李忠義　趙更新

(中鐵三局集團(tuán)第三工程有限公司，山西 太原　030000)

0　引言

近年來，工程建設(shè)領(lǐng)域的信息化有較快的發(fā)展。發(fā)達(dá)國家對(duì)BIM技術(shù)理論研究開展了幾十年，目前已在工程建設(shè)各領(lǐng)域有成功的應(yīng)用實(shí)踐。但BIM技術(shù)現(xiàn)在還是不成熟的技術(shù)，國內(nèi)外對(duì)其研究了幾十年，但距離其成熟應(yīng)用還有很長的路。

目前，大型橋梁工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)通常還是依靠傳統(tǒng)的二維圖紙，并通過合圖來分析設(shè)計(jì)中存在的沖突；施工規(guī)則主要依靠項(xiàng)目管理人員的經(jīng)驗(yàn)來制定和實(shí)施，且同樣是采用二維圖紙來表現(xiàn)。然而，由于橋梁工程自身的特點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)復(fù)雜，構(gòu)件繁多，僅依靠傳統(tǒng)的二維圖紙很難提前檢測(cè)或發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的沖突問題；這些沖突問題通常在施工階段才能發(fā)現(xiàn)，從而影響了施工進(jìn)度和成本，也將影響施工安全。與此同時(shí)，為了解決出現(xiàn)的工程施工問題，不得不配置更多的人員，導(dǎo)致管理成本的增加。橋梁作為一種常見而又特殊的結(jié)構(gòu)，其在施工階段主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、構(gòu)造異型、施工風(fēng)險(xiǎn)大、施工工藝復(fù)雜、施工機(jī)具多、施工質(zhì)量要求高等。因此，保證橋梁工程設(shè)計(jì)的可建造性與施工方案的可行性對(duì)橋梁工程的高效實(shí)施是十分重要的。

1　BIM技術(shù)在芝河大橋的施工應(yīng)用特點(diǎn)

1)采用BIM技術(shù)中三維技術(shù)交底解決了施工過程中技術(shù)交底下達(dá)不準(zhǔn)確的問題。

2)采用BIM技術(shù)中輔助測(cè)量放樣的技術(shù)解決了測(cè)量時(shí)對(duì)任意所需坐標(biāo)的提取，進(jìn)行坐標(biāo)復(fù)核或放樣，提高測(cè)量人員的工作效率。

3)采用BIM技術(shù)中模塊碰撞檢查解決了橋梁施工中各部分結(jié)構(gòu)是否干涉的問題。

4)對(duì)整體橋梁施工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，做到進(jìn)度實(shí)時(shí)管理。

5)有效解決芝河大橋跨河道、跨省道高速公路橋梁墩臺(tái)施工，提前在BIM中組織預(yù)演施工，避免了許多施工中的安全隱患。

2　工藝原理

針對(duì)高速公路斜交橋梁跨越既有省道、既有河流，施工中具有較大的技術(shù)難度、存在較大安全隱患，通過運(yùn)用BIM技術(shù)切實(shí)指導(dǎo)高速公路橋梁施工，提前建立BIM施工模型，將構(gòu)筑物及其施工現(xiàn)場(chǎng)3D模型與施工進(jìn)度鏈接，并與施工資源、安全質(zhì)量、場(chǎng)地布置、成本變化等信息集成一體，實(shí)現(xiàn)基于BIM的施工進(jìn)度、人力、材料、設(shè)備、成本、場(chǎng)地布置等的動(dòng)態(tài)集成管理及施工過程可視化模擬。規(guī)避了許多施工中跨越河流、既有線的施工風(fēng)險(xiǎn)，并大大降低了斜交橋梁施工的技術(shù)難度控制。

3　施工操作要點(diǎn)

3.1　BIM技術(shù)在芝河大橋施工準(zhǔn)備階段的應(yīng)用

1)建模。

根據(jù)掌握的芝河大橋附近的原設(shè)計(jì)1∶2 000圖紙，實(shí)時(shí)進(jìn)行輸入建模，建立的三維地質(zhì)模型應(yīng)能滿足后期BIM應(yīng)用的需要；采用真實(shí)的橋梁施工坐標(biāo)建模，一方面提高了模型精度，另一方面通過查詢模型坐標(biāo)可以直接用來指導(dǎo)施工；建立一個(gè)符合施工工藝的模型，對(duì)后續(xù)模型在施工階段的應(yīng)用將起到?jīng)Q定性作用，進(jìn)度的跟進(jìn)，質(zhì)量安全問題的追蹤都將更加精確。

