張曉明

（廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東東莞 523710）

0 引言

隨著我國對基礎設施領域加大建設力度，橋梁建設迅速發(fā)展，現(xiàn)澆箱梁作為混凝土結構大跨徑橋梁的主要結構形式?，F(xiàn)今，交通流量逐漸增大，為緩解交通壓力橋面寬度往大截面設計，加上現(xiàn)澆箱梁存在體積大、重量大、結構復雜等特點，在施工階段采用傳統(tǒng)方式進行管理，難以實現(xiàn)可視化精準控制施工進度［1］。本文依托廣東省某跨河景觀大橋工程現(xiàn)澆箱梁施工中BIM 技術的應用情況，在施工準備、可行性分析、快速算量、進度管控等等方面加以應用，利用BIM 技術特點優(yōu)勢為現(xiàn)澆箱梁施工提供精準的技術支撐和高效的管理系統(tǒng)［2］，補全傳統(tǒng)管理方式的短板，讓項目的工期、質(zhì)量、安全得到了保障，為相同類型橋梁現(xiàn)澆箱梁施工BIM 應用提供指導。

1 工程概況

廣東省某跨河景觀大橋工程項目的南引橋軸線8#～11#段與已建的環(huán)島路成87°立交，該跨越環(huán)島路段設計為雙幅單聯(lián)三跨現(xiàn)澆預應力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁全長96.5 m，跨徑組合為右幅（30.0 m+35.7 m+30.8 m），左幅（30.0 m+34.3 m+32.2 m），橋面順橋向縱坡為4%，現(xiàn)澆箱梁設計縱斷面如圖1所示。箱梁標準橫斷面為單箱雙室截面，截面尺寸為頂板寬1 574 cm、底板寬815 cm、高180 cm，設計標準橫斷面構造如圖2 所示。箱梁在9#、10#花瓶墩頂處設兩道實心混凝土中橫梁，并設置橫向預應力鋼絞線，在箱梁兩端8#、11#墩頂處設兩道實心混凝土邊橫梁，梁兩端翼板處均設伸縮縫托梁。

圖1 現(xiàn)澆箱梁設計縱斷面Fig.1 Design Profile of Cast-in-situ Box Girder

圖2 單幅現(xiàn)澆箱梁設計標準橫斷面Fig.2 Design Standard Cross Section of Single Cast-in-situ Box Girder （cm）

2 BIM技術應用

2.1 三維施工場地布置

現(xiàn)澆箱梁施工場地狹窄且橫跨環(huán)島路，使得施工場地規(guī)劃布置受限，使用CAD進行區(qū)域劃分和機械設備站位僅是二維上平面布置，不夠形象直觀以及不易發(fā)現(xiàn)尺寸偏差碰撞導致布置不合理問題［3］。利用BIM技術“所見即所得”的可視化特點，使用Revit 核心建模軟件根據(jù)1∶1比例建立承臺、墩柱、蓋梁的信息模型族庫，并將構件族載入已導入橋型平面布置圖的建筑樣板項目中，嚴格按照圖紙要求將相關結構族模型放置于指定空間位置，保證現(xiàn)澆箱梁段下部結構模型位置信息貼合施工現(xiàn)場，為現(xiàn)澆箱梁施工三維場布提供精準的結構邊線，其余圍擋內(nèi)空間為使用BIM 技術進行三維場地布置的主要信息空間。先進行施工道路布置，根據(jù)施工機械設備尺寸、機械錯車確定道路寬度數(shù)值，并結合場外交通情況確定場內(nèi)施工道路進出口及線路，通過放樣命令創(chuàng)建施工道路模型。隨后進行材料堆放區(qū)劃分，首先創(chuàng)建尺寸較大的臨時結構模型，如貝雷架、格構柱、分配梁、模板等構件模型，將臨時結構模型在施工道路外側空間放置，在模型放置過程中可視化地發(fā)現(xiàn)堆放區(qū)不合理導致材料碰撞現(xiàn)象，及時通過調(diào)整得出最優(yōu)化材料堆放區(qū)域，注釋模型文字標記堆放區(qū)編號。貫穿現(xiàn)澆箱梁從支撐體系搭設到混凝土澆筑整個過程，施工機械主要有汽車吊、天泵、混凝土罐車，依據(jù)設備參數(shù)信息創(chuàng)建機械模型，以減少吊車、天泵移位，機械設備作業(yè)幅度滿足覆蓋施工區(qū)域的原則，結合材料堆放區(qū)和施工區(qū)域相對空間位置在施工道路上放置機械模型，借助BIM 模型進行機械作業(yè)過程仿真預演來發(fā)現(xiàn)二維平面無法判斷的碰撞問題，得出施工機械合理節(jié)能站位、臂長、仰角等信息。最后，利用Revit 軟件可出圖性特點導出施工場地布置圖，三維施工場地布置如圖3 所示。通過使用BIM 技術精準便捷地優(yōu)化了施工場地布置，得出合理的場地布置施工方案，使現(xiàn)澆箱梁施工有序、高效［4］。

