史瑞英， 賀洪波， 張現(xiàn)林

(1. 河北工業(yè)職業(yè)技術學院計算機技術系，河北 石家莊 050000；2. 中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021；3. 河北工業(yè)職業(yè)技術學院建筑工程系，河北 石家莊 050000)

BIM技術在永川長江大橋施工中的應用研究

史瑞英1， 賀洪波2， 張現(xiàn)林3

(1. 河北工業(yè)職業(yè)技術學院計算機技術系，河北 石家莊 050000；2. 中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361021；3. 河北工業(yè)職業(yè)技術學院建筑工程系，河北 石家莊 050000)

隨著國內(nèi)建筑業(yè)BIM技術越來越廣泛的應用，橋梁工程作為一種特殊的建筑，也應充分享受新的生產(chǎn)模式帶來的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益的提高。以BIM技術在重慶永川長江公路大橋施工中應用為例，分析 BIM 技術在橋梁施工中的應用過程以及創(chuàng)造的價值，進一步研究BIM技術如何在橋梁工程中發(fā)揮更有力的作用。

BIM技術；橋梁工程施工

建筑業(yè)信息化概念是 1975年由美國首次提出，但當時受制于技術未能實現(xiàn)。我國在2003年由建設部頒布了《2003–2008年全國建筑業(yè)信息化發(fā)展規(guī)劃綱要》，指出我國要運用信息技術實現(xiàn)建筑業(yè)跨越式發(fā)展。2008年參與“水立方”建設的建筑信息模型(building information modeling，BIM)技術開啟了我國建筑業(yè)從自動化到信息化的轉(zhuǎn)變，并且向低能耗、低污染、可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展。橋梁工程作為一種特殊的建筑，也應充分把握信息化技術帶給行業(yè)的變革時機，享受新的生產(chǎn)模式帶來的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益的提高。

1 永川長江公路大橋項目背景

重慶永川長江公路大橋，經(jīng)跨長江，其主跨為

608 m的雙塔雙索面混合梁斜拉橋，全長1 008 m，兩岸塔高分別為196.7 m和207.4 m，由76對斜拉鋼索拉托橋面。該橋梁的索塔是由塔柱、橫梁組成的鋼筋混凝土框架結構，主梁中跨采用PK斷面鋼箱梁，邊跨采用同外形的PK混凝土梁。橋梁施工中主要以預制構件為主，其運輸?shù)浆F(xiàn)場后進行拼裝、焊接、螺栓連接及相關作業(yè)，因此對構件的尺寸設計與生產(chǎn)的要求較高，如果生產(chǎn)的構件與現(xiàn)場不符，只能重新生產(chǎn)，這樣不僅影響施工進度，也會大大增加施工過程的成本。為保證其施工的順利進行，此項目采用了BIM技術作為輔助管理，對橋梁的二維圖紙進行三維模型搭建進而優(yōu)化設計，運用三維模型進行施工過程模擬及施工工序的合理安排。

2 BIM模型搭建及設計優(yōu)化

本項目中，首先根據(jù)工程項目組提供的設計圖紙由建模師應用 Autodesk Revit軟件進行模型的搭建，并且在建模的過程中對各個構件添加相應的參數(shù)與信息，這樣一方面可以檢測在構件中配筋、鏈接件的沖突問題，另一方面也可以為施工模擬提供模型支持。

2.1 基于設計圖紙的模型參數(shù)化、信息化設計

在應用Revit軟件搭建橋梁模型時，“族”的作用較為突出。永川長江大橋全橋共11種不同型號斜拉索，如果采用傳統(tǒng)CAD三維建模，需要先完成一個型號的拉索，再以該模型為基礎通過復制、修改、縮放等操作逐一創(chuàng)建其他型號。在使用Revit時，利用族工具，通過設置參數(shù)及關聯(lián)，創(chuàng)建一個基本拉索樣板，在其屬性信息中設置參數(shù)值，并進行修改便可實現(xiàn)所有型號斜拉索的創(chuàng)建。如果后期還需對拉索的結構或材質(zhì)等進行修改，也無需逐個編輯，只需對族文件中的樣例編輯，該項目中所有運用該修改族的構件將全部自動更新，圖 1顯示的就是一個參數(shù)化、信息化的斜拉索的族庫。

