李仁強(qiáng)

摘要： 采用傳統(tǒng)的連續(xù)梁0號(hào)塊托架方案設(shè)計(jì)方法，主要是通過AutoCAD繪圖表達(dá)設(shè)計(jì)方案、利用相關(guān)力學(xué)計(jì)算軟件進(jìn)行承載能力評(píng)估，通常需要多次反復(fù)才能得到滿意的結(jié)果，方案設(shè)計(jì)中所涉及的力學(xué)計(jì)算信息、三視圖及局部細(xì)節(jié)信息不協(xié)同，導(dǎo)致要獲得合理優(yōu)化了的方案費(fèi)事費(fèi)力，標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化程度低。本文介紹了一種基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁0號(hào)塊托架設(shè)計(jì)與計(jì)算新方法，只需要簡(jiǎn)單地表達(dá)能夠反映0號(hào)塊托架力學(xué)和結(jié)構(gòu)特征的信息模型，即可便捷完成0號(hào)塊方案設(shè)計(jì)、力學(xué)計(jì)算結(jié)果的查詢及評(píng)價(jià)，并快速獲得0號(hào)塊托架的三維Revit圖及施工詳圖，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)梁0號(hào)塊托架設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化、高效率，有利于連續(xù)梁施工安全及成本的控制。

Abstract： The design method of the traditional continuous beam No. 0 block bracket scheme is mainly adopted by the AutoCAD drawing expression design scheme and the related mechanical calculation software to carry out the bearing capacity evaluation. It usually takes many iterations to obtain satisfactory results. The plan design involves the mechanical calculation information， the three views， and the partial details are not synergistic， resulting in the need to obtain a rationally optimized solution that requires time and effort， as well as low standardization and automation. This paper introduces a new method for designing and calculating the bracket of continuous beam No. 0 based on BIM technology. It is only necessary to simply express an information model that can reflect the mechanical and structural characteristics of No. 0 block bracket， and then can easily complete the No. 0 block scheme design， calculation and evaluation of mechanical calculation results， and quick access to the 3D Revit diagram and construction details of the No. 0 block bracket， achieving simplification， standardization， and high efficiency of the continuous beam No. 0 block bracket design. It is conducive to construction safety and cost control.

關(guān)鍵詞： BIM；連續(xù)梁；0號(hào)塊；設(shè)計(jì)

Key words： BIM；continuous beam；No.0 block；design

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）20-0155-04

0 引言

在懸臂施工的連續(xù)梁橋施工過程中，0號(hào)塊施工是一道關(guān)鍵工序，能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)條件，從眾多可能的方案中獲得一種既經(jīng)濟(jì)合理又安全可靠的0號(hào)塊托架或支架方案是鐵路連續(xù)梁施工安全、進(jìn)度及成本能夠得到有效控制的基礎(chǔ)，也是項(xiàng)目施工技術(shù)水平的重要體現(xiàn)。一個(gè)優(yōu)化了的臨時(shí)結(jié)構(gòu)方案，必然內(nèi)涵豐富的結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)特征、規(guī)范特征、工程經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)思維，雖然現(xiàn)有技術(shù)可以獲得這些臨時(shí)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)成果，但通常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易存在效率及難于實(shí)現(xiàn)的問題。

