劉建偉(中交二公局第六工程有限公司，陜西西安 710075)

基于BIM的變截面橋體可視化施工技術(shù)應(yīng)用研究

劉建偉
(中交二公局第六工程有限公司，陜西西安 710075)

隨著現(xiàn)代三維模擬技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的模擬模型被運(yùn)用到土木建設(shè)工程。BIM具有強(qiáng)大的可視化與信息集成的特點(diǎn)，逐漸成為橋梁建設(shè)中的重要工具。將BIM運(yùn)用在變截面橋體可視化施工技術(shù)中，能提升對橋梁工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件與施工臨時構(gòu)件的把握，從而有效保證橋梁建筑的施工質(zhì)量。本文以武漢某條橋體建設(shè)工程為例，詳細(xì)闡述了BIM在變截面橋體可視化施工技術(shù)的應(yīng)用。

BIM；變截面橋體可視化；施工技術(shù)

引言

現(xiàn)如今對于橋梁的施工要求越來越高，其設(shè)計(jì)形狀、負(fù)荷強(qiáng)度相較于過去都有了很大的變化。變截面橋體施工技術(shù)也變得越來越發(fā)復(fù)雜，傳統(tǒng)的施工技術(shù)根本無法完成其要求。BIM又稱為建筑信息模型，是將所需要的建筑工程中的各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息作為基礎(chǔ)的模型。運(yùn)用BIM能是變截面橋體在可視化的情況下施工，有效提升了對施工質(zhì)量的把控，減少了返工量，提升整個工程的工作效率。

1.BIM的特點(diǎn)

1.1 可視化

可視化技術(shù)對于橋梁建筑行業(yè)的作用是非常大的，它能將紙上的設(shè)計(jì)圖通過三維立體模擬技術(shù)直觀的展現(xiàn)人們眼前，不需要工作人員發(fā)揮自己的想象力去幫助理解。BIM不只是提供了一種“可視化”的角度，并即將橋體間構(gòu)件形成互動性和反饋性也直觀的體現(xiàn)出來，讓整個施工的方案設(shè)計(jì)、技術(shù)選擇都有一個有利的依據(jù)支持。

1.2 協(xié)調(diào)性

BIM的協(xié)調(diào)性主要體現(xiàn)在對各種專業(yè)碰撞問題協(xié)調(diào)。橋體建筑是一項(xiàng)系統(tǒng)的、涉及專業(yè)廣泛的過程。在施工方案設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)師因?yàn)榉N種原因沒有辦法進(jìn)行詳細(xì)的溝通，對方案中所存在的問題也可以一時沒有覺察，待到施工時才發(fā)現(xiàn)。這時無論是修改方案，還是調(diào)整施工設(shè)計(jì)，都是一項(xiàng)不小的工程。BIM就完成能夠避免此類狀況。在施工方案設(shè)計(jì)之初，運(yùn)用BIM建筑信息模型，可以對各專業(yè)的碰撞問題進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，供各專業(yè)設(shè)計(jì)師參考。

1.3 模擬性

模擬性可以說是BIM最基本、也最為顯著的特點(diǎn)。BIM可以根據(jù)施工的組織設(shè)計(jì)要求模擬出實(shí)際施工的過程，從而更為合理的指導(dǎo)施工方案的設(shè)計(jì)。并運(yùn)用其5D模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑成本的合理控制與后期緊急情況疏散。

1.4 優(yōu)化性

整個設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)營的過程可以看作是一個不斷優(yōu)化的過程。BIM能提供橋梁建筑優(yōu)化前與優(yōu)化后的實(shí)際數(shù)據(jù)，讓相關(guān)人員能有效把握整個施工計(jì)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化的方向。BIM的優(yōu)化型主要體現(xiàn)在兩個方面，一是對項(xiàng)目方案的整體優(yōu)化；一是對建筑中的特殊部分優(yōu)化。

2.BIM在橋體施工中的應(yīng)用的優(yōu)勢

2.1 提升關(guān)鍵施工技術(shù)的把控

BIM的3D技術(shù)能直觀、生動的模擬橋體施工過程，其是復(fù)雜的施工程序與特使的施工技術(shù)。不同于傳統(tǒng)平面的施工設(shè)計(jì)圖紙，BIM的圖紙能直接用于現(xiàn)場施工指導(dǎo)，且易于接受理解，使整個施工更加順利。BIM圖紙能從多個角度展現(xiàn)施工內(nèi)容與工序，并且與實(shí)際施工環(huán)境有著高度的統(tǒng)一。大幅度降低或避免施工人員對圖紙誤讀的幾率，減少了不必要的返工工作。

