張 聰， 黃文武， 黃 成， 龍誠璧， 農(nóng) 左

(廣西路建工程集團(tuán)有限公司， 廣西 南寧 530000)

近年來，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，一種介于梁式橋與斜拉橋之間的新型橋梁——部分斜拉橋也隨之興起[1]，相比于普通斜拉橋，其造型優(yōu)美、造價(jià)低廉，在近些年得到廣泛的應(yīng)用。但是此類型橋梁建造過程中也存在一些難點(diǎn)，比如橋梁懸澆節(jié)段多且梁段內(nèi)箱有較多橫隔板，導(dǎo)致掛籃模板施工更為復(fù)雜，橋梁建造周期更長?？λ固氐刭|(zhì)分布區(qū)強(qiáng)發(fā)育巖溶地質(zhì)較為常見，大橋下構(gòu)施工較為困難；此類橋梁屬于大型橋梁工程，建設(shè)規(guī)模大，項(xiàng)目整體管理協(xié)調(diào)難度大等。針對(duì)橋梁建設(shè)中的這些問題，本文依托廣西培森柳江特大橋工程項(xiàng)目，積極探索信息化技術(shù)在大跨徑寬幅部分斜拉橋施工中應(yīng)用，以期摸索出提升該類型橋梁在復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下快速綠色建造的方法，為今后類似橋梁綠色快速施工建造提供借鑒。

1 工程概況

培森柳江特大橋是賀州至巴馬高速象州至來賓段關(guān)鍵性控制工程，大橋橫跨柳江，橋長2578.9m，主橋?yàn)殡p塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋，跨徑為(145+280+145)m，引橋?yàn)橄群喼Ш筮B續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。主橋橋型布置見圖1；主橋上構(gòu)采用單箱三室直腹板變截面箱梁，頂板寬29 m，底板寬20 m，兩側(cè)翼板懸臂4.5 m，橫斷面布置見圖2；主塔為柱式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔高50 m；主墩為單箱雙室截面薄壁空心墩，最大墩高66.568 m；基礎(chǔ)采用矩形承臺(tái)接2.5 m大樁徑鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。大橋橋位處于大深度、強(qiáng)發(fā)育重巖溶地質(zhì)層，主墩樁位覆蓋大厚度強(qiáng)透水松散卵漂石層，溶洞眾多且尺寸大，地質(zhì)情況極其復(fù)雜，下構(gòu)施工難度極高；主橋長570 m，跨度大、橋幅寬、懸澆梁節(jié)段多，內(nèi)部鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋和預(yù)埋構(gòu)件繁雜，相互之間位置沖突較多，施工控制、協(xié)調(diào)管理難度大。因此，在本橋梁施工過程中，積極應(yīng)用BIM技術(shù)，以求解決施工中的一些難題。

圖1 培森柳江特大橋橋型布置(單位： m)

圖2 培森柳江特大橋橫斷面布置(單位： cm)

2 模型快速建立

本文主要采用Autodesk和Bentley兩個(gè)平臺(tái)軟件進(jìn)行建模和施工應(yīng)用，其中采用Revit+Dynamo快速建立橋梁結(jié)構(gòu)模型[2]，ProStructures進(jìn)行鋼筋精細(xì)化模型分析，Navisworks進(jìn)行施工過程建造模擬和碰撞分析，Lumion進(jìn)行動(dòng)畫漫游制作，3D max進(jìn)行渲染效果出圖。

2.1 三維實(shí)景模型創(chuàng)建

采用無人機(jī)對(duì)施工區(qū)域地形進(jìn)行傾斜攝影[3]，首先確定實(shí)景航拍掃描區(qū)域，然后采集項(xiàng)目周邊區(qū)域的地理環(huán)境數(shù)據(jù)，對(duì)施工場(chǎng)地及其附近原始地貌進(jìn)行航拍，得到帶有地理信息的數(shù)字地形文件，將文件導(dǎo)入實(shí)景建模軟件進(jìn)行處理，生成三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，處理后合成GIS地形模型，實(shí)景建模流程見圖3。最后把橋梁實(shí)體模型與實(shí)景地形模型進(jìn)行定位組合，形成帶有地理數(shù)據(jù)信息的三維實(shí)景模型。

2.2 橋梁模型快速創(chuàng)建

橋梁下構(gòu)傳統(tǒng)建模方式是拼裝建模，速度慢、效率低，模型精度差。因本工程橋梁的下構(gòu)數(shù)量眾多、截面形式單一且重復(fù)性大、設(shè)計(jì)圖紙也進(jìn)行多次變更，為提高建模效率，保證模型精度和質(zhì)量，采用Revit+Dynamo插件進(jìn)行模型的快速批量建立[4]，通過Revit定制橋梁下構(gòu)的參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)樣板族，利用Dynamo讀取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，控制自適應(yīng)點(diǎn)來進(jìn)行下構(gòu)樣板族放置。利用Revit+Dynamo插件的可視化編程功能建立BIM模型，不僅速度快、精度高，且方便模型后期批量修改。整個(gè)腳本程序可重復(fù)使用，可為日后施工和運(yùn)維階段模型的使用提供便捷。橋梁模型如圖3所示。

