農左 周鑫

摘要：在小半徑大橫坡橋梁施工管理中，BIM模型數據與現(xiàn)場的實際施工情況交互效果較差，常常出現(xiàn)BIM信息斷鏈的問題，導致BIM信息技術無法高效應用到小半徑大橫坡橋梁施工環(huán)境中。文章依托小半徑大橫坡橋梁——黃艾大橋預制箱梁架設工程，提出了基于BIM的小半徑大橫坡橋梁信息化技術體系，創(chuàng)建了BIM信息模型，建立參數化構件族，模擬關鍵施工工序，提高箱梁架設準確性，降低失穩(wěn)風險，避免了重點工序沖突的返工現(xiàn)象，實現(xiàn)了BIM技術在小半徑大橫坡橋梁施工中的應用，提高了施工品質，保證了施工質量，為今后小半徑大橫坡橋梁的施工提供參考。

關鍵詞：BIM技術；施工模擬；小半徑；大橫坡；預制橋梁

中圖分類號：U445.3A240795

0引言

在復雜結構工程中，利用BIM技術的可視化優(yōu)勢可以加強施工與數據之間的協(xié)調交流，為施工工作提供數據支撐，因而BIM技術在橋梁工程中的應用越來越廣泛［1］。

現(xiàn)階段，BIM技術在橋梁的施工過程中具有動態(tài)管理的特點，通過集成各參建方的信息數據，建立橋梁的三維模型，通過可視化處理，實現(xiàn)重難點結構處的施工模擬。同時，BIM技術在設計、施工、運維等過程中均有重要的應用。龍波等［2］以大跨徑鋼管混凝土拱橋為應用點，利用BIM模型實現(xiàn)橋梁結構的屈曲穩(wěn)定分析，改善了橋梁空間布局與成果表達信息缺失的問題；陳剛［3］以預制T梁為目標，采用基于BIM技術的Revit軟件的三維建模鋼筋碰撞檢查優(yōu)勢，探討了鋼筋之間的干擾問題，優(yōu)化了T梁施工過程中的鋼筋安裝情況；周群等［4］以南寧市快環(huán)綜合整治項目（北湖立交）改造工程為實例，利用BIM技術的信息化特點針對裝配式市政橋梁傳統(tǒng)設計管理提出了有效方案，提高了BIM技術在橋梁設計管理的應用能力；張勝超等［5］提出了一種基于Dynamo插件的預制箱梁BIM模型參數化建模方法，實現(xiàn)了預制箱梁BIM模型的快速精準建模，提升了預制箱梁曲線建模的精度。

在小半徑大橫坡橋梁施工過程中，傳統(tǒng)的二維圖紙在橋梁整體與細部結構中難以實現(xiàn)精細化展示，且工作量較大。同時，如橋梁建設受到環(huán)境影響產生圖紙變更，則需要修改大量的二維圖紙［6］，耗費大量的人力成本，這一現(xiàn)象在跨越山溝和村道復雜環(huán)境下，特別是橋梁走線涉及池塘及農田的情況下尤為突出。目前，預制梁這一工藝的出現(xiàn)使得橋梁上下部結構物可以同時進行施工，雖然能夠縮短建設工期和保證預制梁的施工質量，但裝配式橋梁工程質量的好壞，不僅取決于預制梁的施工，還取決于其安裝效果［7］。由于橋梁線性弧度影響，外懸臂梁與內部梁的橫隔板常會出現(xiàn)錯位現(xiàn)象，特別是在小半徑大橫坡的橋梁工程條件下，橫隔板錯位問題尤為突出。本文依托小半徑大橫坡橋梁——黃艾大橋預制箱梁架設工程，提出了基于BIM的小半徑大橫坡橋梁信息化技術體系，創(chuàng)建了BIM信息模型，建立參數化構件族，模擬關鍵施工工序，提高箱梁架設準確性，降低失穩(wěn)風險，避免了因重點工序沖突的返工現(xiàn)象，實現(xiàn)了BIM技術在小半徑大橫坡橋梁施工的應用，提高了施工品質，保證了施工質量，為今后小半徑大橫坡橋梁的施工提供參考。

1工程概況

黃艾大橋采用5×20 m裝配式預應力混凝土箱梁，先簡支后連續(xù)，橋梁全長107.5 m，橋梁寬度為12.15 m，交角為90°。橋位平面位于R=155 m的左偏圓曲線，橋面橫坡為單向8%，橋面最橫坡大高差為97.2 cm，橋面縱坡為-2.45%。大橋預制箱梁共20片，單跨預制箱梁5片，橋梁前進方向右高左低，從右至左每跨梁片編號為主梁1#～5#。橋墩采用矩形蓋梁柱式墩，橋臺采用樁柱式橋臺。黃艾大橋橋梁平面布置如下頁圖1所示，立面布置如下頁圖2所示。該橋工程難點是轉彎半徑小、橫坡大，架梁施工安全隱患多、安全風險高、難度大，亟須一種有效合理的可視化手段確保工程安全高質量施工。在按常規(guī)設計和架設施工工藝不可能完成的情況下，通過BIM建模及施工模擬提前發(fā)現(xiàn)可能存在問題，從而優(yōu)化施工工藝，最后成功完成梁片架設。