圖1 參數(shù)化、信息化斜拉索族庫

2.2 碰撞檢查與內(nèi)部結構的檢測

對于這樣一座規(guī)模龐大的橋梁工程，其設計是比較復雜的，為了滿足現(xiàn)實中結構的需要，需涉及大量的構件，特別是構件的連接處。在傳統(tǒng)的二維設計中，這些問題主要依靠設計師的經(jīng)驗在基于二維的圖紙上進行檢測，由于工程項目的復雜性，僅靠設計師的經(jīng)驗是很難一一檢測出圖紙中出現(xiàn)的大量問題。橋梁的三維BIM模型，其組成的各個構件都具有相應的工程參數(shù)，可以使用各種參數(shù)來驅(qū)動三維模型。該斜拉橋結構相對復雜、施工預埋件多，在設計中極易出現(xiàn)沖突問題，常遇到索導管、預應力管道、預埋件等空間位置碰撞，因此首先基于搭建的模型進行碰撞模擬檢測(圖2)，用來分析設計中存在的缺陷，以便提前作出處理[1]。根據(jù)項目的特點，碰撞檢測主要包括整體橋梁的檢測和部分構件間的檢測。檢測過程簡單方便，即在Navisworks(BIM軟件)導入搭建的模型，該軟件自動生成碰撞檢查分析。在碰撞檢查完成后，系統(tǒng)可自動顯示有碰撞沖突的構件或?qū)ο蟛⑸膳鲎矝_突報告。在施工前，施工方將這些需要變更的構件，通過與設計方的溝通進行解決，因此減少了在施工階段的材料、人工費的損失，也節(jié)省了施工的時間。

圖2 碰撞檢查模型圖

2.3 可出圖性

在應用Revit軟件建模過程中，模型中包含著豐富的非圖形數(shù)據(jù)信息。在三維模型形成的同時，二維的平、立、剖圖形也自動生成，建模人員可以根據(jù)需要在任何時候生成任意視圖，并且這些圖形互相關聯(lián)，一處修改，處處修改，避免了傳統(tǒng)施工圖繪制中經(jīng)常出現(xiàn)的上下結構類型或者尺寸對應不上的問題。并且生成的文件支持CAD格式的導入與導出。因此，利用 Revit的可出圖性，在進行鋼棧橋、箱梁鋼管支架等大型臨時結構建模后，可隨時導出二維圖紙與設計院二維圖紙進行對比，如圖3所示。

圖3 邊跨箱梁結構圖

3 基于BIM技術的施工管理優(yōu)化

橋梁的施工是一個復雜、動態(tài)的過程，隨著橋梁工程施工進度不斷地推進，工程的規(guī)模也在擴大，其復雜程度也在不斷地提高，這意味著施工項目管理的難度也會越來越大。目前的橋梁施工進度計劃都使用甘特圖，主要用數(shù)字與文字來表達，缺少圖形的可視化，這將導致施工人員無法清晰地了解施工的進度及各種構件之間復雜的關系。本項目將 BIM 模型與甘特圖導入到軟件Naviswork中，建立一個4D的施工模擬過程，該施工模擬過程可以直觀、精確地反應出整個橋梁施工的過程，如圖4所示。

圖4 4D施工模擬過程

3.1 施工過程的模擬與優(yōu)化

本項目中，施工人員利用BIM技術搭建的橋梁模型與施工進度表相結合，對施工過程進行了詳細的模擬，由項目管理人員與BIM建模師共同發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。在這個過程中主要基于項目人員的建議調(diào)整施工過程，更新BIM模型，直到最后獲得項目人員認可的施工工序，其過程如圖5所示。

