張曉明

（廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東東莞 523710）

0 引言

隨著我國對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域加大建設(shè)力度，橋梁建設(shè)迅速發(fā)展，現(xiàn)澆箱梁作為混凝土結(jié)構(gòu)大跨徑橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式?，F(xiàn)今，交通流量逐漸增大，為緩解交通壓力橋面寬度往大截面設(shè)計(jì)，加上現(xiàn)澆箱梁存在體積大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，在施工階段采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行管理，難以實(shí)現(xiàn)可視化精準(zhǔn)控制施工進(jìn)度［1］。本文依托廣東省某跨河景觀大橋工程現(xiàn)澆箱梁施工中BIM 技術(shù)的應(yīng)用情況，在施工準(zhǔn)備、可行性分析、快速算量、進(jìn)度管控等等方面加以應(yīng)用，利用BIM 技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)為現(xiàn)澆箱梁施工提供精準(zhǔn)的技術(shù)支撐和高效的管理系統(tǒng)［2］，補(bǔ)全傳統(tǒng)管理方式的短板，讓項(xiàng)目的工期、質(zhì)量、安全得到了保障，為相同類型橋梁現(xiàn)澆箱梁施工BIM 應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 工程概況

廣東省某跨河景觀大橋工程項(xiàng)目的南引橋軸線8#～11#段與已建的環(huán)島路成87°立交，該跨越環(huán)島路段設(shè)計(jì)為雙幅單聯(lián)三跨現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，箱梁全長(zhǎng)96.5 m，跨徑組合為右幅（30.0 m+35.7 m+30.8 m），左幅（30.0 m+34.3 m+32.2 m），橋面順橋向縱坡為4%，現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)縱斷面如圖1所示。箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為單箱雙室截面，截面尺寸為頂板寬1 574 cm、底板寬815 cm、高180 cm，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面構(gòu)造如圖2 所示。箱梁在9#、10#花瓶墩頂處設(shè)兩道實(shí)心混凝土中橫梁，并設(shè)置橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線，在箱梁兩端8#、11#墩頂處設(shè)兩道實(shí)心混凝土邊橫梁，梁兩端翼板處均設(shè)伸縮縫托梁。

圖1 現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)縱斷面Fig.1 Design Profile of Cast-in-situ Box Girder

圖2 單幅現(xiàn)澆箱梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面Fig.2 Design Standard Cross Section of Single Cast-in-situ Box Girder （cm）

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

2.1 三維施工場(chǎng)地布置

現(xiàn)澆箱梁施工場(chǎng)地狹窄且橫跨環(huán)島路，使得施工場(chǎng)地規(guī)劃布置受限，使用CAD進(jìn)行區(qū)域劃分和機(jī)械設(shè)備站位僅是二維上平面布置，不夠形象直觀以及不易發(fā)現(xiàn)尺寸偏差碰撞導(dǎo)致布置不合理問題［3］。利用BIM技術(shù)“所見即所得”的可視化特點(diǎn)，使用Revit 核心建模軟件根據(jù)1∶1比例建立承臺(tái)、墩柱、蓋梁的信息模型族庫，并將構(gòu)件族載入已導(dǎo)入橋型平面布置圖的建筑樣板項(xiàng)目中，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求將相關(guān)結(jié)構(gòu)族模型放置于指定空間位置，保證現(xiàn)澆箱梁段下部結(jié)構(gòu)模型位置信息貼合施工現(xiàn)場(chǎng)，為現(xiàn)澆箱梁施工三維場(chǎng)布提供精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)邊線，其余圍擋內(nèi)空間為使用BIM 技術(shù)進(jìn)行三維場(chǎng)地布置的主要信息空間。先進(jìn)行施工道路布置，根據(jù)施工機(jī)械設(shè)備尺寸、機(jī)械錯(cuò)車確定道路寬度數(shù)值，并結(jié)合場(chǎng)外交通情況確定場(chǎng)內(nèi)施工道路進(jìn)出口及線路，通過放樣命令創(chuàng)建施工道路模型。隨后進(jìn)行材料堆放區(qū)劃分，首先創(chuàng)建尺寸較大的臨時(shí)結(jié)構(gòu)模型，如貝雷架、格構(gòu)柱、分配梁、模板等構(gòu)件模型，將臨時(shí)結(jié)構(gòu)模型在施工道路外側(cè)空間放置，在模型放置過程中可視化地發(fā)現(xiàn)堆放區(qū)不合理導(dǎo)致材料碰撞現(xiàn)象，及時(shí)通過調(diào)整得出最優(yōu)化材料堆放區(qū)域，注釋模型文字標(biāo)記堆放區(qū)編號(hào)。貫穿現(xiàn)澆箱梁從支撐體系搭設(shè)到混凝土澆筑整個(gè)過程，施工機(jī)械主要有汽車吊、天泵、混凝土罐車，依據(jù)設(shè)備參數(shù)信息創(chuàng)建機(jī)械模型，以減少吊車、天泵移位，機(jī)械設(shè)備作業(yè)幅度滿足覆蓋施工區(qū)域的原則，結(jié)合材料堆放區(qū)和施工區(qū)域相對(duì)空間位置在施工道路上放置機(jī)械模型，借助BIM 模型進(jìn)行機(jī)械作業(yè)過程仿真預(yù)演來發(fā)現(xiàn)二維平面無法判斷的碰撞問題，得出施工機(jī)械合理節(jié)能站位、臂長(zhǎng)、仰角等信息。最后，利用Revit 軟件可出圖性特點(diǎn)導(dǎo)出施工場(chǎng)地布置圖，三維施工場(chǎng)地布置如圖3 所示。通過使用BIM 技術(shù)精準(zhǔn)便捷地優(yōu)化了施工場(chǎng)地布置，得出合理的場(chǎng)地布置施工方案，使現(xiàn)澆箱梁施工有序、高效［4］。

