【摘要】文章基于BIM技術(shù)對跨京杭大運河的大跨度橋梁施工進行了系統(tǒng)研究。通過BIM三維建模技術(shù)，建立了橋梁地形模型、樁基與墩身模型、連續(xù)梁結(jié)構(gòu)模型及鋼筋模型，優(yōu)化施工過程中的進度控制、材料整合和安全性分析。研究表明，BIM技術(shù)在橋梁施工中具有顯著的優(yōu)勢，能夠提高施工效率、保障質(zhì)量，并有效降低成本與風(fēng)險，為大跨度橋梁的建設(shè)提供了新的技術(shù)思路與實踐參考。

【關(guān)鍵詞】BIM技術(shù)；大跨度橋梁；模型建立；施工信息化

【中圖分類號】TU201.4 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）11-0013-03

0 引言

我國作為基建大國，橋梁鐵路的建設(shè)是實現(xiàn)城鄉(xiāng)結(jié)合、打通偏遠地區(qū)與經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)聯(lián)系的紐帶。BIM是一種基于數(shù)字技術(shù)的建筑設(shè)計和管理方法，能夠?qū)蛄旱母鱾€方面集成到一個三維模型中，實現(xiàn)橋梁的全生命周期管理。BIM與橋梁結(jié)合，不僅能夠提高橋梁的設(shè)計效率和質(zhì)量，降低橋梁的成本和風(fēng)險，還能夠促進橋梁的創(chuàng)新和優(yōu)化，增強橋梁的功能和美觀。本文以蘇北京杭大運河大跨度橋梁的建設(shè)作為實例進行分析，采用新型的建筑信息建模技術(shù)，遵循常規(guī)橋梁鐵路的建造步驟：可行性分析、中期設(shè)計、后期施工、遠期維護的四個階段，在互聯(lián)網(wǎng)、計算機以及傳統(tǒng)的技術(shù)結(jié)合下，能夠更加有效地提高工程的質(zhì)量與速度，以期加快適應(yīng)未來的基礎(chǔ)建設(shè)工程步伐[1]。

1 工程概況

1.1 項目總體概況

邳州市境內(nèi)有一座跨越京杭大運河的重要橋梁工程。這座特大橋位于運河的特定區(qū)段，起自邳州市鳳彬船廠，止于汪莊東，全長約1.58 km。橋梁主體結(jié)構(gòu)采用了系桿拱連續(xù)梁的設(shè)計，其中跨越運河的主跨長達168 m，兩側(cè)各有83.9 m的邊跨與之相連。

這座橋的建造采用了多種施工技術(shù)。主跨采用了懸臂澆筑法，利用掛籃逐段施工；邊跨則使用了支架現(xiàn)澆的方式。整個施工過程按照“支架法澆筑0#塊、懸臂施工主梁、邊跨現(xiàn)澆、合龍”的順序進行，最終完成這座橫跨京杭大運河的宏偉橋梁。該橋距離上游約50 m處就是著名的隴海鐵路跨京杭運河特大橋，兩座大橋遙相呼應(yīng)，共同見證了這條千年運河的現(xiàn)代化發(fā)展。

1.2 工程重難點

項目橋梁具有以下特性：①京杭大運河為Ⅱ級通航河道，此橋為特殊結(jié)構(gòu)，不可預(yù)見性和不可控因素較多且跨度大，技術(shù)復(fù)雜，施工干擾大；②此橋是本段的控制工程，工期壓力大；③梁體為變截面連續(xù)箱梁，且位于縱坡上，線形控制難度大。鑒于此，對于跨京杭大運河連續(xù)梁拱主跨的模型的構(gòu)建，為尋求最佳解決方案，在確保施工進度與施工質(zhì)量以及人員安全的問題的基礎(chǔ)上，采用BIM技術(shù)進行三維建模是勢在必行的。

2 BIM的構(gòu)建

2.1 地形模型構(gòu)建

前期工作包括地質(zhì)勘探和地形考察，匯總了關(guān)鍵地形特征，同時采用無人機航拍技術(shù)進行高精度的數(shù)據(jù)采集，并結(jié)合點云技術(shù)，構(gòu)建了精確的三維地形模型。在Revit軟件中，用戶可以根據(jù)實際的地理數(shù)據(jù)或自定義的參數(shù)，生成和編輯地形模型，以模擬和分析地形的特征和影響。例如，可以在Revit軟件中進行道路的規(guī)劃和設(shè)計，考慮道路的位置、方向、坡度、曲率、交叉口等因素，以及道路對地形和環(huán)境的適應(yīng)性和影響。此外，通過地形模型的精細化建模和分析，設(shè)計人員可以直觀地評估項目施工的可行性，優(yōu)化項目設(shè)計方案[2]。連續(xù)梁所處原始地形初步架橋模型如圖1所示。