預(yù)應(yīng)力鋼筋的排布合理是影響整個橋梁工程質(zhì)量的關(guān)鍵所在。BIM能在施工前就對鋼筋、波管與預(yù)應(yīng)力鋼筋的排布進(jìn)行高效的模擬，并通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M對其進(jìn)行檢查，并優(yōu)化其排布方式[1]。加大了對預(yù)應(yīng)力的質(zhì)量把控，大幅度提升了工程的質(zhì)量效果。而孔洞預(yù)留、凈距離檢查與特殊位置模板、手腳架放置方案這些繁瑣、復(fù)雜又對施工影響有著重要影響的程序，都可以通過BIM來進(jìn)行高度模擬并找到最優(yōu)解決方案。

2.2 有效縮短施工的進(jìn)度

梁橋施工是是一項(xiàng)系統(tǒng)的、動態(tài)化的過程。因施工過程復(fù)雜、施工程序繁瑣，因此其施工工期常，且長期占用城市空間，對周邊的影響較大。傳統(tǒng)的平面施工圖紙無法將施工技術(shù)、過程可視化，致使整體的施工管理低下，無法進(jìn)行有效的進(jìn)度管理。BIM模型運(yùn)用現(xiàn)代先進(jìn)的多維模擬技術(shù)，從多個視角模擬在現(xiàn)了施工過程與工序，在施工前就協(xié)調(diào)了各專業(yè)之間的矛盾，讓整個施工變得清晰直觀。及時的發(fā)現(xiàn)施工中存在的隱患及可能出現(xiàn)的問題，在施工前就對其進(jìn)行有效的修改，避免了后期的返修，優(yōu)化了整個施工流程，提升施工的整體管理度，有效縮短的工期。

2.3 優(yōu)化施工現(xiàn)場布置

橋梁工程一般都是位于交通要塞或城市中心地段，施工場地有限，且對周圍影響大。因此合理的布置施工現(xiàn)場，能最大限度的降低對周圍環(huán)境的影響，提升對施工現(xiàn)場的利用率。傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)圖紙只能大致標(biāo)出施工周圍的環(huán)境與施工現(xiàn)場，無法對施工現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)全面的描繪。BIM模型能模擬出施工現(xiàn)場布置后的情況，通過其多維視覺的模擬管理技術(shù)，能有效的進(jìn)行動態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化施工現(xiàn)場布置的目的。

其中最為重要的是對施工材料堆放與機(jī)械進(jìn)出的路線安排。施工材料堆放位置的是否合理直接決定了其二次搬運(yùn)的效果。當(dāng)施工材料堆放過少，就會拖長施工工期，導(dǎo)致施工無法正常進(jìn)行；若堆放材料過多，就會占用過程的施工現(xiàn)場，致使本就不夠充裕的施工場地變得更加擁擠、雜亂；若施工材料堆放的位置不合理，就需要進(jìn)行二次搬運(yùn)或多次搬運(yùn)，如此就增加了整體的施工成本[2]。而機(jī)械基礎(chǔ)的路線不合理也會對正常施工產(chǎn)生一定的影響。應(yīng)該用的機(jī)械不到位，或由于路線問題導(dǎo)致需要二次移動，期間也會才生不必要的施工成本。

3.BIM在變截面橋體可視化施工中的應(yīng)用

3.1 工程概況

該橋梁位于武漢市黃埔街與金橋大道段，全長圍為250米，主跨長為142米，邊跨分為兩部分，一部分長42米，一部分長80米，該橋?yàn)楠?dú)塔雙索斜拉橋。主橋梁采用雙邊箱梁截面，主梁為變截面，左幅主梁寬寬度不變，但右幅主梁寬度發(fā)生線性變化。橋面的標(biāo)準(zhǔn)寬度為40.0米，變寬度有39米漸變?yōu)?9.99米，梁高為3.9米。主跨跨越12股鐵路線，每股鐵路線共分為21各節(jié)段；塔梁固結(jié)段主要采用支架澆筑法與掛籃懸臂澆筑法。