圖3 橋梁下部結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模

大橋上構(gòu)箱梁縱向依次為墩頂0#塊、35個(gè)懸澆段、邊跨現(xiàn)澆段、邊跨合龍段和中跨合龍段。采用Revit軟件進(jìn)行上部箱梁結(jié)構(gòu)建模，針對(duì)異形和多曲面結(jié)構(gòu)部分，采用Revit+Dynamo插件進(jìn)行建模，按照箱梁澆筑順序依次建立節(jié)段模型，最后把箱梁各個(gè)節(jié)段模型連接起來，形成整個(gè)特大橋上部箱梁結(jié)構(gòu)模型。

3 基于BIM的施工應(yīng)用研究

3.1 施工場(chǎng)地優(yōu)化設(shè)計(jì)

施工場(chǎng)地布置是每個(gè)工程建設(shè)初期必不可少的環(huán)節(jié)，主要用來確定施工臨時(shí)用地范圍、生活辦公和施工區(qū)域的位置以及施工用地范圍內(nèi)的加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存方案等。充分利用BIM技術(shù)的可視性和動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)，對(duì)各個(gè)施工區(qū)域和施工場(chǎng)站布置進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，提前模擬出場(chǎng)地布置的效果，并從安全性、經(jīng)濟(jì)性、適用性、合理性等方面對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選優(yōu)化，最終得到最經(jīng)濟(jì)、最合理的場(chǎng)地布置方案，為項(xiàng)目節(jié)約施工成本。

施工場(chǎng)站三維設(shè)計(jì)如圖7所示。

3.2 樁基地質(zhì)精準(zhǔn)判斷

針對(duì)本橋復(fù)雜的樁基重巖溶地質(zhì)層，采用“BIM+地震波CT+地質(zhì)鉆探”技術(shù)進(jìn)行樁基地質(zhì)情況的精準(zhǔn)判斷。首先對(duì)施工位置的地質(zhì)水文情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，通過地震波CT技術(shù)對(duì)樁基地質(zhì)進(jìn)行全面掃描[5]，然后運(yùn)用智能化多功能地質(zhì)鉆機(jī)鉆探樁基范圍內(nèi)每根樁基地質(zhì)數(shù)據(jù)資料，最后把地震波CT和地質(zhì)鉆探的地質(zhì)數(shù)據(jù)資料通過BIM技術(shù)，進(jìn)行全承臺(tái)范圍內(nèi)逐樁地質(zhì)模擬分析，生成詳細(xì)的地質(zhì)三維圖，最終精準(zhǔn)地判斷主墩位置巖溶及其填充物情況，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)施工做出合理的判斷和技術(shù)指導(dǎo)，合理選擇施工工藝，大大提高樁基施工質(zhì)量，縮短樁基施工時(shí)間。

3.3 大臨設(shè)施深化設(shè)計(jì)

大橋施工過程中，針對(duì)大型施工臨時(shí)設(shè)施，采用BIM技術(shù)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，包括鋼棧橋及鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)、鋼圍堰設(shè)計(jì)、0#塊托架設(shè)計(jì)和大型掛籃設(shè)計(jì)等，大型臨時(shí)施工設(shè)施三維設(shè)計(jì)見圖5。設(shè)計(jì)流程如下，首先根據(jù)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行大臨設(shè)施的初步設(shè)計(jì)，然后根據(jù)初步方案建立設(shè)施的三維BIM模型，把模型導(dǎo)入有限元軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力驗(yàn)算，驗(yàn)證設(shè)施的承載能力和穩(wěn)定性，最后將確定好的模型導(dǎo)入三維施工場(chǎng)景進(jìn)行模擬分析，輸出三維設(shè)計(jì)加工圖紙和施工安裝動(dòng)畫。在此過程中對(duì)方案進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)方案。

圖4 基于BIM的大型臨時(shí)施工設(shè)施三維設(shè)計(jì)

3.4 鋼筋位置沖突分析

考慮項(xiàng)目箱梁體積大、截面寬，鋼筋型號(hào)繁多且布置復(fù)雜，鋼筋與預(yù)應(yīng)力、與預(yù)埋構(gòu)件之間位置重疊交錯(cuò)，為保證施工質(zhì)量，采用BIM技術(shù)進(jìn)行鋼筋三維模擬，在Navisworks軟件中進(jìn)行位置沖突分析[6]，通過檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)箱梁頂板N10a#鋼筋與9a#、9b#箍筋、縱向預(yù)應(yīng)力管道W1與N21a#鋼筋、箱梁頂板N1#鋼筋與豎向預(yù)應(yīng)力張拉預(yù)埋盒等位置沖突，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題，提前找出N10a#和N21a#鋼筋位置沖突的解決方案，與張拉預(yù)埋盒位置沖突的N1#鋼筋加工成彎曲鋼筋，成功在鋼筋安裝前解決了構(gòu)件位置沖突的問題，為項(xiàng)目建設(shè)節(jié)省了返工成本，提高了施工效率。