圖5 基于BIM技術的橋梁施工優(yōu)化過程[2]

例如在斜拉橋鋼箱梁合龍施工的整個過程(包括橋面吊機、勁性骨架等)中，重點應用了BIM模型進行虛擬合龍。其合龍段理論長度4.4 m，重約89.5 t(含風嘴、排水管)。采用溫度配切法，利用4臺橋面吊機同步抬吊施工。由于本橋主跨跨度達

608 m，溫度變化 1 ℃將導致合龍間隙變化約7.2 mm。合龍精度要求高、時間緊迫。

傳統(tǒng)的鋼箱梁合龍施工過程常見形式是首先制定總體的施工流程，在施工技術復雜處配置傳統(tǒng)的CAD平面圖，無法可視化，這些因素導致其無法清晰地描述施工過程與各種工作的復雜關系，也不能完整清晰地表達鋼箱梁合龍施工的整個過程。

通過BIM技術與激光測距儀相結合，首先對合龍口進行了觀測，在勁性骨架鎖定后，通過連續(xù)觀測歸納分析，找到合理的合龍溫度，并通過這一溫度下的龍口姿態(tài)得出相應的合龍段精加工形狀及尺寸[3]。合龍口寬度測量采用手持式激光測距儀進行，其監(jiān)測數(shù)據(jù)與BIM模型進行對比，來確定合龍口的形狀、長度。然后BIM建模人員根據(jù)觀測溫度下合龍口姿態(tài)，通過參數(shù)的修改，檢查合龍段的配切長度是否滿足要求，并對合龍的過程進行模擬，將確定配切好的模型放入合龍口進行校核，此過程能夠直觀、精確地反應整個鋼箱梁合龍施工過程，如圖6所示。

圖6 傳統(tǒng)施工過程與BIM技術施工技術模型圖對比

3.2 施工管理的優(yōu)化

橋梁作為一種特殊的結構形式，在施工過程中，施工單位要依據(jù)施工進度進行材料的管理、安全監(jiān)控與質(zhì)量檢測等。通過BIM技術中的可視化施工過程模擬，可實時指導真實的施工過程，讓工人能夠提前更好地理解施工工藝、流程、協(xié)作方式、安全隱患，這不僅可以減少施工問題的產(chǎn)生，還可以提高管理人員的管理效率、減少管理中出現(xiàn)的問題。能夠?qū)蛄菏┕み^程可能出現(xiàn)的問題提前發(fā)現(xiàn)并解決，改變了傳統(tǒng)的管理思維模式，即由待問題發(fā)生后的“被動管理”轉(zhuǎn)變?yōu)樘崆鞍l(fā)現(xiàn)問題的“主動管理”，從而減少施工問題的發(fā)生、簡化施工現(xiàn)場管理。

例如本項目中鋼箱梁的施工管理中，鋼箱梁共分為41個梁段(6種類型)：標準梁段36個(A、B、C型)，合龍段1個(F型)，鋼混結合段2個(E 型)，特殊段2個(D型)，每個鋼箱梁在現(xiàn)場施工過程中要完成拼裝、焊接、螺栓連接及相關作業(yè)。并且鋼箱梁在施工中的制作順序、存放位置、運轉(zhuǎn)周期均需要認真考慮，稍有不慎將制約到工程進度，影響施工的順利進行，傳統(tǒng)的材料管理基本上是EXCEL表格。基于BIM技術的可視化的動態(tài)管理，對相關鋼箱梁物流的信息數(shù)據(jù)進行有效的記錄和管理。在橋梁工程施工中，就能大大緩解橋梁工程對鋼箱梁跟蹤帶來的管理壓力。并且在工人進入施工現(xiàn)場前，觀看鋼箱梁的信息及施工過程的模擬，也有利于提高生產(chǎn)組織、加快工序銜接，提升項目管理質(zhì)量，如圖7所示。