圖3 三維施工場地布置Fig.3 3D Construction Site Layout

2.2 支撐體系設計

綜合考慮現(xiàn)澆箱梁段施工區(qū)域為軟基地質(zhì)和橫跨環(huán)島路的工程概況，故采用梁式支架作為箱梁施工的支撐體系，梁式支架頂部支撐細部構件多、繁雜，采用BIM 技術設計可以在建模過程中將復雜構件可視化，避免構件缺漏現(xiàn)象，保證支撐體系完整性，使施工班組直觀了解支撐體系構造，提高施工效率［5］。項目BIM 團隊成員先進行箱梁結構永久荷載和施工活荷載換算，組合荷載對架體進行承載力計算確定支架材料規(guī)格和布置跨徑，以及模板系統(tǒng)主、次楞尺寸和間距等相關關鍵參數(shù)，結合現(xiàn)澆箱梁底部標高使用BIM建模軟件創(chuàng)建3 m、9 m鋼管格構柱和排架參數(shù)化族模型，滿足不同標高下的支撐高度要求，同時創(chuàng)建落架砂箱、柱頂分配梁、321標準貝雷架、主楞、次楞、模板、內(nèi)支撐等標準件族模型，保存在族庫中，將支撐體系構件族文件載入到三維施工場地布置模型項目中，按照相應族的空間位置關系進行嵌套，完成支撐體系的BIM 模型，完成后的模型如圖4 所示。在支撐體系的現(xiàn)場搭設過程中，利用該模型對工人進行可視化技術交底，作業(yè)人員可全面掌握各施工部位的技術特點，結合三維模型精準指出潛在的安全隱患部位并展開討論優(yōu)化支撐體系，提高了支撐體系安全系數(shù)，降低返工率。

圖4 支撐體系BIM模型Fig.4 BIM Model of Supporting System

2.3 碰撞協(xié)調(diào)優(yōu)化

在支撐體系設計完成基礎上創(chuàng)建現(xiàn)澆箱梁模型，并根據(jù)施工設計要求將兩大模塊模型整合，形成施工體系模型，利用BIM 技術可碰撞檢查提前發(fā)現(xiàn)問題的特點，來分析施工體系模型中存在的缺陷［6］。因此，在Revit 中將三維模型導出NWC 格式文件，并用Navisworks 軟件打開，使用Clash Detective 工具對支撐體系和現(xiàn)澆箱梁模型進行碰撞檢查，根據(jù)施工精度要求碰撞類型設置為硬碰撞，公差為5 mm，碰撞標準選擇自相交，然后運行檢測得出碰撞結果并導出碰撞報告，碰撞檢測結果如圖5 所示，共發(fā)現(xiàn)了4 個碰撞部位，均為蓋梁的預埋件與現(xiàn)澆箱梁底模板的碰撞，分別分布在現(xiàn)澆箱梁左右幅兩端處，及時對預埋件位置信息進行復核和調(diào)整，在施工前將不合理的設計進行修正優(yōu)化，使方案具備可行性。

圖5 碰撞檢測結果Fig.5 Collision Detection Results

2.4 工程量統(tǒng)計

工程量統(tǒng)計是制定材料進場計劃的基礎，材料進場計劃是影響施工進度的重要因素之一，精細的材料進場計劃可保障工期和控制成本，可見工程量統(tǒng)計在施工管理中至關重要，依靠二維圖紙統(tǒng)計工程量的效率和準確率較低，而BIM 模型搭載工程信息，模型中儲存構件的長度、面積、體積幾何信息，在模型完成后可由計算機快速統(tǒng)計各個專業(yè)工程量，提取出的工程量準確、可靠［7］。利用BIM 技術在工程量統(tǒng)計上優(yōu)點，對本項目現(xiàn)澆箱梁施工所含工程量實時統(tǒng)計，主要工程量為支撐體系和混凝土兩部分，在revit軟件中使用明細表功能，添加族類型、材質(zhì)、數(shù)量、密度、重量、體積等為明細表字段，并設置相關字段的計算值公式，明細表屬性中勾選總計和勾除逐項列舉每個實例，形成支撐體系和混凝土模型構件工程量統(tǒng)計明細表，工程量統(tǒng)計如表1、表2 所示。通過BIM 技術精準地統(tǒng)計工程量，制定了精準合理的材料進場計劃，保證了現(xiàn)場材料供應跟施工進度同步，避免了因材料浪費造成的經(jīng)濟損失問題。