2.2 樁基與墩身模型的構(gòu)建

在前期數(shù)據(jù)采集的條件下，基于詳細的施工圖紙對樁基、承臺、橋墩身進行三維BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)建模。為了實現(xiàn)“一次創(chuàng)建，多次使用”的設(shè)計思路，需要充分利用BIM的共享功能，確保各個專業(yè)之間的協(xié)同和數(shù)據(jù)的共享。通過這樣的協(xié)同設(shè)計，提高了模型構(gòu)建的效率和精確性，減少了設(shè)計和施工過程中的返工和錯誤，同時提高了數(shù)據(jù)的集成程度。

2.2.1 樁基、承臺模型構(gòu)建

對于樁基以及承臺的構(gòu)建，設(shè)計人員依照該連續(xù)梁的樁基和承臺的建造作為案例進行詳細模擬。在BIM中，首先創(chuàng)建樁基族文件的子文件，并將其載入到承臺族文件中。接著，依據(jù)前期的施工圖紙，為每個構(gòu)件設(shè)定準確的尺寸關(guān)系，并對族的類型進行參數(shù)化定義，確保每一個構(gòu)件在模型中的準確性和可修改性。這一過程不僅確保了模型的精確性和靈活性，還為后續(xù)的設(shè)計優(yōu)化和施工階段奠定了堅實的基礎(chǔ)。通過BIM的參數(shù)化設(shè)計功能，設(shè)計人員可以靈活調(diào)整構(gòu)件的尺寸和形式，以適應(yīng)不同的施工需求，極大提高了設(shè)計效率和工程質(zhì)量。具體繪制的承臺以及樁基的模型如圖2所示。

2.2.2 墩身模型構(gòu)建

墩身模型的三維結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建與承臺聯(lián)合模型建立相似，區(qū)別于承臺與樁基的建造過程的是，墩身是橋梁的重要組成部分，它承受著橋面的荷載和環(huán)境的作用。墩身的外部結(jié)構(gòu)通常具有復(fù)雜的形狀和細節(jié)，如曲線、變截面、裝飾等，這些特征在BIM下難以用傳統(tǒng)的建模方法準確地表達和描述。因此，墩身的外部結(jié)構(gòu)在BIM下建模是一項具有挑戰(zhàn)性的工作，需要運用高級的建模技術(shù)和工具，如參數(shù)化、自定義族、掃描等，才能實現(xiàn)圖紙要求的建模效果。墩身模型如圖3所示。

2.3 連續(xù)梁梁體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建

考慮到該橋梁建造的復(fù)雜性，在現(xiàn)場進行構(gòu)件數(shù)據(jù)測繪較為困難，以及該橋的大部分的構(gòu)件無法直接利用BIM軟件進行繪制，因此需要對在該橋建設(shè)過程的每一個構(gòu)件進行系統(tǒng)性的參數(shù)化建模。

在模型構(gòu)建的時候其重中之重就是對于支架搭設(shè)部分參數(shù)建模。

對于支架搭設(shè)部分的建造，因為考慮到研究進行的三維建模橋梁0#塊長為17 m，中心高9.5 m，底寬13.6 m，總方量為1 405.9 m3，重量為3 585.045 t。

0#塊包含5 m等截面段和12 m變截面段，每側(cè)外露墩身梁體6 m，采用鋼管立柱法一次性澆筑成型。兩側(cè)各設(shè)一排3根φ1.5 m鋼管柱，間距5.1 m，用槽鋼連接并灌注C50混凝土。柱頂?shù)子?2 mm鋼筋與0#塊和承臺相連，環(huán)向布置45根，分別伸入1 m和1.5 m。柱底與承臺頂32 mm厚預(yù)埋鋼板焊接固定。具體BIM建造如圖4所示。

2.4 連續(xù)化鋼筋建模

在BIM下的鋼筋建模是一個亟待解決的問題，需要不斷地探索和創(chuàng)新建模方法和技術(shù)。因為鋼筋的形狀、數(shù)量、位置、連接等都非常復(fù)雜，難以用簡單的幾何元素表示，傳統(tǒng)的Revit對于這種復(fù)雜化的鋼筋建模留存有很大的局限。