2)審圖。

基于BIM的圖紙會(huì)審會(huì)發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)二維圖紙會(huì)審所難以發(fā)現(xiàn)的許多問題，傳統(tǒng)的圖紙會(huì)審都是在二維圖紙中進(jìn)行圖紙審查，難以發(fā)現(xiàn)空間上的問題，基于BIM的圖紙會(huì)審是在三維模型中進(jìn)行的，各工程構(gòu)件之間的空間關(guān)系一目了然，通過軟件的碰撞檢查功能進(jìn)行檢查，可以很直觀地發(fā)現(xiàn)圖紙不合理的地方。

3)放樣坐標(biāo)的查詢。

橋梁整體采用實(shí)際坐標(biāo)進(jìn)行建模后，作為可以指導(dǎo)施工的信息模型，具備精確的坐標(biāo)信息，保持與現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)的一致性，可直接為施工現(xiàn)場(chǎng)提供數(shù)據(jù)來源。根據(jù)項(xiàng)目測(cè)量需求，可以隨時(shí)提取所需部位的坐標(biāo)信息，可以保證測(cè)量放樣精確度，并提高工作效率。

4)三維技術(shù)交底。

在施工單項(xiàng)工程前，集中相關(guān)責(zé)任技術(shù)員、對(duì)應(yīng)勞務(wù)人員等，采用將BIM三維模型投放于大屏幕的方式進(jìn)行技術(shù)交底工作。BIM三維模型可以可視化預(yù)演施工中的重點(diǎn)、難點(diǎn)和工藝復(fù)雜的施工區(qū)域，多角度、全方位地查看模型。這樣做，不僅能夠提高交底工作的效率，還便于工人和非本專業(yè)人員理解相關(guān)的工作內(nèi)容。

5)基于BIM的三維算量。

工程量復(fù)核是工作量最大、最繁瑣的一項(xiàng)工作，對(duì)于施工單位來說，從進(jìn)場(chǎng)后的工程量復(fù)核來確定0號(hào)清單,到施工過程中的材料計(jì)劃、施工隊(duì)伍的對(duì)下驗(yàn)工等，對(duì)工程量的精確性要求直接關(guān)系項(xiàng)目成本。BIM建模時(shí)，進(jìn)行詳細(xì)的圖紙審核，建立實(shí)時(shí)3D模型后，在后期的施工過程中，可以隨著BIM模型精細(xì)程度變化，隨時(shí)進(jìn)行工程量的計(jì)算。

6)施工進(jìn)度管理。

基于BIM建立的三維模型，增加時(shí)間元素，提前根據(jù)施工工藝和施工計(jì)劃，進(jìn)行可視化的施工進(jìn)度動(dòng)態(tài)追蹤。隨時(shí)對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和施工計(jì)劃，對(duì)施工進(jìn)度滯后的提前預(yù)警，通過BIM技術(shù)，我們可以更加直觀地對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行可視化管理，并且通過與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)度的對(duì)比，我們可以觀察出施工計(jì)劃是否滯后，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的人員、機(jī)械、材料等合理化的調(diào)整以保證施工快速有效地進(jìn)行。

3.2　基于BIM技術(shù)組織進(jìn)行的芝河大橋橋梁墩臺(tái)施工

1)普通墩臺(tái)施工。

基礎(chǔ)為灌注樁采用沖擊鉆機(jī)鉆孔結(jié)合人工挖孔樁施工，吊車吊裝鋼筋籠，混凝土灌注施工；系梁、承臺(tái)采用明挖法施工；下部結(jié)構(gòu)墩臺(tái)身采用整體式鋼模板翻模施工，按設(shè)計(jì)尺寸分塊制作、組拼，模板拉桿全部采用外置式的常規(guī)方法施工。

2)跨河段橋梁墩臺(tái)施工。

芝河位于芝河大橋5號(hào)墩與6號(hào)墩之間，由于水流大，樁基采用旋挖鉆施工。在河道內(nèi)精準(zhǔn)放樣后，用沙袋堆碼簡(jiǎn)易圍堰，使用砂礫反填，修筑鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)，在作業(yè)平臺(tái)上采用2.4 m×1.2 m×3 cm鋼板進(jìn)行滿鋪，分散旋挖鉆自重荷載，防止旋挖鉆在鉆進(jìn)過程中發(fā)生傾斜、沉降。在旋挖鉆施工過程中用兩臺(tái)汽車?yán)咝阢@鉆出來的泥漿，碎渣，以保護(hù)河道及河流生態(tài)環(huán)境。而5號(hào)、6號(hào)墩的施工難點(diǎn)在于承臺(tái)施工，離河道較近，所以承臺(tái)基坑均較深嵌入巖石層，基坑開挖后，周圍都有水滲入基坑。承臺(tái)施工需要先平整場(chǎng)地，然后測(cè)量人員利用BIM技術(shù)快速得出承臺(tái)坐標(biāo)，并放出基坑按1∶0.5放坡后的基坑邊緣線，挖土機(jī)司機(jī)按照邊緣線挖基坑，注意挖出的坡度要平緩，在承臺(tái)施工作業(yè)時(shí)，用水泵持續(xù)將基坑內(nèi)水抽走，隨時(shí)觀察基坑是否有塌陷現(xiàn)象。

