BIM技術(shù)在鋼桁架加勁PC連續(xù)箱梁橋中的應(yīng)用研究

朱奕蓓 程耀東 朱志峰

(1.蘭州交通大學(xué) 甘肅省道路橋梁與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070； 2.隴南師范高等專(zhuān)科學(xué)校，甘肅 隴南 742500)

BIM技術(shù)在鋼桁架加勁PC連續(xù)箱梁橋中的應(yīng)用研究

朱奕蓓1程耀東1朱志峰2

(1.蘭州交通大學(xué) 甘肅省道路橋梁與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070； 2.隴南師范高等專(zhuān)科學(xué)校，甘肅 隴南 742500)

簡(jiǎn)述了BIM的含義和特點(diǎn)，分析了BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，利用Autodesk Revit軟件，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三維仿真模擬，并在Navisworks軟件分析平臺(tái)下模擬了施工過(guò)程，為該類(lèi)橋梁結(jié)構(gòu)提供三維可視化模型和4D施工過(guò)程模擬的新展示理念。

BIM技術(shù)，箱形連續(xù)梁橋，可視化，施工過(guò)程

0 引言

近幾年建筑工程中熱門(mén)技術(shù)建筑信息模型(Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM)，它以三維信息模型為基礎(chǔ)，涵蓋了整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目從設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)到后期維護(hù)的整個(gè)生命周期。自2002年以來(lái)在建筑行業(yè)取得不錯(cuò)的成績(jī)后，有關(guān)部門(mén)開(kāi)始嘗試將它應(yīng)用到橋梁工程的各個(gè)生命周期中。利用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化三維仿真建模，精細(xì)化施工過(guò)程模擬，以便施工人員合理安排施工進(jìn)度，減少返工，避免大量的資源和材料浪費(fèi)，從而達(dá)到綠色環(huán)保的施工目的[1]。

1 工程實(shí)施難點(diǎn)

該主橋結(jié)構(gòu)類(lèi)型為變截面連續(xù)箱梁直線橋結(jié)構(gòu)，主梁跨越下部河面。施工過(guò)程中，一方面要保證下部河面交通順暢，防止施工機(jī)具掉落，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的施工安全措施。另一方面，梁體內(nèi)鋼筋、管道密集，鋼絞線管道與普通鋼筋時(shí)常會(huì)出現(xiàn)碰撞沖突問(wèn)題。

利用BIM的事前模擬技術(shù)，在工程項(xiàng)目實(shí)際開(kāi)工以前，基于虛擬環(huán)境模擬、分析與檢測(cè)施工方案的可行性，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，調(diào)整方案，解決問(wèn)題，避免施工過(guò)程中出現(xiàn)不必要硬碰撞與間歇碰撞，從而獲得一個(gè)合理的施工方案。

2 BIM模型的建立

橋梁工程作為一種施工環(huán)境惡劣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工工序繁多的特殊交通工程，傳統(tǒng)的輔助繪圖工具AutoCAD軟件，僅依靠點(diǎn)、線組成二維平面圖紙，已經(jīng)很難滿(mǎn)足如今結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多變的橋梁工程[2]。利用Autodesk Revit軟件平臺(tái)，預(yù)先定義控制尺寸和角度參數(shù)，讓它與設(shè)計(jì)對(duì)象相對(duì)應(yīng)，并將其與相關(guān)幾何約束相關(guān)聯(lián)，將模型的各個(gè)零部件設(shè)置相對(duì)應(yīng)的材料特性和屬性特征相匹配，通過(guò)對(duì)參數(shù)的修改，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體模型的自動(dòng)修改，達(dá)到設(shè)計(jì)信息變更的統(tǒng)一性和有效性。從而完成橋梁的三維建模的工作，將復(fù)雜的空間幾何關(guān)系直觀展示，使有關(guān)人員更加直觀、全面地了解結(jié)構(gòu)的各部分構(gòu)件特征，有利于各階段工作的順利進(jìn)行[3]。