圖3 三維施工場(chǎng)地布置Fig.3 3D Construction Site Layout

2.2 支撐體系設(shè)計(jì)

綜合考慮現(xiàn)澆箱梁段施工區(qū)域?yàn)檐浕刭|(zhì)和橫跨環(huán)島路的工程概況，故采用梁式支架作為箱梁施工的支撐體系，梁式支架頂部支撐細(xì)部構(gòu)件多、繁雜，采用BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)可以在建模過程中將復(fù)雜構(gòu)件可視化，避免構(gòu)件缺漏現(xiàn)象，保證支撐體系完整性，使施工班組直觀了解支撐體系構(gòu)造，提高施工效率［5］。項(xiàng)目BIM 團(tuán)隊(duì)成員先進(jìn)行箱梁結(jié)構(gòu)永久荷載和施工活荷載換算，組合荷載對(duì)架體進(jìn)行承載力計(jì)算確定支架材料規(guī)格和布置跨徑，以及模板系統(tǒng)主、次楞尺寸和間距等相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)澆箱梁底部標(biāo)高使用BIM建模軟件創(chuàng)建3 m、9 m鋼管格構(gòu)柱和排架參數(shù)化族模型，滿足不同標(biāo)高下的支撐高度要求，同時(shí)創(chuàng)建落架砂箱、柱頂分配梁、321標(biāo)準(zhǔn)貝雷架、主楞、次楞、模板、內(nèi)支撐等標(biāo)準(zhǔn)件族模型，保存在族庫中，將支撐體系構(gòu)件族文件載入到三維施工場(chǎng)地布置模型項(xiàng)目中，按照相應(yīng)族的空間位置關(guān)系進(jìn)行嵌套，完成支撐體系的BIM 模型，完成后的模型如圖4 所示。在支撐體系的現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)過程中，利用該模型對(duì)工人進(jìn)行可視化技術(shù)交底，作業(yè)人員可全面掌握各施工部位的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合三維模型精準(zhǔn)指出潛在的安全隱患部位并展開討論優(yōu)化支撐體系，提高了支撐體系安全系數(shù)，降低返工率。