圖7 鋼箱梁的信息數(shù)據(jù)記錄與安裝模擬

因此，應用BIM技術的施工管理，指導真實的施工過程，在工人進入工地之前，利用模型了解橋梁的施工工序，熟悉構件的安裝方案與一些隱蔽工程中構件之間的連接形式，以及在施工過程中，對施工人員的安全問題進行監(jiān)管。這種管理方式改變了傳統(tǒng)的管理思想，充分應用信息化技術由被動地等待問題轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥厝ソ鉀Q問題，從而減少了施工過程中問題的發(fā)生，為工程順利、安全的進行提供了保證。

4 結 束 語

我國橋梁事業(yè)目前發(fā)展迅猛，為提高施工效率、保證工程質(zhì)量，大多數(shù)橋梁構件已選擇采用工廠預制，利用大型設備運至現(xiàn)場高精度拼裝。在本項目中鋼錨梁、鋼主梁等大型構件與BIM模型相結合，均采用了工廠預制，運用4D施工模擬對這些工況進行高精度測試，得出預制構件的合理尺寸信息，在工廠一次加工到位，有效克服現(xiàn)場施工環(huán)境、施工水平的不利因素，使得現(xiàn)場施工順利開展，有效地縮短了施工現(xiàn)場作業(yè)時間[4]。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，所有預制件若均依照設計圖紙直接加工，到現(xiàn)場安裝時會出現(xiàn)由于誤差累計、控制精度等因素需進行切割、修補等情況。因此，BIM 技術的使用能夠使橋梁施工單位掌控施工進度，科學有效進行施工組織[5]。整體或局部模型碰撞能有效避免施工中出現(xiàn)預料不到的錯誤，提供有效的幫助。相信隨著BIM技術的不斷成熟與發(fā)展，BIM技術在橋梁工程的應用將會越來越廣泛，從而提高其工程質(zhì)量、工作效率與管理水平。

[1] 洪 磊. BIM 技術在橋梁工程中的應用研究[D]. 成都:西南交通大學, 2012.

[2] 李紅學, 郭紅領, 高 巖, 等. 基于 BIM 的橋梁工程設計與施工優(yōu)化研究[J]. 工程管理學報, 2012, 26(6): 48-52.

[3] 李亭亭, 楊學會, 張德海, 等. BIM技術在預制裝配式工程中的應用研究[J]. 土木建筑工程信息技術, 2014, 6(4): 62-65.

[4] 屈 仆, 張東省, 薛保勇, 等. 大跨徑連續(xù)剛構橋梁合龍控制關鍵技術分析[J]. 公路交通科技: 應用技術版, 2014, (11): 5-7.

[5] 劉延宏. BIM技術在鐵路橋梁建設中的應用[J]. 技術研究: 鐵路技術創(chuàng)新, 2015, (3): 47-50.

The Application of BIM Technology in Yongchuan Changjiang Bridge Construction

Shi Ruiying1, He Hongbo2, Zhang Xianlin3

(1. Department of Computer Technology, Hebei College of Industry and Technology, Shijiazhuang Hebei 050000, China; 2. CCCC First Highway Xiamen Engineering Co., LTD., Xiamen Fujian 361021, China; 3. Department of Architecture, Hebei College of Industry and Technology, Shijiazhuang Hebei 050000, China)

Along with the domestic construction industry BIM technology is more and more widely used. Bridge engineering as a special building, also should enjoy the new mode of production of the improvement of production efficiency and econom ic benefit. The BIM technology application in the bridge construction process and created the value are analyzed by using of an example as in Chongqing Yongchuan Changjiang river highway bridge construction. The BIM technology is studied how to play a strong role in bridge engineering.

BIM technology; bridge engineering construction

TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2016040556

A

2095-302X(2016)04-0556-05

2015-10-08；定稿日期：2016-01-05

河北工業(yè)職業(yè)技術學院科學研究項目(ZZ-1303)

史瑞英(1976–)，女，河北唐山人，副教授，碩士。主要研究方向為BIM技術研究、建筑設計。E-mail：695955015@qq.com