依托橋梁結(jié)構(gòu)二維設(shè)計(jì)圖紙，首先在 Revit平臺(tái)下，基于一個(gè)可定義的三維空間里，建立幾何尺寸、位置關(guān)系、材料屬性參數(shù)標(biāo)簽(圖1為橋墩的參數(shù)標(biāo)簽)。分析通過(guò)軟件平臺(tái)自有的“拉伸”“放樣”“旋轉(zhuǎn)”“融合”“放樣融合”等功能命令，配合使用“前”“后”“左”“右”四個(gè)立面和各立面標(biāo)高[4]，建立各個(gè)構(gòu)件三維模型，如橋墩(見(jiàn)圖2)、橋臺(tái)、主梁、附屬等。再利用預(yù)先設(shè)置的位置參數(shù)將這些零部件在總項(xiàng)目中組合起來(lái)，形成一個(gè)整體的三維模型框架，見(jiàn)圖3。將傳統(tǒng)的二維平面展示轉(zhuǎn)化為全方位的三維實(shí)體展示，方便有關(guān)人員了解該橋梁工程的造型、空間規(guī)模、結(jié)構(gòu)特征，協(xié)助二維圖紙進(jìn)行技術(shù)交底。

3 施工過(guò)程模擬

橋梁施工過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)工程，施工過(guò)程中需要統(tǒng)一考慮設(shè)備、人員、物料的管理，施工現(xiàn)場(chǎng)材料的堆放和機(jī)械設(shè)備的布置，施工過(guò)程中交通擁堵下的疏導(dǎo)等問(wèn)題，在傳統(tǒng)的施工過(guò)程中，此類(lèi)問(wèn)題只能依賴(lài)于理論的施工組織設(shè)計(jì)和施工方案來(lái)解決。而利用BIM的4D(3D模型與時(shí)間軸結(jié)合)模擬技術(shù)[5]，在計(jì)算機(jī)提供的三維虛擬環(huán)境的基礎(chǔ)上，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行可視化、數(shù)字化的模擬與分析，虛擬展示真實(shí)的施工場(chǎng)景。在項(xiàng)目建設(shè)以前，提前選擇科學(xué)的施工組織計(jì)劃，動(dòng)態(tài)模擬各個(gè)階段的施工過(guò)程，控制整個(gè)施工進(jìn)度[6]。

該項(xiàng)目主要控制梁體施工和鋼桁架設(shè)兩個(gè)方面。利用Navisworks軟件分析平臺(tái)里的Timeliner功能，采用“先梁后桁”的施工方法。利用BIM的事前模擬技術(shù)，模擬該施工過(guò)程，提前選擇合理的施工方案，避免不必要的施工資源沖突和浪費(fèi)，減少返工。

3.1 橋墩施工階段模擬

橋墩施工過(guò)程模擬順序：基礎(chǔ)施工→綁扎墩身鋼筋→立模板→灌注墩身混凝土→混凝土養(yǎng)護(hù)→拆模。

3.2 主梁施工階段模擬

箱梁施工過(guò)程模擬須按照相應(yīng)施工圖的步驟進(jìn)行，在梁體施工中除0號(hào)梁段及邊跨采用支架現(xiàn)澆施工外，其余梁段均采用掛籃懸灌的方法施工。利用BIM技術(shù)要對(duì)底部托架的搭設(shè)、掛籃的移動(dòng)、各梁段的澆筑、支座的安裝以及穿筋工藝進(jìn)行模擬等。

1)掛籃拼裝。

在1號(hào)塊的基礎(chǔ)上，完成掛籃的拼裝。基于BIM技術(shù)的施工過(guò)程模擬順序：將前支腿吊放在滑道上并焊接前支腿與前支座橫梁→吊放后支腿及后掛系→安裝菱形架→吊放后上橫梁及前上橫梁→安裝菱形架、平聯(lián)→錨固體系→安裝前后吊帶。圖4為掛籃的施工工藝模擬。

2)懸臂段施工工序模擬。

懸臂段施工必須一次性澆筑完成，在澆筑和掛籃移動(dòng)階段，保證對(duì)稱(chēng)平衡施工。BIM技術(shù)的施工過(guò)程模擬順序：掛籃前移就位→安裝底模→安裝底板及腹板鋼筋→安裝側(cè)模、頂板及腹板內(nèi)預(yù)留孔道→澆筑混凝土→檢查并清潔預(yù)留孔道→混凝土養(yǎng)護(hù)→穿鋼絞線→張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋→管道壓漿。