最近幾年來(lái)，BIM技術(shù)已經(jīng)成為路橋施工行業(yè)的熱點(diǎn)技術(shù)[1-3]，并將成為未來(lái)企業(yè)挖潛增效、提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必選信息技術(shù)手段。BIM技術(shù)的核心在于信息模型的描述、創(chuàng)建與應(yīng)用，與傳統(tǒng)CAD＼CAE＼CAM技術(shù)相比，BIM技術(shù)的重要特征之一在于，通過構(gòu)建載有相關(guān)工程屬性的三維信息模型去實(shí)現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用， 在建模理念、信息模型的表達(dá)、建模實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用上都存在本質(zhì)上的區(qū)別，并可為施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶來(lái)協(xié)同、高效及高質(zhì)量應(yīng)用成果。采用BIM技術(shù)進(jìn)行橋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，是路橋施工BIM技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要內(nèi)容，然而如何利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)橋梁臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前很少能見到相關(guān)的資料及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。本文以某（48+80+48）m連續(xù)梁橋0號(hào)塊托架方案設(shè)計(jì)與計(jì)算為背景，在對(duì)0號(hào)塊托架方案、受力特征分析的基礎(chǔ)上，通過建立0號(hào)塊托架的三維結(jié)構(gòu)信息模型，便捷實(shí)現(xiàn)0號(hào)塊三維設(shè)計(jì)圖的創(chuàng)建、力學(xué)計(jì)算結(jié)果的生成。目前此技術(shù)為創(chuàng)新技術(shù)，具有積極的推廣價(jià)值。

1 工程概述

某鐵路連續(xù)梁長(zhǎng)177.5m，起訖里程為IDK20+910.26～I(xiàn)DK21+087.76，墩號(hào)為66#～69#，位于曲線半徑為800m的圓曲線上，線間距線間距為4.36m，計(jì)算跨度為（48+80+48）m，采用掛籃懸灌施工。主墩連續(xù)梁的0#塊分別位于67#、68#墩墩頂，0#塊結(jié)構(gòu)尺寸為：梁長(zhǎng)12m，梁底寬6.4m，梁頂寬11.4m（兩邊翼板2.5m寬），跨中梁高6.4m，懸臂端梁高4.74m；梁頂板厚35cm，底板厚100cm，腹板厚100～86.3cm，0#塊設(shè)計(jì)混凝土方量為310.59m3。

2 三角托架方案與特征分析

實(shí)現(xiàn)上述橋梁0號(hào)塊托架方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先需要進(jìn)行方案選擇，然后在對(duì)所選擇方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)及力學(xué)特征分析，再建立相應(yīng)的托架信息模型。

除落地式鋼管支架（包括碗扣或盤扣型鋼支架）外，型鋼托架方案也是0號(hào)塊施工的常見方案，而型鋼托架又有多樣化的方案形式，常見的方案類型如下：

①三角托架+碗扣支架方案，即在橋墩頂部布設(shè)三角托架，再在三角托架上布置型鋼橫向分配梁，橫向分配梁上再布置碗扣滿堂支架及模板系。

②三角托架+楔形桁架方案，即在橋墩上布設(shè)三角托架，再再三角托架上布置型鋼橫向分配梁，橫向分配量上布置楔形桁架以適應(yīng)0號(hào)塊懸臂段的斜底情況，再在楔形桁架上布置橫向方木及底模模板等。

③斜置三角托架方案，即在橋墩上布設(shè)三角托架，托架的頂部桿件設(shè)計(jì)成與0號(hào)塊底面同一坡度的斜桿，然后在斜桿上布置橫向分配梁，以及橫向分配梁上鋪設(shè)縱向方木及模板。

④沙箱式三角托架方案，即在三角托架上布設(shè)沙箱，沙箱上布置橫向分配梁，再在橫向分配梁布設(shè)底?？v梁、橫向方木及模板等。

實(shí)際上，每種方案除了有其各自的基本特征外，還可能存在多樣化的局部細(xì)部處理工藝。如三角托架中三角托架具體結(jié)構(gòu)形式，各個(gè)桿件是剛性焊接、還是鉸接，三角托架與橋墩的如何連接，三角托架與橋墩方向是平行的還是斜交等，細(xì)節(jié)的不同導(dǎo)致了三維信息模型不一樣，具體托架方案需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)條件、工程經(jīng)驗(yàn)、橋墩及0號(hào)塊懸臂段的特點(diǎn)，選擇合適的優(yōu)化了方案。

