李東麗 楊杰 黨國(guó)棟

摘要 隨著計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的興起和數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，BIM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的許多行業(yè)。由于BIM模型的建模精度不同，導(dǎo)致了在整個(gè)項(xiàng)目中的作用也不同。文章將以山東省淄博市白塔外環(huán)橋項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)橋梁為背景，從設(shè)計(jì)、加工和安裝項(xiàng)目全過(guò)程準(zhǔn)確介紹精細(xì)化BIM模型在該項(xiàng)目中實(shí)際使用及發(fā)揮出的各項(xiàng)作用。

關(guān)鍵詞 精細(xì)化BIM ；項(xiàng)目全過(guò)程；鋼結(jié)構(gòu)橋梁

中圖分類號(hào) TU85文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）12-0033-03

0 引言

BIM技術(shù)已逐漸進(jìn)入人們的視野，并逐漸廣泛應(yīng)用于各類工程項(xiàng)目中[1]，但BIM信息模型具有不同的精度和等級(jí)，即精度越高，BIM模型的應(yīng)用范圍越廣。如果BIM模型的精度一般，則可參考的模型信息將相對(duì)有限。綜上所述，不同的項(xiàng)目和需求可以使用不同等級(jí)的BIM模型，模型精度越高，越能夠在項(xiàng)目指導(dǎo)中發(fā)揮更多的優(yōu)勢(shì)。該文將通過(guò)山東省淄博市白塔外環(huán)橋項(xiàng)目來(lái)闡述精細(xì)化BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)、加工及安裝的全過(guò)程應(yīng)用方式及創(chuàng)新點(diǎn)。

1 項(xiàng)目概況

白塔外環(huán)橋位于山東省淄博市博山外環(huán)路，橋梁所在道路為二級(jí)公路，路面寬18 m，為瀝青混凝土路面?，F(xiàn)有橋梁泄洪能力不滿足河道防洪標(biāo)準(zhǔn)，橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)存在外露，缺乏安全防護(hù)措施，橋梁荷載等級(jí)不滿足現(xiàn)行橋梁標(biāo)準(zhǔn)，該次擬將老橋拆除，在原址新建橋梁。

新建橋梁采用鋼板梁橋，跨徑組成為（35.5+9.0+35.5）m，全橋長(zhǎng)80 m。上部結(jié)構(gòu)為正交異形鋼橋面板工字鋼梁，橋墩為V形，橋臺(tái)采用樁柱式橋臺(tái)，見圖1。

該項(xiàng)目需要解決的重難點(diǎn)列舉如下：

（1）白塔外環(huán)橋鋼拱造型為弧形，由此增加了加工制造和現(xiàn)場(chǎng)安裝的難度。

（2）該橋上部主體結(jié)構(gòu)為工字鋼梁，橫隔板斜交布置。因此對(duì)應(yīng)的橫隔板及加勁肋安裝角度和斜向相交尺寸難以把控。

（3）箱體構(gòu)件間采用栓接形式連接，螺栓孔空間關(guān)系復(fù)雜又密集，對(duì)制造和安裝精度要求極高。

（4）現(xiàn)場(chǎng)安裝跨越河流，支架擺放及定位不容易找正位置，結(jié)構(gòu)受力需要重點(diǎn)控制。

如采用精細(xì)化BIM技術(shù)輔助加工和安裝，即可解決對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目難點(diǎn)，最大限度地節(jié)約資源成本并縮短工期。

2 精細(xì)化BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 BIM模型精度確定

為了確保BIM模型能夠?qū)υ擁?xiàng)目存在的重難點(diǎn)進(jìn)行施工指導(dǎo)，采用了等級(jí)較高的精細(xì)化模型，確保能夠依據(jù)BIM技術(shù)為整個(gè)項(xiàng)目帶來(lái)深入指導(dǎo)，將BIM技術(shù)落到實(shí)處，解決問(wèn)題。

2.2 BIM技術(shù)在弧形鋼拱中的應(yīng)用

一個(gè)完整的橋梁弧形鋼拱包含著復(fù)合空間曲線及變寬變高等結(jié)構(gòu)參數(shù)，傳統(tǒng)的計(jì)算方式較難準(zhǔn)確計(jì)算，而且占用一定的時(shí)間。利用精細(xì)化BIM建模則可以完整地將這些參數(shù)包含在內(nèi)，進(jìn)行整體放樣生成，且準(zhǔn)確度達(dá)到毫米級(jí)別。因此，在橋梁鋼拱的深化階段利用BIM技術(shù)省去人工計(jì)算，放樣過(guò)程見圖2。

精細(xì)化放樣后BIM模型自動(dòng)提取計(jì)算弧形鋼拱曲線的參數(shù)坐標(biāo)，并轉(zhuǎn)化為空間曲線，該空間曲線既是橋梁弧形鋼拱走向的關(guān)鍵引導(dǎo)線，也是橋梁鋼拱設(shè)計(jì)和安裝的基準(zhǔn)曲線。利用精細(xì)化BIM模型放樣可以保證整體的準(zhǔn)確性。

