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标题 BIM技术在特大桥梁工程施工中的应用探究
范文 阮任辉 樊燕燕 刘兴旺
摘要：基于大桥工程桥位处为峡谷悬崖地貌，地形起伏极大，施工场地狭小，现场管理难度大；桥梁主体结构采用新结构，新技术等难点探索性的将BIM技术应用于本工程的施工阶段。运用Civil3D建立桥址处的地形模型，再通过Revit软件进行施工场地平整和规划，并建立该悬索桥的三维模型，结合BIM技术的信息共享功能，对主桁架构件的预制和采购。通过Navisworks进行施工方案比选和重难点部位施工工序模拟，对现场施工人员进行可视化交底。根据案例应用，提出BIM施工项目管理的实施框架。本研究可为大型桥梁工程应用BIM进行施工方案优化和提高施工效率提供参考。
Absrtact： Due to the cliff topography of the bridge project， the topography fluctuates greatly， the construction site is small and the site management is difficult， the main structure of the bridge adopts the new structure and new technology and other difficulties， the application of BIM technology in the construction phase of this project is explored. The terrain model of the bridge site is established by Civil3D， then the construction site is leveled and planned by Revit software， and the three-dimensional model of the suspension bridge is established. Combined with the information sharing function of BIM technology， the prefabrication and purchasing of main truss members are carried out. Through Navisworks construction program comparison and construction of heavy and difficult parts of the simulation process， on-site construction workers are visualized. The implementation framework of BIM construction project management is put forward， which is a reference for the optimization of construction scheme and the improvement of construction efficiency in large bridge engineering using BIM.
关键词：桥梁工程；BIM技术；施工图优化；信息共享
Key words： bridge engineering；BIM technology；construction drawing optimization；information sharing
中图分类号：U445 文獻标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）10-0111-040 引言
近年来，BIM技术在国内得到飞速发展，其影响也越来越广泛。目前，在国内大型项目中BIM技术成功应用的案例很多，如福州的海峡奥体中心、世博会德国馆等。但是BIM技术的成功应用大多是在房屋建筑工程上，在桥梁上的应用还处于探索和尝试阶段。桥梁工程作为交通土建工程的重要分支，它是一种解决人们交通出行的重要建筑物，在工程行业的地位是不可小觑的。由于桥梁结构上异形构件多，施工难度大，故发掘BIM技术在桥梁领域的应用是非常有必要的。本文结合矮寨特大桥，探索了BIM技术在桥梁施工领域的实施方案，并根据工程施工中的技术实践，提出了BIM在工程项目管理上的框架。1 工程概况
矮寨特大桥距吉首市区约20公里，于K14+576.30处跨越山谷，桥面设计标高与地面高差达330m左右，地质情况复杂。桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，主缆孔跨布置为242+1176+116m，桥面系宽24.5m。索塔采用双柱门式框架、钢筋混凝土空心方柱结构形式；锚固体系采用重力式锚碇和隧道式锚碇。大桥Lumion渲染效果图如图1所示。2 工程施工重难点
