劉立揚(yáng)

上海建工集團(tuán)工程研究總院 上海 201114

1 項(xiàng)目概述

1.1 工程概況

北虹路立交為上海北橫通道西邊的起點(diǎn)，由高架主線、8條匝道和1條人非行道橋組成，總長度19 km。

1.2 項(xiàng)目特點(diǎn)

北虹路立交段位于北橫通道的起點(diǎn)位置，具有項(xiàng)目體量大、工期緊張、管理難度大的主要特征。

北虹立交與周邊環(huán)境密切相關(guān)，項(xiàng)目上跨現(xiàn)有中環(huán)線，沿線小區(qū)密集，緊貼商業(yè)地塊，下部結(jié)構(gòu)又與新涇港河道穿插，工程邊界條件復(fù)雜。本項(xiàng)目采用裝配式結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件、大型鋼箱梁的加工、運(yùn)輸、吊裝環(huán)節(jié)受到地理?xiàng)l件約束較多，施工段位于人流密集、交通繁忙區(qū)域，對安全文明施工及施工區(qū)域規(guī)劃等有了更高的管理要求。

1.3 BIM技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)

北虹路立交作為大體量的市政工程，其BIM技術(shù)實(shí)施的目標(biāo)是貫穿設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期的運(yùn)用，在虛擬環(huán)境中對項(xiàng)目的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)及工況進(jìn)行模擬并優(yōu)化，提高項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量，能在各施工階段及各工程參與方之間無損傳遞項(xiàng)目信息并不斷累積完善的數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)，達(dá)到交付運(yùn)營單位進(jìn)行運(yùn)營維護(hù)管理的要求。在工程實(shí)施過程中，全面運(yùn)用BIM技術(shù)，在設(shè)計(jì)方案優(yōu)化、施工方案模擬、交通組織、管線搬遷、質(zhì)量及安全缺陷管理等方面為工程實(shí)施提供技術(shù)支持[1-4]。

2 BIM技術(shù)在大型構(gòu)件施工中的應(yīng)用

市政工程在施工階段采用BIM技術(shù)的案例較多，參數(shù)化建模、施工模擬、協(xié)同平臺(tái)管理等應(yīng)用對方案實(shí)施及優(yōu)化有著顯著的作用。BIM模型作為高度信息集成的三維可視化載體，大型構(gòu)件的施工模擬能輔助方案決策，規(guī)避實(shí)際操作中的風(fēng)險(xiǎn)，整體加強(qiáng)項(xiàng)目管理水平。

2.1 大型構(gòu)件施工模擬應(yīng)用流程

1）確定建模和施工模擬軟件，收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如周邊交通信息、航道信息、周邊地物信息、場地圖紙等，結(jié)合專項(xiàng)方案制訂初步實(shí)施計(jì)劃，形成吊裝順序和時(shí)間計(jì)劃。

2）對施工設(shè)備、場布、周邊環(huán)境等進(jìn)行建模，將施工進(jìn)度、場地布置等相關(guān)信息關(guān)聯(lián)到模型，建立施工組織模型。

3）根據(jù)交通組織模擬、航道運(yùn)輸模擬、有限元結(jié)構(gòu)分析等，調(diào)整工序間搭接穿插關(guān)系，多方案比對，優(yōu)化施工工序。

4）參照進(jìn)度計(jì)劃安排進(jìn)行吊裝模擬。

5）將模擬結(jié)果匯總，對工序、資源、平面布置綜合優(yōu)化，將相關(guān)內(nèi)容更新至模型，并編制模擬分析報(bào)告。

2.2 進(jìn)度計(jì)劃分析及編制

采用WBS編輯器來進(jìn)行進(jìn)度分析的編輯，創(chuàng)建進(jìn)度計(jì)劃、WBS及施工段劃分，創(chuàng)建WBS與Microsoft Project的雙向通道；通過BIM模型，對施工進(jìn)度進(jìn)行查詢、調(diào)整和控制，使計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度既可以用甘特圖表示，又可與BIM模型相互關(guān)聯(lián)，以可視化的方式提前呈現(xiàn)施工過程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問題，分包、供貨商、監(jiān)理可根據(jù)自身情況調(diào)整各項(xiàng)工序及其持續(xù)時(shí)間。在制訂完成進(jìn)度計(jì)劃后，根據(jù)施工任務(wù)及節(jié)點(diǎn)的先后關(guān)系，確定項(xiàng)目施工重要節(jié)點(diǎn)及開工、竣工時(shí)間，并按施工部署要求，進(jìn)一步明確進(jìn)度計(jì)劃中每個(gè)任務(wù)的開始時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和各任務(wù)間的搭接關(guān)系。