圖4 支撐體系BIM模型Fig.4 BIM Model of Supporting System

2.3 碰撞協(xié)調(diào)優(yōu)化

在支撐體系設(shè)計(jì)完成基礎(chǔ)上創(chuàng)建現(xiàn)澆箱梁模型，并根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求將兩大模塊模型整合，形成施工體系模型，利用BIM 技術(shù)可碰撞檢查提前發(fā)現(xiàn)問題的特點(diǎn)，來分析施工體系模型中存在的缺陷［6］。因此，在Revit 中將三維模型導(dǎo)出NWC 格式文件，并用Navisworks 軟件打開，使用Clash Detective 工具對(duì)支撐體系和現(xiàn)澆箱梁模型進(jìn)行碰撞檢查，根據(jù)施工精度要求碰撞類型設(shè)置為硬碰撞，公差為5 mm，碰撞標(biāo)準(zhǔn)選擇自相交，然后運(yùn)行檢測(cè)得出碰撞結(jié)果并導(dǎo)出碰撞報(bào)告，碰撞檢測(cè)結(jié)果如圖5 所示，共發(fā)現(xiàn)了4 個(gè)碰撞部位，均為蓋梁的預(yù)埋件與現(xiàn)澆箱梁底模板的碰撞，分別分布在現(xiàn)澆箱梁左右幅兩端處，及時(shí)對(duì)預(yù)埋件位置信息進(jìn)行復(fù)核和調(diào)整，在施工前將不合理的設(shè)計(jì)進(jìn)行修正優(yōu)化，使方案具備可行性。

圖5 碰撞檢測(cè)結(jié)果Fig.5 Collision Detection Results

2.4 工程量統(tǒng)計(jì)

工程量統(tǒng)計(jì)是制定材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃的基礎(chǔ)，材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃是影響施工進(jìn)度的重要因素之一，精細(xì)的材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃可保障工期和控制成本，可見工程量統(tǒng)計(jì)在施工管理中至關(guān)重要，依靠二維圖紙統(tǒng)計(jì)工程量的效率和準(zhǔn)確率較低，而BIM 模型搭載工程信息，模型中儲(chǔ)存構(gòu)件的長(zhǎng)度、面積、體積幾何信息，在模型完成后可由計(jì)算機(jī)快速統(tǒng)計(jì)各個(gè)專業(yè)工程量，提取出的工程量準(zhǔn)確、可靠［7］。利用BIM 技術(shù)在工程量統(tǒng)計(jì)上優(yōu)點(diǎn)，對(duì)本項(xiàng)目現(xiàn)澆箱梁施工所含工程量實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，主要工程量為支撐體系和混凝土兩部分，在revit軟件中使用明細(xì)表功能，添加族類型、材質(zhì)、數(shù)量、密度、重量、體積等為明細(xì)表字段，并設(shè)置相關(guān)字段的計(jì)算值公式，明細(xì)表屬性中勾選總計(jì)和勾除逐項(xiàng)列舉每個(gè)實(shí)例，形成支撐體系和混凝土模型構(gòu)件工程量統(tǒng)計(jì)明細(xì)表，工程量統(tǒng)計(jì)如表1、表2 所示。通過BIM 技術(shù)精準(zhǔn)地統(tǒng)計(jì)工程量，制定了精準(zhǔn)合理的材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃，保證了現(xiàn)場(chǎng)材料供應(yīng)跟施工進(jìn)度同步，避免了因材料浪費(fèi)造成的經(jīng)濟(jì)損失問題。

表2 混凝土工程量明細(xì)Tab.2 Detailed List of Concrete Quantities

2.5 施工進(jìn)度模擬

現(xiàn)澆箱梁施工工程量大且工期緊，為在指定工期內(nèi)完成建設(shè)，借助BIM 技術(shù)，將空間信息三維模型與時(shí)間信息施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)，形成3D+Time 的4D 模型輔助進(jìn)度計(jì)劃制定［8］。項(xiàng)目BIM 成員將現(xiàn)澆箱梁施工模型添加時(shí)間維度，基于Navisworks 軟件的“TimeLiner”工具創(chuàng)建施工進(jìn)度計(jì)劃表，施工計(jì)劃節(jié)點(diǎn)附著相關(guān)模型。支撐體系和交通疏導(dǎo)等臨時(shí)結(jié)構(gòu)模型，在搭設(shè)施工、拆除階段的任務(wù)類型分別定義為臨時(shí)、拆除，箱梁結(jié)構(gòu)模型的任務(wù)類型定義為構(gòu)造，定義完畢運(yùn)行進(jìn)度計(jì)劃三維模擬，在模型按時(shí)間維度順序生長(zhǎng)過程中，可直觀發(fā)現(xiàn)施工進(jìn)度計(jì)劃中的交叉作業(yè)工序沖突和順序作業(yè)工序銜接不合理等問題，技術(shù)員可以直接在“Time Liner”工具修改施工進(jìn)度計(jì)劃表，根據(jù)計(jì)劃對(duì)附著模型做出調(diào)整，繼續(xù)運(yùn)行模擬，反復(fù)模擬和逐步優(yōu)化，得出了合理、高效的施工進(jìn)度計(jì)劃，切合現(xiàn)澆箱梁施工要求的施工進(jìn)度模擬如圖6 所示。施工前組織施工班組依據(jù)該施工進(jìn)度模擬方案展開三維可視化施工計(jì)劃部署，班組快速領(lǐng)會(huì)了施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)鍵線路內(nèi)容，有效提高了現(xiàn)澆箱梁施工效率，如期完成施工任務(wù)。