2.1 施工场地狭小，现场管理难度大
该桥位处为峡谷悬崖地貌，地形起伏极大，相对高差达500m。索塔处存在岩堆、岩溶、裂隙和危岩体等不良地质现象，峡谷多雾，瞬时最大风速为31.9m/s，对施工测量和主缆架设有严重影响。主缆及钢桁梁在高空架设，单件吊装最大重量达120吨，为了确保各个构件能够准确无误的安装到位，这就对加工精度提出很高的要求，也成为了工程的难点之一。在面对如此复杂的施工条件，如何保证工程质量的前提下，实现工期和安全目标成为施工方最大的难题。
2.2 新结构，新技术的应用
特大桥首次采用塔梁完全分离式结构设计，主缆存在无吊索区，对大桥整体的稳定性造成很大影响，故在悬索近塔端首次使用大型岩锚吊索方案。主梁加劲桁架由3061个杆件通过高强螺栓拼装而成，单一节段的钢桁架长14.5m，宽27m，高7.5m。
3 BIM技术在桥梁工程施工中的应用探究
为提高工程的施工效率，实现项目的增值。将建筑信息模型（BIM）技术引进该桥梁工程，在施工中综合运用基于的三维可视化、协同作业、碰撞检测等技术，以期降低工程成本，缩短工期，提高工程质量。经对比分析后，在众多系列的BIM软件，采用Autodesk公司系列软件对本桥梁进行建模分析。
3.1 前期准备和核心模型的构建
3.1.1 前期准备和资料收集
BIM应用于桥梁工程的施工管理，由于体系庞大涉及面广，必须建立一个合理的BIM实施团队。然后对小组成员分工，再进行施工图的收集整理和归类，对施工图进行识别，通过与现场技术人员的沟通交流，纠正对图纸的错误理解，保证原始信息传递的准确性。
3.1.2 施工场地地形模型与场地平整及布置
相对于一般的建筑工程项目，桥梁工程的施工环境大多比较复杂多变，跨河、跨山谷等地带，现场环境直接影响施工场地的管理和施工的技术方案。地形环境是桥梁工程施工的基础，在桥梁BIM模型中，应首先引入地形模型，然后对施工场地进行布置、对基础开挖方案进行论证。
地形模型建模工作流程：原始CAD地形图导入Civil3D、新建曲面添加CAD图中等高线、生成三角网地形曲面、观察地形曲面对高程误测点进行删除，导出.csv格式点高程文件、导入到Revit场地中、生成地形曲面。也可根据现有高程点数据直接导入Revit中生成地形表面。按设计图纸选定位置进行场地平整和基坑开挖。
3.1.3 核心BIM构件
根据施工图纸，构建茶洞岸锚碇、吉首岸锚碇、茶洞岸索塔和吉首岸索塔，通过创建这些模型能够直接计算混凝土工程量和更清晰该部分构造。如图3所示。
3.2 设计校核及施工图优化
由于桥梁工程的复杂性，设计院在设计图纸中出现错误在所难免，在构件的建模过程中发现部分图纸在尺寸和位置存在错误。例如：吉首岸锚碇横向长度偏差30cm，后浇带位置存在偏差，吉首案索塔进人洞口尺寸偏差30cm，抗风稳定杆FW2长度存在3mm误差，下弦杆PX3长度偏差101mm等。在这些图纸错误在传统的二维图纸中常常不易被察觉，但对于混凝土工程量和主桁架的拼装产生很大的影响，不仅会导致工程量增大成本增加，也会导致工期的拖延。通过项目组与设计方的沟通，这些问题最终得到解决，避免了将设计问题滞留到施工阶段。
3.3 工程量统计与图纸输出
与传统的工程量计量方式相比，通过参数化的BIM模型和其中高度整合的数据信息，可以通过软件生成工程量统计表，再通过插件导出到Excel中便于核算，在工程发生变更时这些统计表也能实时更新，极大的提高了工作效率。利用BIM技术能够有效的对各构件进行工程量的统计分析，从而减少人工计算带来的统计错误，合理的安排材料的采购与进场计划，缩短工期，降低工程成本。
可出图性也是BIM技术的一大优势，随着建筑业的发展，各种异形构件大量出现，用传统的平面图纸难以准确定位。而且往往需将平、立、剖面结合起来看，才能精确把握结构构件的空间位置关系，施工人员查看图纸费时、费力。同时在项目施工过程中如果发现问题，只需要在已经建好的BIM模型中做相应的修改，所有已经生成的图纸也会自动进行自动更新而不需要对所涉及到的每一张图纸都进行修改，从而减少很大一部分的工作量。
基于Navisworks软件的“Quantification”模块的工程量统计的一般方法：项目设置中新建目录并选择算量特性、新建组和项目、对规则进行设置、再进行资源目录编辑、导出工料Excel表格。
在Revit中图纸输出一般步骤：打开项目创建图纸、设置项目信息、制作图例视图、进行视图布置及视图列表和说明添加、打印和导出图纸。
3.4 预制构件的数字化加工与安装
