基于BIM技術的斜拉橋鋼錨箱制作安裝施工技術分析

徐雨花 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230011）

1 工程概況

明光市嘉山大道上跨高速公路橋為大跨獨塔斜拉橋，項目位于滁州市明光境內。橋梁全長715.9m，主跨徑布置為（135+135）m，全長270m，，主梁為預應力混凝土雙邊箱梁斷面，主塔采用人字型橋塔，主塔高108m,樁基24根，直徑2.2m,承臺尺寸31.1m×20.1m×5m。嘉山大橋錨固區共計12對鋼錨箱，30對斜拉索。

斜拉橋主塔鋼錨箱施工為復雜結構施工的重難點，塔柱外表面及索導管均與水平面及縱平面皆存在夾角，且越往塔柱頂部每節索導管與水平X向空間角α遞增、縱平面Y向β角遞減，空間動態關系十分復雜。常規CAD的二維設計方法較難控制其空間位置關系及錨箱結構形式，施工形勢相當嚴峻。為較好解決此項重難點技術難題，項目采用BIM技術輔助斜拉橋鋼錨箱制作安裝技術施工。

2 技術特點

①依據BIM技術進行三維空間動態設計，將二維平面結構設計轉化為三維可視化設計研究，合理解決多結構、多角度交互形式的精確施工設計、控制索導管外端口找平，保證生產施工準確性及質量。

②可在BIM深化設計后自動化出具三維結構圖、構件詳圖并給出準確構件材料清單，依據模型數據進行數字化下料加工，加快出圖及加工效率并節約材料。

③對錨箱加工、施工過程進行空間驗證及施工模擬，預先掌握空間需求及資源配置情況，合理安排作業空間形式，并用于可視化技術交底，便于現場理解和操作，提高效率并節約資源。

④通過BIM信息模型的協同應用，以信息錄入共享施工動態的方式使施工、材料設備、加工等各方參與協同施工，消除信息孤島。并對工程各工序進行可視化進度管控，合理優化各工序及各參與方工作銜接，保證施工穩步進行并保證施工質量及成本。

3 工藝原理

基于BIM技術的斜拉橋鋼錨箱制作安裝施工技術是通過對鋼錨箱結構進行三維深化設計，更為直觀地表達復雜結構空間布置形式；并以自動化出圖、數據交互的方式來傳遞結構信息以用于加工廠數字化加工，提高加工效率；在加工及施工前進行作業空間驗證及施工模擬，預先發現作業中存在的問題，合理優化工藝工序；利用BIM技術集動態信息于一身的特點，進行施工協同管理及進度可視化管控，有效提高施工效率，節約成本。

4 施工工藝流程

斜拉橋結構參數化建模→鋼錨箱深化施工設計→索導管端口、塔壁貼合調整→出具三維、平面施工圖→3D打印鋼錨箱結構→數字化加工鋼錨箱→施工空間驗證→施工模擬→可視化技術交底→施工放線→第一節段勁性骨架安裝→鋼錨箱吊裝→鋼筋接長及編扎第一節段鋼筋→安裝內、外側模板→檢查簽證→澆注第一節段混凝土→養護、鑿毛及拆除第一節段模板→施工信息錄入→進度可視化管理→重復進行下一節段施工。

4.1 鋼錨箱建模及深化設計

依據項目施工需要，需建立鋼錨箱、塔柱、模板、機械設備等結構模型。對鋼錨箱需進行深化設計，塔上索導管外端口需與主塔外壁平齊，利于模板安裝，索導管端口注意需貼合緊密，控制不漏漿。

主塔、拉索及機械設備建模使用Revit軟件，錨箱結構建模使用Tekla鋼結構軟件，并在模型建立之后通過IFC格式在同一基準點進行合模。因塔壁與縱平面存在交角，索導管端口需做成斜切面，對錨箱索導管端口與主塔外壁進行空間設計，依據15組索導管空間角調整索導管端口面切割角度使之與塔壁精確貼合，使外側模板能夠準確覆蓋主塔壁及索導管。

4.2 出具三維、平面施工圖

經對錨箱結構深化設計后，做出30組索導管結構模型，得知索導管與塔壁結合形式及索導管與錨箱側壁結合形式。分解鋼錨箱細部拼接排布情況，反映構件實際尺寸形狀，精確定位切割形狀。依據軟件設計自動出具三維結構圖及單個構件平面圖，并自動統計出各構件材料清單，做出爆炸視圖以用于加工及施工交底。

4.3 數字化加工鋼錨箱

依據軟件設計自動出具三維結構圖及各個單元構件詳圖，并自動統計出各構件材料清單。通過BIM協同平臺將模型數據、圖紙及材料清單提供給加工廠。通過數字化交付，加工廠提取數據后準確下料并進行數字化自動加工。并做出爆炸視圖及3D打印模型以用于加工及施工交底。

