橋梁頂推法施工中BIM技術的應用

文/ 張時鐘 中鐵二十三局集團第二工程有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161002

1、工程概述及難點

1.1 工程概述

某跨鐵分離式立交全長566.04m，公路等級為一級，立交橋分左、右兩幅。主橋跨鐵路,全橋共24跨，分為七聯。其中第四聯為主橋段，為預應力混凝土箱梁，其中頂推段預應力混凝土箱梁長80m，頂推距離99m，共跨越七條既有鐵路（客運專線上行線及下行線、電氣化鐵路上行線及下行線、軍事專用先線、電務專用線），頂推方向與既有鐵路交角為76°

1.2 工程重難點

（1）本標段施工是國內高緯度地區首次跨越高鐵頂推大跨度預應力混凝土箱梁，頂推距離99m，單幅重量約5000t，在國內嚴寒地區頂推混凝土箱梁的施工歷史上尚屬首次，施工難度極大。

（2）本橋跨越多條既有線，一般作業方法無法完成主橋的建設任務。在施工時間和施工區域上的限制比較多，故主橋混凝土箱梁頂推施工期間保證既有線行車安全是本工程的難點。

（3）臨時墩、滿堂紅支架、導梁、滑道梁、拉錨器、牽引裝置及限位等臨時設施的受力檢算、構件的制作和安裝是本工程的難點。

（4）主橋混凝土箱梁頂推施工期間的施工監測（變形監測、應力監測、溫度監測）是本工程的難點。

（5）主橋混凝土箱梁位于橋梁豎曲線上，豎曲線半徑4500m，永久橋墩位于既有線兩側，L1號臨時墩位于客運專線及電氣化鐵路之間，頂推施工的測量控制是本工程的難點。

（6）主橋混凝土箱梁頂推施工過程中的基礎及臨時受力結構的沉降觀測是本工程的難點。

（7）主橋利用拖拉法頂推頂推，牽引力在后方，在混凝土箱梁在頂推過程中對橫向位移限制和糾偏是本工程的難點。

2、BIM技術在頂推施工生產中的主要應用

2.1 初始數據建立

利用原有設計圖紙及基礎數據，進行Revit基礎模型建立，為日后Navisworks（工期、施工模擬）及Lumion（動畫、視頻模擬）打下基礎。聯合設計單位，對初始施工現場進行勘察，最大程度上安排好施工前的各項準備工作，將施工區域及施工時間最優化。

2.2 建模數據完善

在初期Revit建模完成后，根據原有設計圖紙進行排查工作，發現可能存在的施工與設計相沖突的部位，在施工前及時進行合理安排，最大程度上保證既有工期的順利進行，同時也在成本管控方面進行最優化配置。如工程中存在的臨時結構（平聯鋼管）與既有永久結構橋墩間的沖突問題，就是利用建模及碰撞工具及時發現，避免了一邊施工一邊補救的“尷尬”局面；隨著頂推施工的不斷進行，原設計圖紙并未考慮到頂進過程中千斤頂與拉錨裝置存在的碰撞問題，若未能及時發現，將極大延誤工期，且施工時間占用臨時封鎖天窗，分秒必爭的情況下決不允許發生錯誤。根據碰撞工具的及時發現，將在頂進過程中及時拆除拉錨裝置及牽引所用千斤頂，由12號墩上千斤頂單獨提供受力，繼續頂推工程。

2.3 后期數據分析

本工程的主要難點就在于頂推部分，而如何最大程度上保證頂推部分箱梁從預制到全天候監測再到頂推施工，成了重中之重。

2.3.1 箱梁預制

利用BIM技術在臨時結構的空隙處虛擬搭設碗扣式腳手架，在最大程度節約成本的情況下，保證箱梁平穩受力，集中荷載處采用步距較小的布置方式，分散荷載處采用步距較大的布置方式。搭設完成后，與臨時結構共同成為預制箱梁平臺，鋪設模板，預制頂推段80m混凝土箱梁。

2.3.2 箱梁監測

頂推前除在箱梁預制階段埋設應力監測單元外，還需對導梁、臨時墩、12號、13號反力墩、限位裝置、滑道等部位安裝溫度及應力監測裝置，并在導梁、箱梁、L1號、10號、11號墩頂埋設位移監測裝置，利用自動化位移監測儀器在頂推時進行施工監測，使用BIM技術模擬箱梁預制施工，保證了監測前期的數據采集，確保了監測的準確性、安全性、及穩定性。