本工程主梁采用钢桁架加劲梁，从工厂运达施工现场拼装，再进行吊装就位。传统的预制构件一般是预制厂家根据二维图纸来制作，这些构件在安装时经常会因为尺寸原因出现无法安装到位的情况，本工程钢桁架不仅数量多，而类型多，节点构造复杂，由于设计原因和加工过程中的误差，在预拼装的时往往会容易出现问题，在尺寸精度上還存在误差累积效应。如果其中一个类型的钢桁架出现问题，就会导致钢桁架无法拼装，延误工期。为了保证工程施工进度和质量，引进BIM技术，先对主梁钢桁架进行建模，在加工之前及时发现问题并加以修正。利用BIM模型中储存完备的构件信息库，将预制构件信息库与预制厂商共享。如此，预制厂商可以直观地了解到预制构件的尺寸、材质、强度、规格、型号等信息。例如，在采购预制钢箱梁时，直接将主桁架部分BIM模型发给厂商，厂商根据模型直接生产出所有类型的钢桁架。将BIM技术应用于预制构件的加工，不但可以降低供货商的生产成本，加快进度，而且项目部也可以直接或间接的从中获得更大收益。
3.5 施工方案优化及关键点技术交底
为了确保施工方案的可行性，并提高施工效率和管理水平。施工过程优化将依据已经建立的模型以及施工规划信息等，通过将构件与进度信息、工序流程相关联，模拟分析施工工序、进度计划、资源配置，探讨其可行性，从而不断改进施工方案。另外需要重点说明的是，施工过程分析必须由BIM技术人员和现场技术负责人和施工管理人员进行协商完成。对施工方案进行技术，安全，质量，成本等各方面的比较，确定最优方案，再交由总工审核后对施工方案进行修改。最后交由技术负责人通过施工关键点动画对现场施工人员进行技术交底，从而确保施工的顺利进行，保证工程质量。方案比选动画截图如图4所示。
4 桥梁BIM应用流程框架
4.1 BIM应用的策划与准备
在BIM技术的应用上，必须做好前期的策划，这样才能够以最低的投入达到预期使用BIM技术的目的，实现工期和成本的节约。实现这目标的前提是建立一个合理的BIM核心实施团队，由于施工管理体系复杂庞大，在项目施工准备阶段，团队负责人必须与项目经理进行协商，制定各阶段目标，并对目标进行分析和论证。其次再对BIM团队人员进行任务的分工与责任的划分。
BIM模型是整个BIM工作的基础，所有的BIM应用都是在模型上完成的，明确哪些内容需要建模。需要详细到什么程度，既要满足应用需求，又要避免过度建模。目前《GB51212T-2016建筑信息模型应用统一标准附条文》已经颁布，但是对于建模深度还没有做出明确要求，故参考美国建筑师学会定义的模型深度等级，模型深度等级分为LOD100-LOD500五个级别（如表1所示）。依据该表，本工程的BIM模型深度定为LOD400。
4.2 基于BIM技术的深化设计
特大型桥梁通常作为项目所在地的地标性建筑，其工程结构的复杂性要高于一般桥梁，造型更具新颖和独特性。而设计院可供参考的相似的已建桥梁工程项目相对较少，对桥梁工程图纸的设计深度通常都无法达到施工现场所要求的深度。因此施工方需要结合项目和施工现场的实际情况，对图纸进一步的细化、补充和完善，但是这一过程往往存在很多问题。通过BIM技术的引入，施工方可以针对重难点部位进行针对性的深化设计，涉及的各专业可以直接通过模型进行沟通，极大的降低沟通障碍。通过BIM的精确设计后，可大大降低专业间交错碰撞，且各专业分包利用模型开展施工方案、施工顺序讨论，可以直观、清晰地发现施工中可能产生的问题，并给予提前解决，提高施工效率，进而减少人力、材料以及时间上的浪费，一定程度上降低施工成本，同时大量减少施工过程中的误会与纠纷。
4.3 基于BIM的虚拟建造和可视化管理
基于BIM的可视化虚拟建造是将现场施工方案與BIM技术相结合，施工前根据施工方案将模型进行切分，设定模型的时间、位置、资源需求等参数，在计算机中模拟桥梁建造过程。使各项方案得到一个直观地表达，为方案研究和现场技术交底提供了可视化平台，提高沟通效率。
目前我国桥梁工程施工管理主要以二维为主，对于一些工序多且复杂的工程项目难以全面统筹和精细化管理。基于BIM的可视化施工管理通过使用三维激光扫描、条形码、二维码等技术将现场3D模型与施工进度计划相链接，实现了施工进度、人力、材料、设备、成本的4D动态集成化管理提高桥梁施工信息化程度。将BIM模型的三维截图以及相关的施工模拟视频与施工进度计划相连接后导入上传到施工管理平台数据库，通过移动终端，将结构三维截图以及相关工序的操作视频发送到现场技术人员手机上，现场通过手机可以直观了解结构形式，操作顺序及项目其他信息。通过在施工现场的信息实时的查看与核实，对施工质量起到最直接的控制作用。5 结语
目前BIM技术在桥梁工程的应用还属于探索阶段，相关理论和技术还不够成熟。本文通过研究BIM技术与桥梁工程施工阶段相结合，针对本项目实施的重难点，利用BIM技术实现场地规划，预制构配件的信息共享，对施工方案进行比选和优化，实现施工现场三维可视化交底和施工现场的管理。最后根据本项目BIM技术的应用情况，总结出BIM在桥梁工程应用的实施框架。期望通过本研究，可以为其它大型桥梁工程施工提供参考，启发企业探索新的项目管理思路，同时为BIM在桥梁工程领域的推广应用做出贡献。相信通过BIM技术不断的发展和完善，能够更好的提高我国桥梁施工技术和管理水平。参考文献：
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更新时间：2024/12/23 1:42:53