3.3　芝河大橋跨省道段橋梁墩臺(tái)施工

1)跨省道段防護(hù)方案。

在S248省路面及路肩上搭設(shè)支架，采用工字鋼架空，形成一個(gè)10 m寬，不小于6.0 m高的通道，通道兩側(cè)長于橋梁施工投影區(qū)10 m，防止墜物因風(fēng)力改變墜落點(diǎn)使防護(hù)棚失去作用。防護(hù)棚頂部為工字鋼上鋪設(shè)一層3 mm鋼板，鋼板上部用方木墊起，頂層加設(shè)一層竹架板做緩沖層，防止墜物直接落在鋼板上擊穿鋼板。防護(hù)棚架立柱基礎(chǔ)采用1.0 m×1.0 m條形混凝土基礎(chǔ)，支架采用529 mm鋼管立柱，支架上部縱橫向架設(shè)32a工字鋼，32a工字鋼上鋪設(shè)鋼板及竹架板。防護(hù)支架下凈空不小于6.0 m。為防止墜物滾落至路面，防護(hù)支架頂面設(shè)置1.8 m高護(hù)欄，與最外側(cè)工字鋼焊為整體，頂部用鋼管作為扶手，外側(cè)掛封閉網(wǎng)。護(hù)欄底部設(shè)置30 cm高擋腳板。

2)施工時(shí)省道保通措施方案。

S328省道為臨汾市永和縣交通干道，是從隰縣、石樓進(jìn)出永和縣城的必經(jīng)之路，經(jīng)過與永和縣交通局、公路局協(xié)調(diào)，在架梁時(shí)，對(duì)省道進(jìn)行限時(shí)封路，其余常規(guī)作業(yè)時(shí)間范圍，對(duì)省道務(wù)必保通。保通范圍以芝河大橋及兩側(cè)工地施工影響S248省道交通段落范圍。

3.4　基于BIM技術(shù)組織進(jìn)行的芝河大橋斜交120°40 m T梁施工

1)芝河大橋斜交120°40 m T梁預(yù)制施工。

芝河大橋設(shè)計(jì)為斜交120°40 m T梁，斜交角度較大，相對(duì)施工難度較大，主要集中在中隔板、端隔板等模板安拆等方面，施工中，通過增加模板倒角、改進(jìn)模板結(jié)構(gòu)形式等方面的改進(jìn)，結(jié)合BIM建模驗(yàn)算，保障了斜交40 m T梁預(yù)制的順利進(jìn)行。鋼筋加工采用集中加工，鋼筋骨架采用胎模輔助安裝，梁板養(yǎng)生采用智能噴淋養(yǎng)生，梁板張拉壓漿采用智能張拉壓漿循環(huán)系統(tǒng)。

2)芝河大橋斜交120°40 m T梁架設(shè)施工。

芝河大橋梁板設(shè)計(jì)為斜交120°40 m T梁，架梁時(shí)，需提前籌劃，架梁前，提前在BIM中進(jìn)行推演，并按照設(shè)計(jì)斜交角度，提前放樣架橋機(jī)軌道角度，按照既定角度進(jìn)行拼裝，架梁時(shí)，架橋機(jī)按照拼裝好的角度，斜向推進(jìn)、過跨等，有效保證了架梁的順利進(jìn)行。

3)在梁板預(yù)制施工中，通過BIM建模進(jìn)行鋼筋、圓錨波紋管碰撞檢測(cè)，聯(lián)合設(shè)計(jì)院，探索性的使用圓錨負(fù)彎矩張拉技術(shù)，以解決傳統(tǒng)扁波紋管負(fù)彎矩施工時(shí)，非常容易產(chǎn)生變位或者變形，致使負(fù)彎矩鋼絞線穿不進(jìn)去，在梁頂板上開膛破肚的問題。

4　結(jié)語

近年來，隨著高速公路的建設(shè)，在山區(qū)需要建設(shè)大量的橋梁來保證道路暢通，建設(shè)大型橋梁的過程中，遇到的問題較為復(fù)雜，需要研發(fā)新的技術(shù)來縮短工期、提高施工質(zhì)量，保證施工安全，BIM技術(shù)因其經(jīng)濟(jì)投入少、科技含量高等原因而越來越受推廣，未來的高速公路橋梁施工中，將不僅僅使用在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)造物中，會(huì)成為工程施工中必需的技術(shù)而推廣。