摘要：針對(duì)大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工難以實(shí)現(xiàn)即時(shí)管控的現(xiàn)狀，以某一大跨徑預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋?yàn)槔?，融合BIM技術(shù)和有限元Midas Civil軟件，建立參數(shù)化的BIM模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)梁橋的4D施工模擬和施工狀態(tài)監(jiān)控。利用BIM中的Revit軟件設(shè)計(jì)出工程信息非常完整的BIM模型，并進(jìn)行過程的“碰撞檢測(cè)”。通過Navisworks軟件時(shí)間維度與參數(shù)模型關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)不同施工作業(yè)下的作業(yè)模擬和施工進(jìn)程控制。通過將BIM模型與Midas Civil軟件結(jié)合對(duì)梁橋施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置和危險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行施工狀態(tài)和穩(wěn)定性分析。將BIM技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際施工項(xiàng)目，能有效實(shí)現(xiàn)不同施工信息的交互和施工狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證了施工質(zhì)量和安全。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋；BIM；施工模擬

中圖分類號(hào)：TQ172；TP391.92文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）01-0165-04

Application of BIM technology in construction control of prestressed concrete continuous beam bridges

MA Zhenrong1，GUO Ruie2

（1.Xi’an University of Architecture and Technology Huaqing College，Xi’an 710043，China；

2.Xi’an Siyuan University，Xi’an 710038，China）

Abstract：In view of the fact that it is difficult to achieve real-time control in the construction of large-span pre?stressed concrete continuous beam bridges，taking a large span prestressed continuous beam bridge as an example，combining BIM technology and finite element Midas Civil software，a parameterized BIM model was established to realize 4 D construction simulation and construction state monitoring of continuous beam bridge.The Revit software in BIM was used to design a BIM model with complete engineering information，and the process was“collisionchecked”.Through the correlation of the time dimension and the parametric model of Navisworks software，the op?eration simulation and construction process control under different construction operations can be realized.Bycom?bining the BIM model with Midas Civil software，the construction status and stability analysis of the key node loca?tions and dangerous points of the girder bridge construction were carried out.The application of BIM technology to the actual construction project can effectively realize the interaction of different construction information and there?al-time monitoring of the construction status，ensuring the construction quality and safety.

Key words：prestressed continuous beam bridge；BIM；construction simulation

傳統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋施工中，對(duì)施工質(zhì)量的要求非常嚴(yán)格，以確保相關(guān)施工階段成橋的受力狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)形態(tài)[1]。隨著橋梁結(jié)構(gòu)跨度的增大，導(dǎo)致對(duì)施工監(jiān)控難度加大，對(duì)橋梁質(zhì)量帶來隱患[2]。建造信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用于橋梁建設(shè)項(xiàng)目中，通過建立數(shù)字化建筑信息模型，有效提高了工程質(zhì)量和生成效率[3-4]。在橋梁設(shè)計(jì)階段，利用信息技術(shù)對(duì)梁橋設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和仿真分析，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率[5]；在橋梁施工階段，通過數(shù)字化管理平臺(tái)和信息集成系統(tǒng)，對(duì)橋梁施工全過程進(jìn)行監(jiān)控和管理[6]；在橋梁運(yùn)營階段，將管理系統(tǒng)和自動(dòng)檢測(cè)信息集成，實(shí)現(xiàn)橋梁的智能化、現(xiàn)代化管理等[7]。目前，相關(guān)學(xué)者對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了不同研究工作，如將BIM、CAD和GIS技術(shù)融合來探討橋梁工程快速建模、成本預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用[8]。針對(duì)橋梁全壽命周期特點(diǎn)，運(yùn)用BIM+GIS建立梁橋三維模型，開發(fā)橋梁模型的全壽命管理平臺(tái)，并應(yīng)用于工程建設(shè)全過程等[9]。基于此，在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，以某一工程實(shí)例為對(duì)象，采用BIM技術(shù)引入到連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)施工監(jiān)控中，通過建立BIM模型與時(shí)間進(jìn)程的關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程進(jìn)行監(jiān)控，并引入Midas Civil有限元軟件對(duì)關(guān)鍵施工點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，提升施工質(zhì)量和施工安全性。