2工程關鍵性難點

黃艾大橋為跨越山溝和村道而設置，大小樁號兩端地形陡峭，小樁號前進方向左側為池塘及農田，由于造價定額限制，改移大橋位置，將大橋橫坡放小、將轉彎半徑放大的施工較為困難，因此從設計的方向去解決大橋建造問題不切實際。通過BIM技術建模，將橋梁所處的地形以及橋梁上下構結構物按結構詳細尺寸進行建模，再將建立好的模型按照坐標位置放樣，將得到的成果模型對比設計指標要求，提前預判該橋施工過程中出現(xiàn)的問題［8］。黃艾大橋在施工過程中面臨的關鍵性難點如下：

（1）對有轉彎弧度的預制梁的預制施工，通常是在梁端兩側通過對端頭角度和邊梁懸臂參數的調整，從而完成對橋梁線性弧度的調整。在大曲線半徑的上構預制及施工過程中，橋梁橫隔板錯位較小，可忽略不計，但在小半徑大橫坡的橋梁工程條件下，橫隔板錯位問題尤為突出。經在模型中的測量，該橋在第三跨外懸臂梁相鄰內部一片梁的橫隔板錯位嚴重，達到37.2 cm（見圖3）。

（2）預制梁和現(xiàn)澆梁的橫坡正常設置為2%～4%，黃艾大橋橋面橫坡坡度達8%（見圖4）。預制的標準箱梁橫斷面坡度為2%，這需要保證上構箱梁穩(wěn)定且不影響橋梁的受力情況下，在支座墊石處、橋面處位置調出余下6%的橫坡。

（3）箱梁架設的風險問題。由于蓋梁頂部存在著接近1 m的高差，架橋機在箱梁架設和過孔時存在較高的傾覆風險；橋梁的轉彎半徑過小，正常喂梁時梁體與架橋機存在過大的角度，梁體無法進入架橋機，常規(guī)雙導梁架橋機可能無法完成所有梁片架設。

3BIM模型的建立

3.1BIM技術應用目標

在小半徑大橫坡的橋梁工程中，BIM技術可通過圖紙與參數值的三維呈現(xiàn)傳遞有效施工信息，信息在傳遞過程中應注意數據之間的積累，結合現(xiàn)場的施工順序，將設計數據、專業(yè)信息以及精細模型集成至工程對象中［9］。在小半徑大橫坡橋梁中部分橋身結構和橋墩結構為異型結構，箱梁橫截面高度在縱橋方面為曲線走勢，常規(guī)的建模手段無法連續(xù)建立完整的異型橋結構，因此需采用參數化建模手段。本研究提出了基于BIM的小半徑大橫坡橋梁信息化技術體系，主要應用目標體系（如圖5所示）。

3.2創(chuàng)建橋梁中心線

小半徑大橫坡黃艾大橋的橋位平面位于R=155 m的左偏圓曲線，建模初期需滿足橋梁中心線的確定，因此本研究提出了一種樁號坐標定位中分法提取橋梁中心線。通過已知的橋墩樁號坐標數據（如表1所示），輸入對應的坐標，生成連貫的坐標體系，以橋墩號坐標作為參考值，分別計算出對應的中心點坐標，獲取連續(xù)的中心坐標后，以R=155 m的圓曲線連接對應所有中心坐標生成連續(xù)線，即可創(chuàng)建橋梁中心線，如圖6所示。

3.3創(chuàng)建參數化橋梁異型構件

通過橋梁模型的創(chuàng)建，連續(xù)梁橋的異形結構主要集中在箱梁與橋墩位置，考慮到能夠與施工相結合，在設計階段會涉及不同結構的箱梁與橋墩，因此設計了參數化模型，通過改變尺寸和類型即可驅動生成不同結構的模型形狀，主要目的在于以參數變量的形式提高模型修改效率，進一步提升BIM模型的建模效率與精度［10］。參數化創(chuàng)建構件流程如下頁圖7所示。

在這一過程中，可使用剪切、拉伸與放樣三種功能在實體中挖去多余實體以創(chuàng)建橋墩不規(guī)則模型；連續(xù)箱梁模型創(chuàng)建過程中需要考慮橫縱坡的設置，可通過角度參數設計橫坡。參數化模型如下頁圖8所示。

3.4橋梁模型的創(chuàng)建

以樁號坐標定位中分法獲取橋梁中心線，并采用參數化建模完成異型橋墩與箱梁模型的建立，通過建立不同階段的模型，提高建模效率，降低容錯率，進一步提升了工作效率，最終完成小半徑大橫坡黃艾大橋的三維模型創(chuàng)建，如圖9所示。

