù)高，數(shù)據(jù)精確要求高；工序繁多，施工空間狹小，不合理設(shè)計(jì)會(huì)延長工期。應(yīng)用BIM 技術(shù)補(bǔ)充施工信息，提供施工技術(shù)支持；三維場布，施工預(yù)演，驗(yàn)證優(yōu)化施工方案。

設(shè)計(jì)院交付的傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)圖紙傳達(dá)的信息量少，但懸索橋施工精度要求高。而BIM 技術(shù)能很好地為現(xiàn)場施工提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)建立各方協(xié)同的平臺(tái)。以BIM 技術(shù)為依托的數(shù)字化管理系統(tǒng)能有效打破各部門之間的信息壁壘，以管理換效益，滿足成本、質(zhì)量、進(jìn)度、安全、信息等管理目標(biāo)提升的需求。工程施工進(jìn)入轉(zhuǎn)型改革時(shí)代，尤其是“十四五”之后，BIM 技術(shù)有了新的應(yīng)用場景，賦予了新的歷史使命。應(yīng)用BIM技術(shù)是政策導(dǎo)向，更是戰(zhàn)略所需。技術(shù)的競爭歸根結(jié)底是人才的競爭，推進(jìn)BIM 技術(shù)應(yīng)用有利于BIM 技術(shù)人才的積累，加速形成新時(shí)代新態(tài)勢下的新型建筑工程人才團(tuán)隊(duì)，滿足建筑業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的需求。

4 BIM 技術(shù)實(shí)施

規(guī)范管理，制度先行，以施工組織設(shè)計(jì)為指導(dǎo)，以BIM 實(shí)施方案為路徑，建立健全的項(xiàng)目數(shù)字化管理制度體系，提前謀劃BIM 技術(shù)應(yīng)用，穩(wěn)步推進(jìn)數(shù)字化管理落地。根據(jù)項(xiàng)目需求和實(shí)際工程進(jìn)度，建立大橋及引道的主體結(jié)構(gòu)模型，優(yōu)化專項(xiàng)施工方案、關(guān)鍵部位應(yīng)用模型，建立BIM 各專項(xiàng)應(yīng)用模型，具體如圖1—圖4 所示。該項(xiàng)目所用到的軟件及用途如表1 所示。

圖1 引橋T 梁

表1 軟件及用途

圖2 主橋橋塔及錨碇

圖3 錨碇

圖4 整體搭建

4.1 可視化設(shè)計(jì)與引用

模型漫游：將BIM 模型進(jìn)行整體渲染，制作漫游動(dòng)畫，同時(shí)以模型的漫游動(dòng)畫為基礎(chǔ)制作項(xiàng)目簡介視頻，用于講解項(xiàng)目、宣傳項(xiàng)目形象。

方案優(yōu)化：用模型布置施工機(jī)械的模擬空間，來驗(yàn)證場地布設(shè)、施工路徑選擇可行性與準(zhǔn)確性，避免塔吊對(duì)后續(xù)施工造成影響。

視頻交底：利用施工技術(shù)方案交底視頻技術(shù)交底，可將晦澀的技術(shù)語言直接用BIM 模型進(jìn)行演示，能有效地將施工技術(shù)通過三維模型傳遞給施工人員，確保施工計(jì)劃有序執(zhí)行。

4.2 模型定位

錨碇散索系統(tǒng)定位：用BIM 模型進(jìn)行定位，得到每點(diǎn)的控制坐標(biāo)，從而指導(dǎo)現(xiàn)場施工，提高工程品質(zhì)。