1橋梁參數(shù)模型建立

1.1工程背景

A大橋長5 360.82 m，主橋設(shè)計(jì)為3跨連續(xù)梁，跨徑72 m+128 m+72 m，橋面凈寬12.2 m。

擋砟墻內(nèi)側(cè)凈寬9.58 m，梁頂至軌底高0.71 m，軌下枕底最小道砟厚0.35 m，采用懸臂灌注法施工。梁體長273.5 m，采用單箱單室，隨著跨徑變化，箱梁高度和界面尺寸跟隨變化，中間支點(diǎn)梁高9.40 m，頂板厚度達(dá)到了50 cm，底板的最薄處、最厚處分別達(dá)到了48.5 cm、180 cm，并依據(jù)圓曲線出現(xiàn)相應(yīng)的變化?？梢砸罁?jù)曲線徑向來布置箱梁支座，縱向輪廓尺寸依據(jù)左線中心線進(jìn)行測(cè)量，按照曲線半徑來微調(diào)曲線內(nèi)、外緣梁長度。梁橋腹板厚度由40 cm按折線過渡到70 cm，最厚處達(dá)到90 cm，全橋拱設(shè)置5個(gè)橫隔板。

1.2 BIM模型創(chuàng)建

橋梁主梁采用單箱單室，以連續(xù)彎梁作為橋梁主體，所以要分節(jié)段對(duì)梁段模型實(shí)施處理，按照節(jié)端空間位置開展拼裝工作。借助Revit軟件內(nèi)的常規(guī)模型，依據(jù)梁段界面尺寸開展空心、實(shí)體2種放樣融合，以打造梁段族，而且把梁段的尺寸信息以及真實(shí)結(jié)構(gòu)材料等賦予分段模型。

梁橋樁基采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，2個(gè)邊墩各8個(gè)樁，2個(gè)中墩各16根樁。因?yàn)闃蚨漳Ｐ鸵约皹痘慕Y(jié)構(gòu)非常簡單，能夠在Reivit軟件內(nèi)對(duì)相關(guān)公制常規(guī)族實(shí)施拉伸放樣的方式創(chuàng)建出來，墩帽的創(chuàng)建通過嵌套族方式經(jīng)過多次拉伸、放樣融合，放置在指定空間位置。在創(chuàng)建球鉸BIM模型中，需要根據(jù)不同橋形轉(zhuǎn)盤直徑、厚度來確定。本橋中球鉸由下轉(zhuǎn)盤、上轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)軸和滑片構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤直徑2.7 m，厚40 cm，根據(jù)施工圖紙，采用公制模型族建立下轉(zhuǎn)盤模型，首先建立空心圓盤、下轉(zhuǎn)盤主體、角鋼族、肋板后，按照空間位置實(shí)施嵌套，然后組合為球鉸下轉(zhuǎn)盤。

由于球鉸結(jié)構(gòu)導(dǎo)致上下轉(zhuǎn)盤鋼筋布置的復(fù)雜度大大增高，本文在Revit中創(chuàng)建面向各類鋼筋的族，結(jié)合控件的具體位置打造相應(yīng)的球鉸鋼筋模型，采取相同措施在公制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上打造橋墩、承臺(tái)、樁基等各類鋼筋結(jié)構(gòu)。

1.3碰撞檢查

根據(jù)施工圖紙，采用Revit軟件將建立的橋梁三維模型導(dǎo)入Navisworks軟件中，利用軟件模塊的Clash Detective工具進(jìn)行模型的碰撞測(cè)試，如圖1所示為0號(hào)塊普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力管道進(jìn)行的碰撞檢查，其中共發(fā)現(xiàn)13處碰撞點(diǎn)。

2 BIM在梁橋施工控制的應(yīng)用

2.1控制信息平臺(tái)集成

傳統(tǒng)工程施工進(jìn)度管理由于缺乏可靠的進(jìn)度信息獲取手段，造成信息處理低效。BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、維護(hù)、施工、運(yùn)營等多個(gè)環(huán)節(jié)的信息共享以及傳遞[10]。在BIM中，首先選擇Revit創(chuàng)建控制信息集成平臺(tái)，以屬性類為信息管理基本框架進(jìn)行梁橋模型分析，作為信息構(gòu)件，并按照構(gòu)件劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)項(xiàng)目模型屬性添加編碼，確保構(gòu)件分類管理[11]。