2.3 基于BIM技術(shù)的模型創(chuàng)建與標(biāo)準(zhǔn)制訂

北虹路立交有建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等多個(gè)專業(yè)模型，主體橋梁結(jié)構(gòu)有2條主線、8條匝道，主體結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件較多，預(yù)制構(gòu)件對分類編碼、名稱信息及顏色有較高的要求。Revit2014作為核心建模軟件，為此建立了一份建模標(biāo)準(zhǔn)，對各專業(yè)模型命名、構(gòu)件工作集以及所需信息進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)范。

北虹路立交段有S主線、N主線2條主線，其下部結(jié)構(gòu)及橋面的標(biāo)高隨著地勢有浮動(dòng)，對建模造成了一定的難度，對于模型精度有較高的要求。我們使用了Tekla和Rhino軟件輔助建模，最終導(dǎo)入Revit2014進(jìn)行模型深化及拆分，對應(yīng)鋼箱梁編號(hào)及區(qū)段號(hào)，根據(jù)建模標(biāo)準(zhǔn)及施工圖使模型深度達(dá)到深化設(shè)計(jì)模型LOD300的要求（圖1）。

圖1 S、N主線立交橋區(qū)段

2.4 施工組織模型

基于施工組織設(shè)計(jì)及進(jìn)度計(jì)劃的要求來建立施工組織模型，北虹路立交周邊包含了建筑物、道路、管線等，還包括機(jī)械設(shè)備、圍擋、電箱等臨時(shí)設(shè)施。參照測繪院提供的地理信息來建立環(huán)境模型，根據(jù)專項(xiàng)方案來確定設(shè)備選型以及施工場布，并將工序安排、場地布置、施工進(jìn)度等信息與模型關(guān)聯(lián)。同時(shí)附加材質(zhì)貼圖，促使施工組織模型的美觀性及指導(dǎo)意義的整體提升。

2.5 基于BIM模型開展結(jié)構(gòu)分析

基于有限元計(jì)算法來進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析模擬是目前較為普遍的方式，有限元計(jì)算能夠通過一個(gè)關(guān)聯(lián)單元的簡單計(jì)算來模擬出近似無限個(gè)關(guān)聯(lián)單元的近似值，且能夠適應(yīng)復(fù)雜形狀，在北虹路立交橋的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算中得到了較好的應(yīng)用。

通過Midas軟件建立結(jié)構(gòu)計(jì)算模型或通過Revit模型轉(zhuǎn)換成dxf格式導(dǎo)入Midas，利用公式計(jì)算出鋼箱梁的最大應(yīng)力及反力值并用色差圖來呈現(xiàn)，控制懸臂施工段的預(yù)拱度來測試鋼箱梁變形的可能性，提高橋梁耐久性及穩(wěn)定性，使結(jié)構(gòu)變形在可控范圍之內(nèi)，確保吊裝工作能夠順利進(jìn)行。

2.6 基于BIM技術(shù)開展施工方案模擬

跨蘇州河鋼箱梁安裝方案結(jié)合了大型構(gòu)件在陸地吊裝及水上吊裝的步驟，在北虹路立交橋項(xiàng)目中是十分關(guān)鍵的一環(huán)。項(xiàng)目周邊環(huán)境有中環(huán)線、SE、WS、NW、WN現(xiàn)有匝道及多處構(gòu)筑物圍繞，蘇州河中航道運(yùn)輸及操作區(qū)域有諸多限制，地理位置縱橫交錯(cuò)且人車流動(dòng)頻繁，對安全文明施工以及合理化操作有更高的要求，為此我們結(jié)合BIM對交通組織及施工措施等進(jìn)行歸整細(xì)化，進(jìn)行多方案比較全面深化專項(xiàng)方案。