BIM模型的空間曲線是橋梁鋼拱形狀的基準(zhǔn)，后期依據(jù)空間引導(dǎo)線可完成鋼拱截面以及鋼拱整體模型放樣。當(dāng)遇見設(shè)計(jì)變更時(shí)，可直接調(diào)整該曲線的坐標(biāo)，達(dá)到快速變更的目的，提高了工作效率。

鋼拱放樣后，拱和梁結(jié)構(gòu)存在的沖突問(wèn)題很難從CAD圖紙中提前檢查和發(fā)現(xiàn)。BIM技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的功能就是碰撞檢查功能，碰撞檢查功能可以快速、準(zhǔn)確地檢查整個(gè)BIM模型的碰撞點(diǎn)，并輸出結(jié)果。該功能的實(shí)現(xiàn)主要有軟件自帶的碰撞檢查功能和專門的碰撞軟件兩種途徑[2]。碰撞檢查包括硬碰撞和軟碰撞兩種。硬碰撞是指實(shí)體與實(shí)體之間存在交叉沖突，而軟碰撞則指的是實(shí)體間實(shí)際并沒(méi)有交叉沖突，但間距和空間無(wú)法滿足安裝、維修等相關(guān)施工要求，精細(xì)化BIM模型可以直觀地對(duì)干涉問(wèn)題進(jìn)行提前檢查，規(guī)避碰撞風(fēng)險(xiǎn)。干涉檢查中的應(yīng)用見圖3，圖中陰影部位為干涉部位。

檢查完鋼拱和主梁模型，利用BIM軟件可以直接生成碰撞報(bào)告[3]。將干涉進(jìn)行分類，分析干涉形成的原因，便于設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免將問(wèn)題帶到施工中。

2.3 BIM技術(shù)在斜交連接節(jié)點(diǎn)中的研究

此次所建白塔外環(huán)橋上部結(jié)構(gòu)隔板為斜向相交，因此對(duì)應(yīng)的橫隔板及加筋肋安裝角度和斜向相交尺寸難把控。

在精細(xì)化BIM模型中通過(guò)建模軟件對(duì)斜交橫隔板與加勁肋的節(jié)點(diǎn)孔進(jìn)行實(shí)際配切修改，并且調(diào)整加筋孔尺寸留出余量方便在場(chǎng)內(nèi)拼裝焊接。模型修整完成后再批量深化出圖，即可保證出具的圖紙準(zhǔn)確。因?yàn)锽IM建立的是三維模型，所以可以測(cè)量空間任何兩點(diǎn)的距離，通過(guò)BIM模型準(zhǔn)確測(cè)量?jī)?yōu)化斜交尺寸，最終完成深化圖紙的定稿。

當(dāng)深化圖定稿后需要采購(gòu)相應(yīng)的鋼板，因?yàn)樵擁?xiàng)目零件結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的圓弧構(gòu)造，在材料準(zhǔn)備時(shí)如何保證準(zhǔn)確且提高利用率一直是被關(guān)注的重點(diǎn)。如果采用傳統(tǒng)的圓弧輪廓計(jì)算方式，會(huì)產(chǎn)生較大的鋼材浪費(fèi)，所以利用精細(xì)化BIM技術(shù)導(dǎo)出的圓弧零件輪廓既可達(dá)到精準(zhǔn)正確，而且極大地節(jié)約成本。

當(dāng)生成最優(yōu)輪廓后，即可與自動(dòng)化排版軟件結(jié)合，保證最優(yōu)輪廓合理自動(dòng)排布在鋼板內(nèi)。

通過(guò)自動(dòng)排版，可發(fā)現(xiàn)鋼材的利用率有了明顯的提高，最重要的是依托精細(xì)化BIM技術(shù)可以無(wú)遺漏地完成零部件排布，直接提升了提料布料的準(zhǔn)確率，降低了原材的使用成本[4]。

2.4 BIM技術(shù)對(duì)栓接精度的控制

該白塔外環(huán)橋項(xiàng)目中梁段間連接形式大量采用栓接，因此對(duì)工廠內(nèi)加工螺栓孔位精度及現(xiàn)場(chǎng)拼接螺栓孔定位精度提出了更高的要求。所以在精細(xì)化BIM模型基礎(chǔ)之上加裝了現(xiàn)場(chǎng)定位裝置并自動(dòng)導(dǎo)出加工詳圖，見圖4，使橋梁在制造之初就保證螺栓孔的精確位置，到現(xiàn)場(chǎng)組裝有基準(zhǔn)可以參照。有效地減輕了現(xiàn)場(chǎng)拼接難度，提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率。