3.2 可視化施工模型的建立

本工程所使用的BIM軟件系統(tǒng)為“Autodesk Revit”、“Navisworks”等國內(nèi)最常使用的軟件[3]。這兩款然間都能夠構(gòu)建非常復(fù)雜的建筑模型。根據(jù)軟件需求，我們將每一個建筑構(gòu)件都看做是軟件所需要的“族”，并攝入相應(yīng)的參數(shù)變化加載如項(xiàng)目文件中，讓系統(tǒng)自動構(gòu)建出各個構(gòu)建的空間關(guān)系與平面坐標(biāo)位置。以同樣的方式建立施工模型。如此便可以構(gòu)建出所需要的施工模型與建筑模型了。

3.3 可視化施工子模型的建立

整體的施工模型建立后，就需要以此為基礎(chǔ)，輸入相關(guān)的數(shù)據(jù)以構(gòu)建個個施工的子模型。按照軟件建立模型的要求，鋼筋模型必須建立在鋼筋混凝土模型上面，因此只有在斜拉橋的各個緩凝土構(gòu)建都建模之后才能建立起鋼筋模型。根據(jù)對工程概況分析，，可以了解到需要建立以下施工模型：

（1）場地模型：輸入該橋梁的具體位置與斜拉橋的52號墩、5352號墩、5452號墩與52號墩。

（2）結(jié)構(gòu)模型：①群樁承臺：將各鉆孔樁、樁基的根數(shù)、長度與直徑全部輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)就會建立一個群樁承臺的參數(shù)，這個參數(shù)會直觀的現(xiàn)實(shí)灌注樁的根數(shù)、樁直徑、長度與承臺的尺寸，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動繪制相關(guān)的三維圖像。工程人員可以根據(jù)這些圖像計(jì)算出所需要的建設(shè)工人、材料、機(jī)械與大致的施工時間[4]。②墩柱與主塔：該橋梁工程中有三個邊墩柱，所以只需要建立一個墩柱群，在其下面設(shè)立三個不同類型即可。數(shù)據(jù)三個邊墩柱的實(shí)際參數(shù)，如高度、直徑便可以了。如相關(guān)的參數(shù)發(fā)生改變，BIM的參數(shù)也會自動改變。③箱梁：該橋梁工程是采用雙邊箱梁的形式，且箱梁的寬度呈線性變化。因?yàn)橹皇瞧渲髁河曳孛鎸挾劝l(fā)生變化，因此其中兩個邊箱的寬度不會發(fā)生變化[5]。簡化建立變截面箱梁的建族，忽略箱梁定的雙向橫坡。在建立有箱梁模型是將一節(jié)箱梁分為左右兩幅，分別建族[6]。之后只需要輸入實(shí)際的數(shù)據(jù)便可。④拉索模型：因拉索是用專門的廠家直接生產(chǎn)，故可以不用建立非常精細(xì)的模型，其建立方式也是通過建族，輸入拉索的長度及具體坐標(biāo)即可[7]。當(dāng)其中某一個拉索的參數(shù)發(fā)生變化，只需要之間移動該拉索，并修改相關(guān)的數(shù)據(jù)參數(shù)即可。

（3）鋼筋模型：在施工土著的基礎(chǔ)上，運(yùn)用建群及輸入?yún)?shù)的方式分別建立了灌注樁、承臺、墩柱、箱梁、箱梁與預(yù)應(yīng)力管道的鋼筋模型，需要注意的是，變截面箱梁鋼筋與預(yù)應(yīng)力感到的鋼筋模型要運(yùn)用常規(guī)模型族的建立方式建立。該模型主要用于建設(shè)所需的鋼量計(jì)算，并對鋼筋材料下料進(jìn)行指導(dǎo)，為之后的施工模擬與設(shè)計(jì)方案提供有力的支持。

結(jié)論

經(jīng)BIM運(yùn)用在變截面橋體可視化施工技術(shù)中，能直觀的從多個視角感受施工過程與施工技術(shù)，提升對施工質(zhì)量的把控，有效的縮短工期，降低整個工程的建設(shè)成本。BIM采用的多維視覺直觀生動的模型了施工過程，優(yōu)化了施工方案與設(shè)計(jì)，這是傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)圖所不能比擬的。隨著BIM不斷的深入發(fā)展，其將成為現(xiàn)代橋梁建設(shè)中最為不可獲取的重要工具。

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