表2 混凝土工程量明細Tab.2 Detailed List of Concrete Quantities

2.5 施工進度模擬

現(xiàn)澆箱梁施工工程量大且工期緊，為在指定工期內(nèi)完成建設，借助BIM 技術，將空間信息三維模型與時間信息施工進度計劃關聯(lián)，形成3D+Time 的4D 模型輔助進度計劃制定［8］。項目BIM 成員將現(xiàn)澆箱梁施工模型添加時間維度，基于Navisworks 軟件的“TimeLiner”工具創(chuàng)建施工進度計劃表，施工計劃節(jié)點附著相關模型。支撐體系和交通疏導等臨時結構模型，在搭設施工、拆除階段的任務類型分別定義為臨時、拆除，箱梁結構模型的任務類型定義為構造，定義完畢運行進度計劃三維模擬，在模型按時間維度順序生長過程中，可直觀發(fā)現(xiàn)施工進度計劃中的交叉作業(yè)工序沖突和順序作業(yè)工序銜接不合理等問題，技術員可以直接在“Time Liner”工具修改施工進度計劃表，根據(jù)計劃對附著模型做出調(diào)整，繼續(xù)運行模擬，反復模擬和逐步優(yōu)化，得出了合理、高效的施工進度計劃，切合現(xiàn)澆箱梁施工要求的施工進度模擬如圖6 所示。施工前組織施工班組依據(jù)該施工進度模擬方案展開三維可視化施工計劃部署，班組快速領會了施工進度計劃關鍵線路內(nèi)容，有效提高了現(xiàn)澆箱梁施工效率，如期完成施工任務。

圖6 施工進度模擬Fig.6 Construction Progress Simulation Chart

2.6 施工進度管理

現(xiàn)澆箱梁結構施工如實按照經(jīng)模擬后合理的施工進度計劃推進，基于Navisworks 軟件“Time Liner”工具創(chuàng)建的施工進度計劃表在模擬狀態(tài)下可顯示出各個時間點的工序進展情況和工程量數(shù)據(jù)［9］。項目管理人員實時查詢進度計劃節(jié)點的工程量和進度模型生成狀態(tài)，根據(jù)包含工程量信息的進度模型對比現(xiàn)場施工進度情況，現(xiàn)澆箱梁在頂板模板支架安裝施工階段存在進度滯后，該施工階段的進度模擬信息查詢?nèi)鐖D7所示，現(xiàn)場施工進度如圖8所示，可知現(xiàn)場頂模板支架施工率為0，滯后37.5%支架工程量。項目管理人員及時組織施工班組召開生產(chǎn)會議，對影響施工進度的因素進行分析，調(diào)整資源配置計劃，加大勞動力、材料、機械投入力度，增大施工強度，及時解決了施工進度滯后問題，精確控制了總工期不變，避免工期延誤。通過BIM-4D 技術在施工進度管理應用，可直觀監(jiān)管現(xiàn)場進度與進度模型同步情況，提高了項目進度管理效率，確保了施工進度可控［10］。

圖7 施工進度模擬信息查詢Fig.7 Query of Construction Progress Simulation Informationr

圖8 現(xiàn)場施工進度Fig.8 Site Construction Progress

3 結語

通過對橋梁現(xiàn)澆箱梁施工進行BIM 技術應用，得出以下結論：

⑴應用BIM 技術設計現(xiàn)澆箱梁支撐體系，直觀的建模過程可規(guī)避構件缺漏、放置位置不合理問題，降低了圖紙錯誤率。且通過參數(shù)化建模，縮短了建模時間，提高了支撐體系的設計效率；

⑵應用BIM 技術進行碰撞檢查，快速發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆箱梁結構模型和支撐體系模型組合后的碰撞點，通過導出的碰撞報告精準找到碰撞點位置信息，對碰撞部位進行協(xié)調(diào)，二次優(yōu)化支撐體系，使施工方案具有可行性，降低了返工率。

⑶應用BIM 技術進行施工場地布置、可視化技術交底、工程量統(tǒng)計、施工進度模擬、施工進度管理，很大程度上優(yōu)化作業(yè)空間，保證施工機械站位合理，提高技術交底效率，使施工安全有序開展，材料進場計劃精準，避免了材料浪費，提高施工進度管理力度，保證了項目經(jīng)濟效益，為同類型的橋梁現(xiàn)澆箱梁施工的BIM 技術應用提供了借鑒。