在三維BIM下，對于連續(xù)梁中的鋼筋構(gòu)建是建模的重要評判標準[3]。它直接影響著模型的準確性和完整性，以及后續(xù)的設(shè)計、施工、檢測等工作的質(zhì)量和效率。因此為了解決這些問題，設(shè)計人員擬采用Dynamo軟件進行鋼筋模型線的編程以及繪制，繪制完成后再進行轉(zhuǎn)化。這兩種軟件的結(jié)合減少了傳統(tǒng)鋼筋建模的繁雜工作量，提高了鋼筋建模的準確性。

現(xiàn)場施工的時候，鋼筋統(tǒng)一在鋼筋加工場內(nèi)加工運到現(xiàn)場綁扎。鋼筋原材料及鋼筋半成品根據(jù)所需加工出不同形狀。而在三維BIM建模下，由于橋梁的不同部位對于鋼筋的型號要求不同，以及對應(yīng)的形狀要求也各不相同，而且在進行鋼筋敷設(shè)的時候，還要考慮鋼筋所需要的對于外緣混凝土的保護厚度要求。依附BIM下的結(jié)構(gòu)框架族進行項目的載入，同時結(jié)合實際施工圖紙對應(yīng)的鋼筋的尺寸以及形狀進行對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。最后根據(jù)鋼筋在布設(shè)時候的要求進行剖切面布置如圖5所示[4]。將混凝土的構(gòu)造信息、選用鋼筋的信息，以及預(yù)應(yīng)力孔道的信息集成在一起，其具體的連續(xù)型箱式橋梁鋼筋預(yù)應(yīng)力管道的箱梁模型如圖6所示。

3 BIM技術(shù)施工階段應(yīng)用

BIM技術(shù)是一種基于數(shù)字技術(shù)的建筑設(shè)計和管理方法，它能夠?qū)⒔ㄖ母鱾€方面（如結(jié)構(gòu)、材料、施工、維護等）集成到一個三維模型中，實現(xiàn)建筑的全生命周期管理。BIM技術(shù)能夠利用模擬施工的方法，對施工方案進行預(yù)演和優(yōu)化，提前發(fā)現(xiàn)和解決施工中可能出現(xiàn)的問題和風(fēng)險，提高施工的效率和質(zhì)量。BIM技術(shù)還能夠通過項目管理的功能，對施工過程中的人員、物資、設(shè)備、進度、成本等進行實時的監(jiān)控和控制，保證施工的順利進行[5]。BIM技術(shù)更能夠通過安全性的分析，評估施工中的安全隱患和事故概率，制定和執(zhí)行有效的安全措施，保障施工人員和設(shè)備的安全。BIM技術(shù)是一種創(chuàng)新、高效、智能的建筑施工方法，它能夠為建筑施工帶來諸多的好處。

另外在傳統(tǒng)的施工組織設(shè)計中，行業(yè)內(nèi)通常采用Microsoft Project做施工進度計劃，展示的是二維的施工進度，而利用BIM進行的施工進度控制，Navisworks可以將Microsoft Project文件鏈接到模型項目中為施工的組織和控制提供依據(jù)和指導(dǎo)。進度計劃應(yīng)該采用動態(tài)管理的方式，根據(jù)施工的實際情況和變化，及時調(diào)整和更新，保持進度計劃的有效性和合理性。進度計劃還應(yīng)該體現(xiàn)出施工的結(jié)構(gòu)，最終實現(xiàn)施工現(xiàn)場管理水平的高效化，以及施工現(xiàn)場資源整合的合理利用。

4 結(jié)語

利用BIM技術(shù)在跨京杭大運河連續(xù)大跨徑梁施工的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)形式為系桿拱連續(xù)梁，主跨為168 m連續(xù)梁的建模過程，充分利用BIM技術(shù)的協(xié)同性進行三維建模。建造的模型在滿足施工進度周期的情況下，對于施工材料的整合、物資的儲備以及基建耗費控制都滿足設(shè)計要求，對于BIM技術(shù)的發(fā)展提供了很好的推動力。

研究中還發(fā)現(xiàn)，當前BIM技術(shù)還不能很好地協(xié)同多種軟件進行項目的構(gòu)建，希望可以早日開發(fā)出具有多種交互性的BIM軟件，以期推動建筑、結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的精益化發(fā)展。

參考文獻

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