本橋0號(hào)塊施工采用三角托架+楔形桁架方案形式，見圖3，該方案的結(jié)構(gòu)特征是：使用4片雙[36a槽鋼制作而成的三角托架，托架通過預(yù)埋托板及精扎螺紋鋼筋支撐；托架頂放置7根I28a工字鋼作為橫向分配梁，橫向分配梁上架設(shè)15片楔形式桁架，其中每側(cè)腹板區(qū)布置3片，間距為0.3m，而在箱室區(qū)布置間距為0.6m的楔形桁架9片；楔形桁架上布置橫向方木，其縱向布置間距為0.3m，截面尺寸為0.1m×0.1m，方木上鋪設(shè)1.6cm厚竹膠板；因橋墩尺寸情況，最外一片的三角托架布置在弧形橋墩部位，為便于現(xiàn)場(chǎng)安裝，可以將托架布置成與橋墩表面正交的情況。

該方案所受的荷載特征是：

①0號(hào)塊托架所受荷載分恒載和活荷載兩種類型按一定的組合系數(shù)組合計(jì)算得到，其中支架、模板及梁體混凝土自重屬于恒荷載，而施工人員、施工材料、機(jī)具等走行運(yùn)輸和堆放的荷載等人群機(jī)具荷載，以及混凝土振搗及沖擊荷載、其它風(fēng)雪荷載均為活載，各荷載取值及組合系數(shù)的選取需要遵循相關(guān)橋梁施工技術(shù)規(guī)范[4]；強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)恒載分項(xiàng)系數(shù)取1.2，活載分項(xiàng)系數(shù)取1.4；剛度計(jì)算時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)均取1.0。

②梁段自重荷載計(jì)算時(shí)，需要考慮0號(hào)塊懸臂段縱向變截面及橫向?yàn)橄湫谓孛娴奶攸c(diǎn)，即托架在縱向和橫向均為不均勻分布的組合荷載；另外三角托架布置需要考慮荷載的橫向不均勻分布荷載的特點(diǎn)。為了使得每片托架基本承受相等的荷載，可以盡可能地將三角托架按等荷載分布原則布置三角托架。圖4為0號(hào)塊縱向分布荷載圖，圖5為橫向荷載分布圖，該圖將橫向分布荷載等分成成四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的形心即為托架布置的位置線。

用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述三角托架設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，在于用合適的具有幾何屬性及工程屬性的信息模型來(lái)表達(dá)上述托架方案的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)特征，并可以通過這些信息模型構(gòu)建出相應(yīng)的托架三維設(shè)計(jì)圖及力學(xué)計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)信息模型的專業(yè)應(yīng)用；缺乏上述信息特征的信息模型將是不完備的。

3 0號(hào)塊托架信息模型構(gòu)建方法

可以采用RBCCE+Revit聯(lián)合建模的機(jī)制實(shí)現(xiàn)具有上述力學(xué)特征及結(jié)構(gòu)特征的信息模型。RBCCE為一款面向路橋施工BIM軟件，該軟件通過創(chuàng)建由功能圖形對(duì)象[5-7]構(gòu)成的0號(hào)塊托架信息模型來(lái)實(shí)現(xiàn)其力學(xué)及結(jié)構(gòu)特征的描述，而托架中的復(fù)雜局部構(gòu)造可以通過功能圖形對(duì)象與Revit的族文件關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)。本橋梁托架設(shè)計(jì)需要?jiǎng)?chuàng)建的功能圖形對(duì)象模型信息主要包括：

①主梁縱斷面對(duì)象、箱形截面對(duì)象及組合荷載參數(shù)表對(duì)象，通過這些對(duì)象，提供0號(hào)塊托架所受組合荷載的信息。

②結(jié)構(gòu)模板對(duì)象：以桿件形心線表達(dá)的桿件結(jié)構(gòu)對(duì)象，主要包括三角托架、橫梁、楔形桁架、小橫梁、橫向方木及模板對(duì)象等結(jié)構(gòu)模板類型，具有結(jié)構(gòu)形狀、各桿件長(zhǎng)度、截面類型、規(guī)格及材料等屬性信息，并可以設(shè)置聯(lián)結(jié)桿件的加強(qiáng)板、截面肋板及預(yù)埋件信息，以及結(jié)構(gòu)模板基準(zhǔn)點(diǎn)位置；另外三角托架與橋墩聯(lián)結(jié)的預(yù)埋件信息可以通過與Revit族組關(guān)聯(lián)信息體現(xiàn)。圖7（a）、（b）為所構(gòu)建的楔形桁架結(jié)構(gòu)模板，（c）為三角托架模板，（d）為預(yù)埋于橋墩的托板Revit族。