圖6 施工進(jìn)度模擬Fig.6 Construction Progress Simulation Chart

2.6 施工進(jìn)度管理

現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)施工如實(shí)按照經(jīng)模擬后合理的施工進(jìn)度計(jì)劃推進(jìn)，基于Navisworks 軟件“Time Liner”工具創(chuàng)建的施工進(jìn)度計(jì)劃表在模擬狀態(tài)下可顯示出各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的工序進(jìn)展情況和工程量數(shù)據(jù)［9］。項(xiàng)目管理人員實(shí)時(shí)查詢進(jìn)度計(jì)劃節(jié)點(diǎn)的工程量和進(jìn)度模型生成狀態(tài)，根據(jù)包含工程量信息的進(jìn)度模型對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度情況，現(xiàn)澆箱梁在頂板模板支架安裝施工階段存在進(jìn)度滯后，該施工階段的進(jìn)度模擬信息查詢?nèi)鐖D7所示，現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度如圖8所示，可知現(xiàn)場(chǎng)頂模板支架施工率為0，滯后37.5%支架工程量。項(xiàng)目管理人員及時(shí)組織施工班組召開生產(chǎn)會(huì)議，對(duì)影響施工進(jìn)度的因素進(jìn)行分析，調(diào)整資源配置計(jì)劃，加大勞動(dòng)力、材料、機(jī)械投入力度，增大施工強(qiáng)度，及時(shí)解決了施工進(jìn)度滯后問題，精確控制了總工期不變，避免工期延誤。通過BIM-4D 技術(shù)在施工進(jìn)度管理應(yīng)用，可直觀監(jiān)管現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度與進(jìn)度模型同步情況，提高了項(xiàng)目進(jìn)度管理效率，確保了施工進(jìn)度可控［10］。

圖7 施工進(jìn)度模擬信息查詢Fig.7 Query of Construction Progress Simulation Informationr

圖8 現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度Fig.8 Site Construction Progress

3 結(jié)語

通過對(duì)橋梁現(xiàn)澆箱梁施工進(jìn)行BIM 技術(shù)應(yīng)用，得出以下結(jié)論：

⑴應(yīng)用BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)現(xiàn)澆箱梁支撐體系，直觀的建模過程可規(guī)避構(gòu)件缺漏、放置位置不合理問題，降低了圖紙錯(cuò)誤率。且通過參數(shù)化建模，縮短了建模時(shí)間，提高了支撐體系的設(shè)計(jì)效率；

⑵應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，快速發(fā)現(xiàn)現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)模型和支撐體系模型組合后的碰撞點(diǎn)，通過導(dǎo)出的碰撞報(bào)告精準(zhǔn)找到碰撞點(diǎn)位置信息，對(duì)碰撞部位進(jìn)行協(xié)調(diào)，二次優(yōu)化支撐體系，使施工方案具有可行性，降低了返工率。

⑶應(yīng)用BIM 技術(shù)進(jìn)行施工場(chǎng)地布置、可視化技術(shù)交底、工程量統(tǒng)計(jì)、施工進(jìn)度模擬、施工進(jìn)度管理，很大程度上優(yōu)化作業(yè)空間，保證施工機(jī)械站位合理，提高技術(shù)交底效率，使施工安全有序開展，材料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃精準(zhǔn)，避免了材料浪費(fèi)，提高施工進(jìn)度管理力度，保證了項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益，為同類型的橋梁現(xiàn)澆箱梁施工的BIM 技術(shù)應(yīng)用提供了借鑒。