2.6.1 施工難點(diǎn)

跨蘇州河鋼箱梁安裝主要有以下2個(gè)難點(diǎn)：

1）跨蘇州河橋梁均為斜交變高曲線橋，且鄰近中環(huán)線、長寧路等現(xiàn)狀構(gòu)筑物，受特點(diǎn)及場地條件制約，無法采用轉(zhuǎn)體法、頂推法等方案，并且跨河段梁體超高，運(yùn)輸受限。

2）受蘇州河航道等級(jí)（6級(jí)）及沿線橋梁凈空限制，只能選擇160 t及以下浮吊作業(yè)，施工區(qū)域河道寬約50 m，并且施工期間需保證航道寬度≥25 m。

針對以上問題，我們部分采用陸地運(yùn)輸，水中設(shè)立臨時(shí)支架懸臂法施工，最后采用160 t浮吊安裝合龍段，浮吊作業(yè)期間臨時(shí)封閉航道，安裝結(jié)束后浮吊靠岸恢復(fù)航道交通。

1）運(yùn)輸能力及路線：陸運(yùn)構(gòu)件梁高超過4.2 m的高度方向上下分段，梁寬方向一分為三（箱體＋兩側(cè)翼板）；水運(yùn)構(gòu)件梁高超過5 m的高度方向上下分段，其中3.5 m及以下的采用平艙船運(yùn)輸，深艙船運(yùn)輸應(yīng)用于水深超過3.5～5.0 m。

2）設(shè)備性能及作業(yè)條件：水上160 t浮吊，陸地350 t履帶吊。

3）懸臂施工變形控制要求：水上懸臂段長度不超過14 m。

2.6.2 交通組織模擬

交通組織模擬是一種通過BIM模型來反映復(fù)雜交通現(xiàn)象的交通分析方法，通過Navisworks軟件來模擬人流、車流及不同時(shí)間段的變化，獲取相應(yīng)的交通行駛數(shù)據(jù)，以便對施工時(shí)間及道路進(jìn)行合理劃分。

2.6.3 航道運(yùn)輸模擬

跨越蘇州河進(jìn)行船舶運(yùn)輸對航道等級(jí)、船舶承載力、行駛區(qū)域有著規(guī)范要求，通過計(jì)算機(jī)模擬運(yùn)輸?shù)倪^程規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，為項(xiàng)目實(shí)施及安全工作提供了有力的支撐（圖2）。

2.6.4 履帶吊范圍影響分析

鋼箱梁吊裝范圍內(nèi)構(gòu)筑物較多，履帶吊恐會(huì)與周邊構(gòu)筑物發(fā)生碰撞，為此對履帶吊進(jìn)行操作范圍分析模擬（圖3），保證安全操作距離，同時(shí)對吊裝影響的地面進(jìn)行了沉降分析。這些措施，作為吊裝工作重要的參考依據(jù)。

圖2 航道運(yùn)輸模擬

圖3 履帶吊操作范圍分析模擬

2.6.5 吊裝模擬

通過BIM軟件進(jìn)行交通組織仿真模擬、航道運(yùn)輸模擬、履帶吊影響分析模擬等，全面還原現(xiàn)場操作環(huán)境，為吊裝模擬的可行性打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。吊裝方案模擬采用Navisworks軟件進(jìn)行分析模擬，根據(jù)專項(xiàng)方案及進(jìn)度計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，模型與時(shí)間軸通過timeliner相互關(guān)聯(lián)，來實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件吊裝過程的4D模擬。通過三維動(dòng)態(tài)可視化及時(shí)間軸的結(jié)合彌補(bǔ)了人們對抽象數(shù)據(jù)理解的不足。

3 結(jié)語

通過BIM技術(shù)在北虹路立交大型構(gòu)件施工中的各項(xiàng)運(yùn)用，系統(tǒng)展示了大型構(gòu)件施工過程中的關(guān)鍵步驟，并基于BIM可視化、動(dòng)態(tài)化、有序化的特點(diǎn)，使技術(shù)人員能更清晰地理解工藝工序，提升現(xiàn)場的施工效率與技術(shù)水平。