③結(jié)構(gòu)模板的裝配信息，主要通過具有高程的定位線，定位線上的端點(diǎn)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)模板的基點(diǎn)，而定位線方向?qū)?yīng)于結(jié)構(gòu)模板的方向，見圖8。本橋托架定位線是遵循等荷載分割法實(shí)現(xiàn)，可以使每片托架的受力接近相等；另外，因外側(cè)托架位于橋墩?qǐng)A弧區(qū)，三角托架與橋墩垂直，這樣有利用托架安裝的預(yù)埋托板與橋墩表面垂直，以便托架的安裝與拆卸。

4 0號(hào)塊托架三維信息模型Revit模型的實(shí)現(xiàn)

利用RBCCE軟件，本橋0號(hào)塊托架方案的信息模型可以便捷通過創(chuàng)建三角托架、橫聯(lián)、型鋼橫梁、兩側(cè)的楔形桁架、橫向方木及模板等程序給定模型及其定位線對(duì)象得到，并可以自動(dòng)得到0號(hào)塊托架的三維Revit圖，各結(jié)構(gòu)模板所對(duì)應(yīng)的各Revit族、族實(shí)例及其在Revit具體空間位置由系統(tǒng)自動(dòng)生成；圖9為0號(hào)塊托架的Revit三維圖，相應(yīng)的0號(hào)塊托架方案的施工詳圖，也可以Revit便捷生成。

另外，該信息模型包含了0號(hào)塊托架三維桿件有限元計(jì)算的所有結(jié)構(gòu)、約束及荷載信息，可以通過RBCCE力學(xué)計(jì)算并自動(dòng)轉(zhuǎn)化成基于MIDAS的命令流，其中包含0號(hào)塊托架結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)的桿件有限元模型所需要的節(jié)點(diǎn)信息、單元信息、荷載信息及約束信息，再利用MIDAS軟件實(shí)現(xiàn)托架的三維力學(xué)計(jì)算（對(duì)RBCCE自動(dòng)力學(xué)檢算結(jié)果進(jìn)行復(fù)核），圖10（a）為所生成三維MIDAS桿件有限元模型，圖（b）為力學(xué)計(jì)算結(jié)果變形曲線；現(xiàn)場(chǎng)托架位移監(jiān)控表明所得結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果相吻合，表明了自動(dòng)生成三維MIDAS模型的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

本文探討了一種基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁0號(hào)塊托架設(shè)計(jì)技術(shù)，在多種可能的0號(hào)塊托架方案中，根據(jù)公司既有經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)條件，選擇了三角托架+楔形桁架的0號(hào)塊托架方案。采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)該方案設(shè)計(jì)與計(jì)算，首先需要對(duì)該方案的三維結(jié)構(gòu)及力學(xué)特征進(jìn)行深入分析，凝練出相應(yīng)的三維信息模型，并采用RBCCE+Revit聯(lián)合建模技術(shù)加以創(chuàng)建實(shí)現(xiàn)，再通過操作該信息模型即可快速完成獲得0號(hào)塊托架的三維Revit圖、施工詳圖及相關(guān)力學(xué)計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了基于BIM技術(shù)的連續(xù)梁0號(hào)塊托架設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化及高效率，一次建模實(shí)現(xiàn)兩種有限元軟件的計(jì)算復(fù)核，并可以快速進(jìn)行結(jié)構(gòu)與材料的修改，快速完成方案比選工作，有利于連續(xù)梁施工安全及成本控制。

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