3.5 三維可視化技術(shù)交底

傳統(tǒng)二維施工技術(shù)交底效率低、效果差，為提高交底效率，本項(xiàng)目采用三維可視化進(jìn)行技術(shù)交底，提前把要交底的工程構(gòu)件制作成三維模型，在模型基礎(chǔ)上根據(jù)施工工藝制成施工交底動(dòng)畫，以三維模型和工藝交底動(dòng)畫的形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行技術(shù)交底，三維可視化交底如圖5所示。施工模型、工藝動(dòng)畫和圖紙還可以直接制成施工二維碼，工人可直接通過手機(jī)掃描二維碼來查看模型、工藝動(dòng)畫和圖紙。三維技術(shù)交底，有效地解決了信息傳遞效率低的問題，提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的工作效率。

3.6 預(yù)制梁場(chǎng)信息化管理

基于引橋預(yù)制T梁數(shù)量多、管理難度大的問題，開發(fā)了基于BIM技術(shù)的梁場(chǎng)管理系統(tǒng)。通過實(shí)時(shí)記錄預(yù)制梁生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制梁從計(jì)劃下料到出庫架梁可全過程追溯，記錄了每片梁的全生命周期。電子沙盤設(shè)置梁場(chǎng)管理系統(tǒng)接口及數(shù)據(jù)沙盤，支持單點(diǎn)登錄，通過梁場(chǎng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)梁場(chǎng)生產(chǎn)過程、質(zhì)量和進(jìn)度的管控，其主要應(yīng)用功能有梁場(chǎng)制梁生產(chǎn)計(jì)劃管理、制架存管理、工序質(zhì)量檢驗(yàn)臺(tái)賬管理、安全生產(chǎn)臺(tái)賬管理、工裝設(shè)備管理、臺(tái)座觀測(cè)信息等。

圖5 三維可視化技術(shù)交底

4 基于BIM+GIS數(shù)字化施工管理平臺(tái)應(yīng)用

為滿足大橋在施工過程中的協(xié)調(diào)管理，研究開發(fā)了基于BIM+GIS的工程管理信息系統(tǒng)[7]，系統(tǒng)主要包括項(xiàng)目數(shù)據(jù)看板、質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理、技術(shù)管理、BIM+GIS等6個(gè)板塊，平臺(tái)通過手機(jī)端、網(wǎng)頁端對(duì)進(jìn)度、質(zhì)量、安全、技術(shù)、監(jiān)控監(jiān)測(cè)等進(jìn)行管理，可直觀、快速地了解各分部分項(xiàng)的施工進(jìn)度、施工事件以及工程資料，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)轉(zhuǎn)高效管理。通過模型和數(shù)據(jù)更直觀地了解項(xiàng)目整體運(yùn)營情況，提高項(xiàng)目的管理效率。基于信息化管理平臺(tái)把三維BIM模型賦予數(shù)字化信息，使整個(gè)建造過程數(shù)據(jù)信息全部保存在對(duì)于構(gòu)件的模型上進(jìn)行過程管理，方便實(shí)時(shí)查詢某一工程構(gòu)件的歷史信息，同時(shí)也為項(xiàng)目后期的信息化運(yùn)維管理提供了數(shù)字化基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了BIM數(shù)據(jù)在工程項(xiàng)目全生命周期中的傳遞應(yīng)用。

5 結(jié)語

以培森柳江特大橋項(xiàng)目為依托，探究BIM技術(shù)在大跨徑寬幅部分斜拉橋施工中的應(yīng)用，有效地解決了大橋施工中協(xié)調(diào)管理、大臨設(shè)施三維設(shè)計(jì)、施工效率難等問題，并在設(shè)計(jì)、施工及項(xiàng)目管理中取得了預(yù)期效果。

1) 基于BIM技術(shù)的部分斜拉橋施工階段應(yīng)用，包括基于BIM技術(shù)的場(chǎng)站設(shè)計(jì)、橋位地質(zhì)精準(zhǔn)判斷、大臨設(shè)施深化設(shè)計(jì)、鋼筋碰撞位置分析、三維可視化技術(shù)交底、預(yù)制梁場(chǎng)信息化管理等，可為項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)及技術(shù)方面便利，解決技術(shù)難題，從而起到節(jié)約施工成本、提高施工質(zhì)量作用。

2)基于BIM+GIS技術(shù)構(gòu)建的數(shù)字化施工管理應(yīng)用平臺(tái)，成功將大跨徑寬幅部分斜拉橋的施工進(jìn)度、成本、質(zhì)量、技術(shù)和安全結(jié)合到一起，實(shí)現(xiàn)了工程項(xiàng)目的信息化集成、分析和管理，有效提高了項(xiàng)目的組織協(xié)調(diào)效率，提升工程管理質(zhì)量，保障了項(xiàng)目工期。