2.3.3 箱梁頂推

本工程箱梁及頂推結構體系布置均為斜交76°，施工現場中均采用斜向臨時墩正向布置牽引。存在著頂推力不易控制、行進不勻速、極易造成偏位現象。為保證頂推就位后施工誤差為±1cm以內，確保頂推路徑的精確度，應用BIM技術提前進行模擬頂推施工，多次演練工作，將施工中可能遇到的實際問題一次性解決。

除箱梁為斜交外，頂推軌道處于在豎曲線上，每個支撐滑道的都在其圓曲線軌道上，預制箱梁時在圓曲線軌道上預制，保證箱梁頂推前梁底豎曲線跟滑到連成的豎曲線擬合，在頂推前利用BIM技術計算出各滑道支撐標高，隨梁的位置移動而產生變化，通過調整調整頂推使用滑塊厚度方式解決了此項難題。通過采用BIM技術提前觀測前導梁和箱梁可能存在的標高變化和下撓值，在實際施工中隨時調整下一個支撐結構上的滑塊厚度來確保頂推線路通暢。

3、BIM技術在頂推施工生產中的其他應用

3.1 BIM可視化技術交底

通過BIM模型，對項目的技術方案、關鍵施工工藝進行三維可視化表達，發現技術方案和施工工藝的缺陷，提前進行優化。利用BIM建模顯示出截面尺寸，標高，混凝土量等工程數據，提高工作效率。

然后利用優化后的模型對施工管理人員及施工班組作業人員進行可視化的交底，提高交底的有效性，進而提升技術管理水平。

3.2 BIM場地模擬

利用BIM技術模擬現場大型機械設備、模板、預制構件的布置情況，幫助進行管理，優化施工現場總平面布置，合理利用施工場地。在保證順利施工的情況下使工程的經濟性最大化，提高工程效率。

3.3 BIM 4D施工模擬

利用BIM技術進行精細化施工模擬，對構件安裝、節點連接等關鍵工序提前進行預演，提前預知現場安裝問題。利用BIM技術結合工期，搭設整體腳手架，從施工模擬中妥善安排工期，從而達到縮減工期提高效率的目的。利用BIM技術進行現場漫游，結合4D施工模擬，進行虛擬的施工工藝展示，使施工人員更直觀的了解橋梁整體。

由于前導梁較長，應力變化較大，連接處錨栓較多，利用BIM技術提前預知施工，從而保證錨固準確有效。

本項目中的頂推施工過程可以通過BIM技術結合施工方案進行提前模擬分析，優化施工方案，保證頂推施工的順利進行。

4、BIM經驗梳理

4.1 預制施工

因本橋頂推在豎曲線上，利用BIM技術提前進行模擬，調整滑道標高及底模板預拱值，解決頂推過程中出現的滑道與箱梁不擬合問題。利用BIM技術提前進行頂推模擬，預知施工。提前預知施工過程中橫向偏移等問題，為實際頂推保駕護航。

4.2 安全防護

本橋跨越既有電氣化鐵路、客運專線、電務專用線、軍事專用線等七條既有鐵路，在施工時間和施工區域上的限制比較多，故主橋混凝土箱梁頂推施工期間保證既有線行車安全是本工程的難點，利用BIM技術模擬頂推，與各產權單位銜接，提前預知安全隱患，提前防護。

4.3 縮短工期

連續利用近60天高鐵維修天窗施工平齊線和哈齊高鐵間施工臨時結構，利用BIM技術縮短工期近30天，減少對營業線行車影響。

4.4 認清BIM

BIM技術的應用，將為建筑業的發展帶來巨大的效益。使得規劃設計、工程施工、運營管理、乃至整個工程的質量和管理效率得到一個顯著的提高。通過建筑模型使我們很直觀的看到施工過程中應該注意的問題以及施工的交叉次序。BIM提供了可視化的思路，讓我們將以往的線條式的構件形成一種三維的立體實物圖形展示在人們的面前；在BIM建筑信息模型中，由于整個過程都是可視化的，所以可視化的結果不僅可以用來效果圖的展示及報表的生成，還有項目設計、建造、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。

結語：

綜上所述，本橋成功地應用BIM技術，不僅解決了實際施工中遇到的問題，更取得了良好的經濟效益和社會效益。但我們依然半知半解的走在這條“康莊大道”之上。未來，在我們的共同努力下，相信BIM和實際施工的結合將會更好，BIM也將全方位的應用于實際施工之中。