BIM技術在大跨徑組合梁斜拉橋施工過程中的應用研究

李旭

（中交二航局第四工程有限公司，安徽蕪湖241000）

1 引言

橋梁工程為公路建設中的控制性項目，尤其是特大型橋梁工程的順利進行極大程度上影響著公路項目的進展。近年來，隨著經濟的發展和技術的進步，大跨徑橋梁工程越來越多，而且結構形式也更加復雜，這給橋梁工程師帶了很大的挑戰。傳統管理手段愈發不能滿足業主對工程項目的要求，更不能滿足工程建設項目數字化管理的要求。

BIM技術以建筑物的各項信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息[1]。BIM技術在民用建筑領域應用的較為廣泛，但是針對于交通領域，BIM技術的應用依舊遠遠落后于建筑領域。

本文以廣西荔浦至玉林高速公路平南相思洲大橋為背景，研究BIM技術在大跨徑組合梁斜拉橋施工過程中的應用。

2 項目介紹

廣西荔浦至玉林高速公路是國家高速公路網呼和浩特至北海（G59）和廣西高速公路網規劃“6縱7橫8支線”中“縱2”重要組成部分，項目起自荔浦縣城東北蒙村，接在建汕頭至昆明國家高速公路陽朔至鹿寨段，止于玉林市新橋鎮，接已建呼和浩特至北海國家高速公路玉林至鐵山港段。

平南相思洲大橋是廣西荔玉高速公路上的一座特大橋，在平南縣城附近跨越潯江，距離相思洲尾約100m。該大橋是荔玉高速公路項目的一個重點控制性工程，主橋采用雙塔雙索面半漂浮體系斜拉橋，跨徑布置為40m+170m+450m+170m+40m。大橋主跨450m跨越南汊通航孔，170m邊跨跨越相思洲北汊。主塔承臺基礎為長54m，寬17m，厚6m的圓端形承臺，下設23根直徑2.5m的鉆孔樁。大橋索塔采用鉆石形索塔的形式，南北主塔高均為147.3m，主梁采用分離式雙箱組合梁，組合梁中心高度3.5m，梁全寬33.5m。北岸引橋為預應力混凝土小箱梁橋+預應力混凝土T梁橋，南岸引橋為鋼混組合連續梁橋。

3 BIM在橋梁施工過程中的應用

針對大跨徑組合梁斜拉橋項目的建設特點，通過BIM技術與三維實景的綜合應用，逐一解決項目中存在的難點問題。

3.1 橋梁復雜結構設計成果三維可視化交底

相思洲大橋為大跨徑組合梁斜拉橋，鋼混組合梁、索塔鋼錨梁等結構不僅種類繁多而且構造復雜，傳統的二維設計成果存在著專業化程度高、艱澀難懂等特點，同時也很難直觀反映設計人員的真實意圖。本項目中全橋共40種80套索塔鋼錨梁以及14種共89榀鋼混組合梁，傳統的設計成果采用標準斷面并以表格形式將不同的型號鋼錨梁、鋼混組合梁表示。以表格形式對復雜結構進行表達不僅存在著參數繁多、難懂，并且難以發現構件之間的空間對應問題。

因此，本項目從設計開始就規劃BIM總體應用，通過利用BIM技術與傳統方式進行二、三維同步設計。利用BIM技術對鋼錨梁、鋼混組合梁進行參數化建模，將表格表示的鋼錨梁、鋼混組合梁進行實體化，如圖1所示。利用BIM技術的可視化優勢可以直觀地檢查參數是否正確，確定鋼錨梁、鋼混組合梁各構件尺寸是否存在矛盾、沖突情況，從設計的源頭保證工程質量，并且在施工階段可直接利用鋼錨梁、鋼-混疊合梁的BIM設計成果對施工人員進行可視化交底。通過利用BIM設計成果進行橋梁復雜結構技術交底，不僅能讓施工人員直觀地理解圖紙，理解設計人員的真實意圖，同時施工人員可根據以往的施工經驗指出設計中存在的問題，提前對設計進行優化處理，避免施工過程中產生設計變更，減少工期的延誤，從而確保工程的質量。

圖1 參數化鋼錨梁、鋼混組合梁BIM模型

3.2 橋梁施工工藝三維仿真與可視化交底

相思洲大橋為目前廣西在建最大跨徑的組合梁斜拉橋，涉及的施工工藝繁多而且復雜，危險系數高、施工難度大。傳統的施工方案及技術交底方式存在著一定的局限性，施工人員對工藝的控制要點、危險源等沒有較為直觀的認識。