2.2 4D施工模擬

4D施工模擬在BIM三維模型上增加時(shí)間參數(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬施工全過程。在BIM中，將建立的Revit模型以.nwc格式導(dǎo)入到Navisworks中，對(duì)施工全過程進(jìn)行4D模擬。Navisworks中將設(shè)計(jì)、施工和其他項(xiàng)目數(shù)據(jù)組合在單個(gè)項(xiàng)目模型中，在視點(diǎn)利用紅線標(biāo)識(shí)工具進(jìn)行標(biāo)記，以記錄、呈現(xiàn)相關(guān)問題，促進(jìn)交流與審查工作。為快速制作動(dòng)畫，首先通過創(chuàng)建集合對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拆分，將項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃表加入構(gòu)件模塊中，系統(tǒng)提供了第三方程序?qū)牒蚑imeLiner手動(dòng)添加的方式進(jìn)行項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃添加。

通過4D模擬BIM施工能保證施工階段信息的一致性，它可以供給組件的相關(guān)表格視圖和屬性、類型、名稱，各施工產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)均可被當(dāng)作自動(dòng)評(píng)估竣工條件和設(shè)計(jì)之間偏差的前提。施工進(jìn)度表中將每項(xiàng)活動(dòng)完成的百分比在視圖界面展示，當(dāng)一項(xiàng)任務(wù)完成后，下一個(gè)任務(wù)可視前，可立即制定檢查計(jì)劃，保證質(zhì)量檢查過程與施工過程相一致，參與方可通過BIM技術(shù)改變進(jìn)程，保證項(xiàng)目進(jìn)程和工藝技術(shù)更準(zhǔn)確、高效的合作。

3橋梁穩(wěn)定性分析

3.1 BIM參數(shù)模型的導(dǎo)入

搭建好預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的相關(guān)BIM模型后，為降低結(jié)構(gòu)模型和BIM模型領(lǐng)域的重復(fù)建模，采取參數(shù)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，將Revit模型轉(zhuǎn)換成可以進(jìn)行力學(xué)性能分析和驗(yàn)算的Midas Civil結(jié)構(gòu)模型[12]。由于Mi?das Civil軟件僅提供導(dǎo)出ifc格式模型渠道，缺少BIM模型導(dǎo)入Midas Civil接口，采取參數(shù)化設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)模型與BIM模型，使建模工作減少[13]。

Midas Civil通常情況下采取梁單元開展相應(yīng)的受力分析，結(jié)構(gòu)模型不需要建立具體的細(xì)節(jié)構(gòu)件，首先采用初始設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得相應(yīng)界面間距的針對(duì)性界面輪廓簇，構(gòu)建自適應(yīng)族樣本，采取Dynamo領(lǐng)域中的“創(chuàng)建中心線”節(jié)點(diǎn)包，得到梁橋中心線，采取“Curve.SplitBy Points”節(jié)點(diǎn)在載荷施加位置、邊界約束處等特殊位置設(shè)定節(jié)點(diǎn)間距，然后借助“Model Curve.ByCurve”節(jié)點(diǎn)獲得所需要的梁橋中心線。

Revit中能導(dǎo)出CAD格式.dxf文件，將梁橋中心線.dxf文件導(dǎo)入Midas Civil中，這樣就創(chuàng)建好了節(jié)點(diǎn)單元，使Rvieit項(xiàng)目中的界面輪廓組以.dxf格式文件的形式導(dǎo)出，采取Midas Civil中的相關(guān)截面特性把.dxf格式轉(zhuǎn)換成.sec格式的Midas Civil截面文件。在Midas Civil中將截面特征值打開，采取設(shè)計(jì)用數(shù)值截面導(dǎo)入.sec格式界面，創(chuàng)建好界面。采取相同手段來創(chuàng)建另外的截面模型。