在螺栓孔對(duì)位方面，根據(jù)三維可視化模型查看螺栓接頭位置，避免制造及施工過(guò)程中出現(xiàn)的應(yīng)力分布不均及螺栓間相互干涉的問(wèn)題。檢測(cè)無(wú)誤后將模型參數(shù)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入數(shù)控激光切割機(jī)，采用激光割孔，確?？孜坏募庸ぞ取Ｍ瑫r(shí)，為了保證數(shù)以千計(jì)的栓接板與梁段匹配，為每個(gè)栓接板都賦予了二維碼，便于追溯安裝箱體，做到零件與箱體完全匹配，在提高效率的同時(shí)又最大化在安裝階段保證了螺栓孔位的對(duì)正。

2.5 BIM技術(shù)在安裝過(guò)程中的應(yīng)用

在曲線型鋼拱安裝階段，需在橋位作業(yè)前安裝支架，應(yīng)用精細(xì)化BIM技術(shù)在模型上能準(zhǔn)確測(cè)量支架任意點(diǎn)的坐標(biāo)，模型測(cè)量后，再利用GPS設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)定位，確保位置的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在場(chǎng)外吊裝作業(yè)過(guò)程中，利用BIM技術(shù)能模擬施工現(xiàn)場(chǎng)地形及支架擺放位置，并且能預(yù)先確定場(chǎng)地大小及作業(yè)面是否充分等情況，盡可能地減少吊裝工序配合不合理及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)不協(xié)調(diào)的情況。

該白塔外環(huán)橋項(xiàng)目中橋梁鋼拱先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝后再整體吊裝，拼組后首先將鋼拱用履帶吊立起，立起后檢查鋼拱變形量和履帶吊情況，確認(rèn)符合要求后平穩(wěn)起吊至現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)支架上。

根據(jù)上述施工工藝，將精細(xì)化BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，施加荷載和邊界條件就能計(jì)算出鋼拱吊裝時(shí)所受應(yīng)力，同時(shí)在箱梁吊裝前對(duì)支架的承載能力進(jìn)行計(jì)算，確保安裝過(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。BIM支架結(jié)構(gòu)模型計(jì)算過(guò)程的模擬分析見圖5。

3 精細(xì)化BIM技術(shù)在項(xiàng)目中的成效

3.1 提高深化圖紙效率和準(zhǔn)確率

利用BIM技術(shù)精細(xì)化放樣圓弧鋼拱，之后可以導(dǎo)出加工詳圖。加工詳圖可直接指導(dǎo)施工和加工，提高了圖紙的準(zhǔn)確率。因該項(xiàng)目采用精細(xì)化BIM出圖，并且在出圖期間將干涉提前進(jìn)行了處理，因此圖紙正確率為100%。

3.2 重難點(diǎn)可視化

在加工前，對(duì)斜交橫隔板BIM模型的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，確保處理后的節(jié)點(diǎn)符合實(shí)際的斜交特性，無(wú)誤后導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)大樣圖，大樣圖可以對(duì)工廠進(jìn)行技術(shù)交底，也可以生成切割數(shù)據(jù)進(jìn)行直接加工，保證斜交節(jié)點(diǎn)能夠準(zhǔn)確實(shí)施。在該項(xiàng)目?jī)?nèi)采用BIM技術(shù)深化了斜交節(jié)點(diǎn)，節(jié)省拼裝工期2～3日。

3.3 減少加工報(bào)廢率

鋼結(jié)構(gòu)橋梁中存在大量帶有空間曲線的構(gòu)件，如該項(xiàng)目中的弧形鋼拱，利用BIM技術(shù)建立精細(xì)化BIM模型后，直接由模型轉(zhuǎn)二維圖紙，避免手動(dòng)計(jì)算繪制不規(guī)則輪廓構(gòu)件，提高準(zhǔn)確率，使該項(xiàng)目零件報(bào)廢率達(dá)到0%。

4 結(jié)語(yǔ)

將精細(xì)化BIM技術(shù)運(yùn)用到項(xiàng)目管理工作中，不僅可以提高工作水平，還可以為企業(yè)在各個(gè)方面節(jié)省項(xiàng)目成本。由于精細(xì)化BIM技術(shù)在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、制造和安裝中起著指導(dǎo)性作用，因此使得更多的施工人員可以通過(guò)BIM模型及時(shí)了解項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過(guò)該工程的順利驗(yàn)收，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)的推廣價(jià)值。

在未來(lái)的項(xiàng)目中，精細(xì)化BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目施工有著重要的指導(dǎo)意義，是工程行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)項(xiàng)目體量大、造型復(fù)雜時(shí)，可以采用細(xì)化BIM模型指導(dǎo)施工，做到針對(duì)性指導(dǎo)，精細(xì)化管控，最終節(jié)約成本，提高效率。

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