4.4 施工空間驗證

對加工過程中錨箱內部焊接、螺栓安裝以及施工中拉索安裝對稱索力牽引進行空間模擬驗證，判斷施工機具布置形式及工人操作方式，檢查施工過程中的臨時結構、施工設備及主體結構間的碰撞，避免作業中的空間沖突，得出合理的作業方法及流程。

4.5 施工模擬及可視化技術交底

施工前，對鋼錨箱施工設備的進場、鋼錨箱起吊安裝、混凝土澆筑及索力牽引等重要工序進行施工模擬，合理優化施工流程及資源配置。預先檢查施工過程中的安全隱患及工藝疏漏，及時做出優化及改正。隨后對項目班組進行三維可視化技術交底，便于其理解結構形式及施工要點。

4.6 索道管的定位測量

主塔上塔柱為斜拉索錨固區。索道管的定位精度要求很高，為避免索與管口發生碰撞，規范要求其三維坐標精度≯5mm，角度偏差小于5"。為此制定了特定的測量方法，既能保證精度，效率也較高。

索道管的定位采用三維坐標一體化的方法，用全站儀在塔柱兩側建立三維坐標系，通過平移再建立平行于坐標軸的豎直面，利用空間的點和面的關系，調整索道管的管口三維坐標到設計值。

4.7 鋼錨箱安裝

鋼錨箱運抵現場后，進行檢查驗收。鋼錨箱吊裝采用D800塔吊，鋼錨箱采用四點起吊，按設計院加工圖紙，在鋼錨箱四個角點設置四個吊點。

在首節鋼錨箱安裝之前，根據鋼錨箱的安裝標高，在主塔施工時，在鋼錨箱對應的四個角位處先設預埋件，精確定位預埋件的位置及標高，并在預埋件上焊接導向板，以便引導鋼錨箱下放及定位。

在安裝鋼錨箱節段前，采用打磨工藝確保四個角點的鋼板位于同一平面內。打磨后在鋼板面畫出定位點，便于鋼錨箱節段的精確定位。鋼錨箱節段整體吊至安裝位置后，利用千斤頂進行精確調位，達到設計要求后將按設計和規范中的有關規定進行段間接縫施焊。

為了控制好索道管的位置，施工時將特別設計和制造索道管的定位構架，構架上備有微調設施，可精確地調整位置。測量的手段和天氣的情況是影響索道管安裝定位質量和時間的主要因素，為此，我們在進行索道管的安裝時，將編繪測量網絡圖利用先進的儀器，采用科學的測量方法，選擇好適當的安裝調整時間。索道管經反復測量調整合乎設計精度后，立即焊接固定。

4.8 錨固區混凝土施工

首先將錨箱管封好，不能讓混凝土或砂漿流入孔內，造成以后清理麻煩。塔柱混凝土的分段以爬模高度（即灌注高度）進行分段，斜拉索管道可能在此次只能被填筑部分，剩下的待下節段澆筑混凝土時才被填筑。

4.9 施工信息錄入及進度可視化管理

針對主塔錨固區施工進行BIM模型信息錄入，并進行可視化進度管理。通過現場端口采集上傳鋼錨箱加工進度、施工節點時間、工程量、安全質量檢查等即時施工信息，再模型集合上報文件、圖紙、報告等，工作人員可在平臺中進行查閱及審批，并對現場施工狀態直觀了解，動態控制。加工廠及現場也可通過移動端查看平臺下發的信息指令，結合模型與實際組織落實。

5 質量安全主要控制措施

①嚴控鋼錨箱構件加工精度，保證加工誤差在合理范圍內，構件拼裝須做好溫度控制及應力應變控制。

②自有設備必須經檢修、試機、檢驗合格后，方能進場施工，外租設備在進場前，要進行檢驗和認可，證明能滿足工程施工需要后，方可進行施工。

③定人定崗，嚴格按照設備操作規程實施。鋼構件加工廠加工需要遵照安全操作規程，切割、焊接及螺栓需專用設備及器械。

④現場高空作業所有臨邊必須防護，腳手板用鐵線固定，防止施工過程中人員及工具發生墜落。

6 結論

基于BIM技術的斜拉橋鋼錨箱制作安裝施工新技術應用研究，探索出骨架結合知識模板的基本建模方法思路，實現了設計人員協同與并行設計，成功解決了大型橋梁錨固結構復雜空間設計施工難題，保證了橋塔有索區段施工工作有序推進，而且，知識模板不僅可以用于一個工程，對于類似工程也可以直接運用，具有較高的市場推廣價值。