在Midas Civil中，可以在相應(yīng)單元內(nèi)拖入已經(jīng)創(chuàng)建好的截面，運(yùn)用界面組成快捷完成Midas Civil梁橋模型搭建，其中預(yù)應(yīng)力筋模型可將各預(yù)應(yīng)力筋坐標(biāo)賦值在Midas Civil預(yù)應(yīng)力中的鋼束形狀中，通過坐標(biāo)點(diǎn)生成預(yù)應(yīng)力筋的結(jié)構(gòu)模型，建立的預(yù)應(yīng)力鋼束結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。

3.2結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

根據(jù)查閱資料和現(xiàn)場(chǎng)施工情況，對(duì)于連續(xù)梁橋施工而言，轉(zhuǎn)動(dòng)體系由于結(jié)構(gòu)和受力復(fù)雜，施工過程中難以把控施工質(zhì)量和施工進(jìn)程，因此，本節(jié)將建立的BIM模型導(dǎo)入到Midas Civil中進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)分析。首先在Revit中建立轉(zhuǎn)動(dòng)體系模型，導(dǎo)出為.sec格式，導(dǎo)入到Midas Civil中，并設(shè)置模型材質(zhì)、參數(shù)，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加邊界條件和載荷形式等，進(jìn)行網(wǎng)格劃分的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從設(shè)計(jì)計(jì)算的相關(guān)結(jié)果來看，因?yàn)?9號(hào)墩以及20號(hào)墩二者的受力比較接近，墩頂支座受到的橫向支反力達(dá)到了42 684 kN，轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)重4 240.7 kN。因此選取19號(hào)墩為研究對(duì)象，依據(jù)具體施工軌道，在19號(hào)墩球鉸下轉(zhuǎn)盤正中心以及底部間隔120°都配置3個(gè)應(yīng)力監(jiān)控點(diǎn)。

3.3應(yīng)力分析結(jié)果

根據(jù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)布置位置，確定球鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的應(yīng)力狀態(tài)分布。本文分別選擇轉(zhuǎn)動(dòng)前、轉(zhuǎn)動(dòng)角度為10°、30°和55°條件下球鉸鏈轉(zhuǎn)盤橫向、縱向、豎向、第一主應(yīng)力和第二主應(yīng)力值分析，具體應(yīng)力值見表1所示。

由表1可知，連續(xù)梁進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，球鉸整體上的應(yīng)力狀態(tài)變化基本穩(wěn)定。測(cè)點(diǎn)1、2有所增加橫向應(yīng)力，但增幅在0.1 MPa以內(nèi)。測(cè)點(diǎn)3在轉(zhuǎn)體達(dá)到10°前，球鉸應(yīng)力狀態(tài)有所下降，隨后應(yīng)力值上升，但變化幅度也較小。同樣，連續(xù)梁轉(zhuǎn)體縱向應(yīng)力狀態(tài)下，測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2的縱向應(yīng)力呈現(xiàn)一個(gè)先下降后上升的趨勢(shì)，但整體變化幅度在0.1 MPa以內(nèi)。連續(xù)梁的豎向應(yīng)力狀態(tài)在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中一直保持在一個(gè)很小的變化幅度內(nèi)上下波動(dòng)。從以上計(jì)算結(jié)果能夠了解到，球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)非常平穩(wěn)，下承臺(tái)具有可靠安全的混凝土結(jié)構(gòu)，滿足受壓條件。

4結(jié)語

（1）通過BIM中的Revit軟件建立大橋臨時(shí)構(gòu)件族庫以及核心構(gòu)件族庫，按照所建立的空間位置關(guān)系以及平面坐標(biāo)開展拼組工作，設(shè)計(jì)出工程信息非常完整的BIM模型，并以Navisworks軟件模塊的Clash Detective工具進(jìn)行模型的碰撞測(cè)試和渲染處理；

（2）將BIM模型和Navisworks軟件整合，通過TimeLiner建立模型構(gòu)件與時(shí)間維度的4D施工模擬，將Revit軟件與BIM模型和有限元軟件Midas Civil結(jié)合，對(duì)梁橋施工過程中的梁單元和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力分析，實(shí)現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算。

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（責(zé)任編輯：平海，蘇幔）