通過對大橋三維模型的建立，將設計圖紙和參數值反映至模型最終成橋狀態(tài)，查看成橋狀態(tài)的不合理之處。由于該橋轉彎半徑太小，操作空間受到極大制約，正常喂梁時梁體與架橋機存在13°夾角，梁體無法進入架橋機，常規(guī)雙導梁架橋機不能完成所有梁片架設。為減少架橋機兩道承重主梁和后支腿對Ｔ梁喂梁時的位置限制，做了以下優(yōu)化改造：（1）縮短架橋機主梁長度，僅保留40 m；（2）減小橫向寬度；（3）根據梁片角度變化調整后支腿的位置和高度；（4）充分利用優(yōu)化后的操作空間，盡量減小架橋機橫移軌道的不平行角度，降低架橋機橫移的難度和脫軌的風險。通過對架橋機改裝后的受力驗算分析，架橋機穩(wěn)定性滿足施工要求。但架橋機過跨后無法在橫移軌道上一次完成單跨T梁架設任務，需調節(jié)后支腿的法蘭盤和橫移軌道才能完成邊梁架設。當法蘭盤調節(jié)完成并連接后，架橋機主梁存在一定扭矩；當后支腿作為支點時架橋機前支腿將產生較大位移，存在較大安全隱患。為消除這部分扭矩造成位移帶來的安全隱患，采取法蘭盤和橫移軌道同時調節(jié)、多次微調的方法，大大減小了前后支腿位移的差異，也減少了主橫梁因軌道不平行而產生的扭矩，安全地完成邊梁架設。

3.5施工工藝模擬

創(chuàng)建黃艾大橋三維模型，并針對重難點的復雜工藝進行準確的施工模擬后，可發(fā)現(xiàn)鋼筋空間沖突、施工步驟、結構扭曲以及樁號定位等問題，并做出相應的整改方案。依據BIM技術的可視化特征輔助項目施工，實現(xiàn)鋼筋碰撞檢查，并通過模擬施工完成項目施工人員的技術交底工作，加深管理人員以及施工人員對小半徑大橫坡的大橋橋梁結構的了解，進一步提高小半徑大橫坡橋梁施工質量。

從預制梁制作至橋梁施工，結合工藝模擬，通過BIM技術在小半徑大橫坡大橋施工過程的應用，可總結以下注意事項：（1）梁片吊裝前或喂梁前，必須做好設備的檢查工作及試吊，做好前期的工程測量放樣；（2）過孔中必須保持架橋機平穩(wěn)緩慢前行，保證前支架的穩(wěn)定與垂直狀態(tài)，前、后支腿起頂以及保險跺支撐是否牢固；（3）過孔選用的配重梁均為需要架設的3#或4#中梁，過跨成功后，可以直接將配重梁“對號入座”地安裝；（4）梁片起吊前，先用鋼墊板保護T梁底角和T梁翼板角，再用鋼絲繩兜底扣住鋼墊板，確保T梁梁體不受損，鋼絲繩兜底位置應靠近Ｔ梁兩端支座預埋鋼板；（5）架橋機前支腿和中托對應的橫移軌道要通過枕木和水準儀調平，鋼軌道兩端各3 m范圍要用槽鋼或工字鋼加固，同時要與蓋梁固結好，以防架設邊梁時架橋機在軌道上偏心，導致鋼軌道受剪斷裂；（6）喂梁時，當梁體吊離運梁車2 cm時，暫停作業(yè)，在細致觀察后，確認一切正常方能繼續(xù)起吊；（7）落梁時，需等梁片做好臨時加固后，方可卸下吊裝鋼絲繩。

4結語

隨著社會經濟的發(fā)展，山區(qū)公路路網建設日益完善，尤其在復雜地形山區(qū)公路上，小曲線半徑大橫坡的預制梁預制安裝設計應用日益廣泛，但其施工難度高。本文以BIM技術設計小半徑大橫坡橋梁信息化技術體系，創(chuàng)建BIM信息模型，建立參數化構件族，模擬關鍵施工工序，提高了箱梁架設準確性，降低了失穩(wěn)風險，避免了因重點工序沖突的返工現(xiàn)象，實現(xiàn)了BIM技術在小半徑大橫坡橋梁施工中的應用。通過優(yōu)化設計，對常規(guī)的施工進行精準把控和工藝創(chuàng)新，從源頭入手，用BIM基礎的建模及模型調整的方法，模擬特殊施工工藝，找出錯位與碰撞現(xiàn)象，克服施工難點，安全完成架設任務，并在黃艾大橋預制箱梁工程中順利應用，為小半徑大橫坡橋梁施工積累了寶貴經驗，可為同類工程橋梁設計施工提供借鑒。

參考文獻

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作者簡介：農左（1993—），工程師，主要從事交通工程建設與BIM技術應用管理工作。