BIM技術在斜拉橋主塔鋼錨梁預制安裝中的應用研究

袁觀富 李凡 王明

為踐行國家“十三五”規劃信息化建設精神，建筑業正在積極運用網絡技術、軟件開發技術、物聯網技術、BIM技術等信息化工具，向信息化時代穩步邁進。BIM是建筑業信息化的創新技術，為傳統施工管理帶來新理念，以其深化設計、信息共享、協同管理功能，助力施工企業提高管理水平和市場競爭力，可以預見在不久的將來，BIM技術將在建筑領域發揮更加重要的作用。

本文將基于BIM建模軟件AutodeskRevit對武穴長江公路大橋15#主塔鋼錨梁的深化設計進行研究，探討BIM技術在橋梁精細結構預制、安裝施工中的運用。

一、工程概況

武穴長江公路大橋是《國家公路網規劃（2013年～2030年）》中國道G220東營至深圳公路跨越長江的控制性工程。大橋為雙塔雙索面斜拉橋，北岸15#主塔上部結構高267.422m，塔柱采用空心薄壁箱型斷面，雙索面斜拉索每個索面26對高強鋼絲，索塔端采用鋼錨梁錨固，15#主塔設置4#～26#共23對鋼錨梁，鋼錨梁結構由錨梁和牛腿組成。

圖1 鋼錨梁一般構造圖

鋼錨梁作為斜拉索的錨固端，其作用就是錨固斜拉索。武穴長江公路大橋斜拉索每個索面共104股高強鋼絲，每股鋼絲的空間位置均不相同，索塔端鋼錨梁空間位置和型鋼尺寸也隨著變化。因此，在武穴長江公路大橋上部結構施工管理中，如何工廠化精確預制鋼錨梁、如何在施工現場精確吊裝鋼錨梁是關鍵環節。

二、基于AutodeskRevit軟件的鋼錨梁深化設計

完全依靠二維圖紙理解空間復雜結構，如同盲人摸象，不同的人、不同的思維方式會得到不同的結論，很難得到正確統一的認識。BIM建模人員在深刻理解主塔、鋼錨梁、鋼牛腿、斜拉索施工圖的基礎上，通過Revit軟件將主塔、鋼錨梁、鋼牛腿、斜拉索轉換成精細化三維模型（LOD400-LOD500），分析各零件空間位置關系、分析型鋼打孔參數的緣由，對各參數分析歸納總結，提煉鋼錨梁各型鋼零件的加工參數和加工工藝，指導鋼錨梁工廠化生產預制和現場精確吊裝。

1.鋼錨梁細部設計

組成一個鋼錨梁的錨梁N1-N23共68塊型鋼、邊跨中跨鋼牛腿N1-N11共100塊型鋼，在斜拉索穿過型鋼的部位均有大小、角度變化的斜孔。機械地按照圖紙的設計參數去加工每一個零件，再將這些零件焊接成完整的鋼錨梁，過程繁雜且容易加工錯誤，加工完成的零件難以焊接成合格的成品。

圖2 鋼錨梁、斜拉索、主塔空間結構

借助Revit軟件，將設計圖紙提供的零件尺寸、數量、打孔位置、坐標、角度表達成三維模型，直觀形象地反映各種零件的空間位置關系。模型精度高（精確到0.1mm）。在建模過程中，加深了管理人員、加工人員對設計圖的理解。

2.鋼錨梁加工參數分析

BIM三維模型將主要構件加工安裝完成的效果呈現出來，通過建模不難發現鋼錨梁不斷變化的設計參數，是基于適應斜拉索空間位置變化的考慮，設計圖紙提供的型鋼打孔（空間斜孔）參數，是基于預留鋼套筒位置的考慮。

圖3 型鋼打孔參數及BIM模型圖

得到這個結論后，我們就可以將鋼錨梁理解成錨梁的N4、N5、N6、N7、N8鋼板和鋼套筒在主塔豎直面繞錨固點旋轉γ°角，然后在橋軸向豎直面繞錨固點旋轉（90-а）°角，“實心的套筒”將所有空間碰撞的型鋼打孔。鋼錨梁預制過程中，以邊跨和中跨錨固點為基準，加工組裝所有型鋼零件，輔助理解鋼錨梁復雜空間結構，優化工廠加工及現場吊裝方案。

經AutodeskRevit空間結構驗證，空間旋轉打孔位置和設計圖紙參數給定的打孔位置完全吻合。由此對鋼錨梁設計意圖完全明確，對指導工廠化加工焊接拼裝具有重要意義。

3.比較設計參數，批量加工生產

通過比較設計參數，簡化圖紙查閱工作量，可以實現高效的批量加工生產，具體步驟如下：

（1）通過比較鋼錨梁錨固點坐標X、Y數值的變化，調整其他板件與錨固點相對位置；對照三維結構多視角觀察測量，調整零件相對錨固點的位置，簡化了繁雜的圖紙查閱工作，能及時糾正錯誤。

（2）通過比較鋼錨梁型鋼零件尺寸、厚度變化，選擇合適的零件組裝焊接；分類統計相同尺寸、厚度零件數量，一次加工成型，調整零件尺寸參數，分批次加工同一編號的零件。

（3）通過比較鋼套筒外徑D變化，選擇合適的打孔孔徑。

（4）通過比較鋼錨梁套筒空間角度γ、（90-а）變化，調整空間打孔角度；鋼錨梁所有零件焊接完成后，依照空間打孔角度、孔徑將相應型鋼的斜孔一次成孔，避免了由加工誤差導致的成品鋼錨梁孔位錯臺，有效提高成品合格率。

通過以上4步，將查閱設計參數工作量減少80%，極大地提高生產效率。

三、施工圖紙輸出

完成主塔、鋼錨梁、斜拉索模型后，可通過模型編輯各個視角的施工圖，圖紙包括三維視圖、立面視圖、俯視圖、剖面視圖、大樣視圖、多類型材質提取表、尺寸標注等，直觀形象的表達繁雜的設計參數，方便工廠對照1∶1的施工圖加工預制。采用三維模型進行圖紙轉化，降低了制圖要求、簡化了工作量，通過比較審核發現的錯誤，僅需修改模型參數，施工圖與模型自動關聯，修改模型參數后，圖紙自動關聯參數修改，無需對所有圖紙一一修改，提高了工作效率。

四、結語

武穴長江公路大橋作為跨越長江的控制性工程，而鋼錨梁加工安裝作為大橋主塔關鍵工程，其優化制造對提升橋梁整體質量意義重大。本文為提升鋼錨梁加工安裝效率，以武穴長江公路大橋15#主塔鋼錨梁為背景，基于AutodeskRevit數字建模軟件和BIM技術助力施工技術研究，得到以下研究成果：

1.利用AutodeskRevit參數建模軟件，將設計圖紙精細復雜的參數直觀表達設計思路，利用三維模型進行細部設計、圖紙輸出，準確將設計人員的設計意圖傳達給施工人員，提升了工廠預制和現場安裝的管理水平。

2.在“十三五”規劃國家加速發展的大背景下，橋梁設計中各種復雜造型、超大跨度不斷出現，將BIM技術運用到橋梁施工領域中，形式新穎，成果顯著，得到施工管理人員的青睞，在今后的施工中廣泛運用BIM技術是發展的方向。AutodeskRevit軟件通過不斷完善橋梁領域功能，不斷豐富族庫內容，將會收獲更多的研究成果。