3)合龍段施工工序模擬。

當(dāng)懸臂段及邊跨現(xiàn)澆直線段模擬完成以后，就可進(jìn)行合龍段的施工過(guò)程模擬。合龍過(guò)程的模擬順序：邊跨合龍→解除臨時(shí)固結(jié)支墩→中跨合龍。

3.3 上部鋼桁架施工工序模擬

連續(xù)梁合龍?bào)w系的施工過(guò)程模擬完成之后，進(jìn)行上部鋼桁架

搭設(shè)過(guò)程的模擬：梁上搭設(shè)鋼桁支架后安裝鋼桁桿件。其中鋼桁架采用預(yù)制吊裝在支架上進(jìn)行組拼并用螺栓連接。本橋上節(jié)點(diǎn)采用焊接整體節(jié)點(diǎn)，單元板之間的焊縫均在相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)鋼結(jié)構(gòu)工廠施焊完成。圖5為上部鋼桁架搭設(shè)工序模擬情況。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在橋梁建設(shè)方面的應(yīng)用不僅限于三維建模和施工過(guò)程模擬方面，它貫穿于整個(gè)橋梁建設(shè)的生命周期之中，它的優(yōu)勢(shì)：

1)橋梁工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件繁多，以AutoCAD為基礎(chǔ)的平面圖往往無(wú)法直觀表達(dá)復(fù)雜構(gòu)件、展現(xiàn)結(jié)構(gòu)的所有特性，而三維模型的出現(xiàn)改善了以往通過(guò)二維圖紙實(shí)現(xiàn)文件交付的主要方式，將抽象的平面圖紙以形象生動(dòng)的三維表現(xiàn)形式展現(xiàn)在有關(guān)人員面前；

2)橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更的情況，伴隨設(shè)計(jì)圖紙的改變，而出現(xiàn)的后續(xù)相關(guān)屬性的重復(fù)性設(shè)置、修改問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。利用BIM技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，只需對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行修改，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)的自動(dòng)修改；

3)模擬施工過(guò)程，提前統(tǒng)籌規(guī)劃，進(jìn)行施工過(guò)程的進(jìn)度模擬，事前發(fā)現(xiàn)施工中可能存在的問(wèn)題，事前解決，并選擇最佳的施工方案，避免返工，減少不必要的浪費(fèi)[7]。

[1] 劉延宏.BIM技術(shù)在鐵路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新,2015(3):106-108.

[2] 鄒 陽(yáng).橋梁信息模型(BrIM)在設(shè)計(jì)與施工階段的實(shí)施框架研究[D].重慶：重慶交通大學(xué),2014:2-5.

[3] 劉智敏，王 英，孫 靜，等.BIM技術(shù)在橋梁工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用研究[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào),2015(6):80-84.

[4] Autodesk Asia Pte Ltd. Autodesk Revit 2013 族達(dá)人速成[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,2013:10-18.

[5] 汪 彬.建筑信息模型(BIM)在橋梁工程中的應(yīng)用[D].南京:東南大學(xué),2015:14-15.

[6] 楊 光,周 魏,沈佳明.BIM技術(shù)在金匯港大橋工程中的應(yīng)用[J].科技,2014(11):106-107.

The application research on BIM technology in steel truss stiffening PC continuous box girder bridge

Zhu Yibei1Cheng Yaodong1Zhu Zhifeng2

(1.GansuRoadandBridgeandUndergroundEngineeringKeyLaboratory,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China; 2.LongnanTeachers’College,Longnan742500,China)

This paper briefly described the definition and characteristics of BIM technology, analyzed the application advantage of BIM technology in bridge construction, using Autodesk Revit software, made 3D analogue simulation to bridge structure, simulated the construction process in Navisworks software, provided 3D visualization model and 4D construction process simulation new exhibition concept for this type of bridge structure.

BIM technology, box continuous girder bridge, visualization, construction process

1009-6825(2017)02-0179-02

2016-11-06

朱奕蓓(1990- )，女，在讀碩士； 程耀東(1963- )，男，教授； 朱志峰(1963- )，男，副教授

U448.213

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