本項目通過利用無人機傾斜攝影技術獲取現場的數據信息，通過BIM軟件生成三維實景模型來真實重構施工現場環境。在三維實景真實重構的現場施工環境中對不同的施工工藝進行三維動態仿真模擬，如圖2所示，并考慮各種不利的因素，對施工方案進行前置分析并進行優化。并且利用BIM模型的可視化特點，對現場施工人員進行多維度的技術交底，加速各方對施工工藝的理解，規避不必要的風險，提高施工質量和效率。

同時，由于鋼錨梁在塔內未水平放置，且錨點、塔內預埋管與錨拉板之間為空間角度，坐標計算較為復雜。在BIM模型中，測量人員可以在實景模型中直接獲取各構件的坐標，與計算的坐標進行比較、核對，以保證各構件位置的準確性[1]。

圖2 相思洲大橋主橋施工BIM模型

3.3 基于BIM技術的施工管理

如何將BIM技術與過程管理系統地結合是施工階段BIM技術應用的重點和難點。針對大跨徑組合梁斜拉橋項目的建設特點，本項目基于BIM模型進行施工管理平臺的二次開發。在設計BIM模型基礎上建立符合施工要求的深化模型，通過制定EBS編碼，將數字信息、技術數據與BIM模型掛接，并與施工過程融合，實現基于BIM技術的進度管理、安全質量管理和技術管理，從而提高工程的數字化管理水平，保障工程質量。

3.3.1 多源數據融合和多終端的施工信息化管理

項目施工管理平臺由客戶端、Web端、APP組成，以云平臺為數據存儲層，以BIM模型為基礎，用輕量化數據方式關聯工程結構數據、施工組織計劃、設計圖紙等多源數據信息，實現多源數據的融合和共享。同時基于成熟的數據架構方式，實現多個終端直接對BIM模型關聯的所有屬性進行管理、檢索和修改。通過這種方式，對橋梁施工過程進行統一的數字化管理，確保施工過程中的信息傳遞的流暢性和及時性，提高施工管理能力。

3.3.2 技術資料三維數字化管理

基于唯一編碼實現設計圖紙、施工方案等技術資料與工程部位關聯。相關技術人員通過BIM模型直接定位到具體施工部位，可快速查閱相關圖紙信息及施工方案等技術信息，實現施工全過程的資料記錄、查詢和追溯。

3.3.3 工序控制與項目進度管理

本項目為技術復雜的大跨徑組合梁斜拉橋，在施工過程中通過將各工程部位的施工控制要點與BIM模型進行關聯，實現工程部位工序的卡控，確保責任落實到人，從而實現在源頭控制工程質量的目的。與此同時，本項目通過將工序控制與施工進度相關聯，并與BIM施工模型掛接，可實時查看項目進度。通過與項目的計劃進度對比，可隨時直觀地對項目進度進行了解，便于管理人員有針對性地進行調整管控，確保項目的順利進行[2]。

3.3.4 安全、質量管理

在基于BIM模型的管理平臺，可從以下幾個方面對大橋施工的安全、質量問題進行有效的控制：（1）在工序卡控的環節，按設計及施工要求進行重點的控制，現場技術人員需按照要求進行驗收并將驗收結果上傳至指定的質量驗收人，通過后方可完成驗收程序；（2）利用BIM技術與三維實景結合，提前進行施工場地合理規劃布置，預先調配好施工需要的人機物料；（3）技術人員可利用APP將現場的質量、安全問題進行上傳并與具體工程部位關聯，第一時間發現并解決問題，實現對工程質量、安全問題的跟蹤留痕。并形成安全、質量問題分析庫，從而提醒施工管理人員及時調整和優化施工工藝，保障工程質量，提升施工管理水平。

項目施工管理平臺還包括施工日志、人員管理、機械管理、實時監控等模塊，進一步提高了平臺的實用性，實現了BIM技術與施工管理的系統性結合應用，避免了以“建模為主，應用為輔”的尷尬現狀，使BIM技術能夠真正的發揮其作用，有效地提升了橋梁的施工管理水平和工程質量。

4 結語

將BIM技術真正運用于橋梁施工過程中，是實現其價值的重要途徑。本項目從工程本身需求出發進行BIM技術的應用，通過利用其可視化、參數化建模等優勢并結合傾斜攝影技術解決了大跨徑組合梁斜拉橋施工過程中存在的工序復雜、施工難度大、風險高等一系列工程難點，并且基于BIM模型進行施工管理平臺的二次開發，實現了BIM技術與施工過程管理系統的結合應用，提高了橋梁施工的數字化管理水平和建設水平，為后續全面實現公路橋梁數字化提供參考借鑒。