橋塔定位：本項(xiàng)目橋塔為空間五邊形斜面異形橋塔，分層澆筑，每層稍有偏差，就會(huì)出現(xiàn)橋塔質(zhì)量、外觀問題。

勁性骨架定位：勁性骨架的定位具有很重要的作用，主要用于鋼筋固定、索塔施工導(dǎo)向和模板鞏固，對(duì)橋墩墩身的整體糾偏和控制產(chǎn)生影響。

4.3 深化設(shè)計(jì)與應(yīng)用

布置錨碇錨體大體積混凝土冷卻管時(shí)，沒有給出詳細(xì)施工圖，用BIM 進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，輔助施工方案編制，指導(dǎo)現(xiàn)場施工；橋塔人孔可提高橋塔模型的精確度，得出每項(xiàng)施工中的精確數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場施工具有很大的指導(dǎo)意義，比如橋塔上下橫梁施工預(yù)壓，需知道混凝土的用量，用量的精確度直接關(guān)系預(yù)壓的成功和橋塔質(zhì)量，而橋塔上下橫梁內(nèi)部的空腔體積是很難用人工進(jìn)行計(jì)算的；采用BIM 技術(shù)對(duì)特殊蓋梁翹頭進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，得出模板加工數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)技術(shù)公式復(fù)雜且全靠經(jīng)驗(yàn)所得，傳承性差、人為因素大、效率低，而BIM 技術(shù)與之相比較有著效率高、準(zhǔn)確、減少重復(fù)計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)；為減小橋塔在施工過程因自身質(zhì)量帶來的應(yīng)力和軸力對(duì)橋塔施工質(zhì)量帶來的不利影響，用BIM模型對(duì)橋塔橫撐進(jìn)行設(shè)計(jì)，并用ANSYS 對(duì)各施工階段進(jìn)行有限元分析，以提高施工品質(zhì)。

4.4 大異形構(gòu)件工程量計(jì)算

錨碇分層量計(jì)算：解決了手工計(jì)算無法準(zhǔn)確計(jì)算異型形狀還需隨方案變化進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，導(dǎo)致效率低下、人力浪費(fèi)等問題。

橋塔分層量計(jì)算：橋塔分層澆筑，每層的混凝土量對(duì)于材料調(diào)度、人員分配、精細(xì)化施工至關(guān)重要，但本項(xiàng)目橋塔為異型橋塔，尤其里邊還有空腔，人工無法進(jìn)行精確計(jì)算，但用模型來進(jìn)行解決就顯得很簡單，BIM 技術(shù)與實(shí)際施工循環(huán)促進(jìn)，橋塔分層澆筑之后，用實(shí)際混凝土用量與BIM 模型算量進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證、完善、改進(jìn)BIM 模型應(yīng)用，兩者循環(huán)促進(jìn)，使BIM 應(yīng)用與實(shí)際施工更加貼合、更具有指導(dǎo)意義。

橋塔上下橫梁內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用人工手算難度大，但其預(yù)壓質(zhì)量恰恰取決于混凝土的體積大小，如果人工手算誤差較大，導(dǎo)致預(yù)壓質(zhì)量不足，就會(huì)導(dǎo)致橫梁出現(xiàn)質(zhì)量問題。

4.5 錨碇深基坑挖方算量

BIM 與三維掃描相結(jié)合：錨碇深基坑土方挖方量大，開挖土方過程中會(huì)形成不規(guī)則地平面，或遇到大型巖石體，在開挖前、開挖中用三位掃描儀掃描地形，建立BIM 模型，利用前后合模的對(duì)比，快速準(zhǔn)確地計(jì)算每階段的挖方量。

BIM 與無人機(jī)相結(jié)合：應(yīng)用無人機(jī)對(duì)深基坑進(jìn)行傾斜攝影，再與BIM 模型進(jìn)行合模，精確計(jì)算土方填方數(shù)，使項(xiàng)目部提前規(guī)劃取土場，確定現(xiàn)有取土場土方量夠不夠、還需不需要取土場等問題，做到心中有數(shù)，保證后續(xù)土方填方工作順利進(jìn)行，以免耽誤工期。

5 結(jié)語

鑒于懸索橋自身的特點(diǎn)，某些部位工序的施工，使用傳統(tǒng)手段很難解決，但用BIM 技術(shù)就能很好地解決，且用BIM 技術(shù)也能提升對(duì)過程的控制。在本項(xiàng)目中，BIM 技術(shù)在橋梁構(gòu)件定位、預(yù)埋設(shè)施定位、圖紙深化設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工、大異復(fù)雜構(gòu)件算量等方面發(fā)揮了不可替代的作用，這些也是本項(xiàng)目在懸索橋施工中重點(diǎn)推薦的應(yīng)用，希望對(duì)有類似問題的項(xiàng)目起到一定的借鑒意義?？傮w來說，BIM 技術(shù)在懸索橋施工中的應(yīng)用價(jià)值還是非常巨大的，當(dāng)然，BIM 技術(shù)也存在很多問題，聯(lián)網(wǎng)應(yīng)力檢測也是本項(xiàng)目懸索橋施工中最重要的應(yīng)用之一，但還需和BIM 模型進(jìn)一步關(guān)聯(lián)，使數(shù)據(jù)的展示更加可視化、形象化、智能化，真正走向智能化建造。