BIM技術在波形鋼腹板橋梁施工中的應用

張 軍，王鵬威，孫大勇，常俊杰，邵琛凱

（中建七局安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

1 研究現狀

波形鋼腹板橋梁與傳統混凝土預應力橋梁相比，自重減輕10%～30%，減少了恒載，降低了地震對橋梁的影響力；減少了混凝土、預應力鋼材、鋼筋等材料用量，從而降低了工程總造價；波形鋼腹板的縱向剛度較小，幾乎不抵抗軸向力，在不承受預應力的情況下，縱向預應力束可以集中加載于上、下翼緣板，有效地提高預應力效率；體外預應力索的應用，有利于結構整體承載力，耐久性能較好。

常規施工模式下，施工方很難對復雜節點處的工況及施工環境進行預判。BIM技術在波形鋼腹板橋梁上的應用，多體現在可視化交底，對復雜關鍵節點記性可視化展示，將二維書面交底轉換為更為直觀的三維立體表現形式，少有施工方在波形鋼腹板橋梁的BIM技術應用上有所創新。對BIM技術在波形鋼腹板橋梁上的應用模式及有效性的探索，是一個值得研究的課題。

2 項目背景

（1）工程重點、難點分析。本研究依托的平頂山科技路湛河橋工程，主橋聯為45m+75m+45m，采用雙幅布置，幅間距為2cm。單幅單箱三室波形鋼腹板預應力混凝土連續箱梁，主梁采用C50混凝土，鋼腹板采用Q345D鋼材，根部梁高4.3m。跨中及邊支點處梁高2.2m，每箱梁頂寬19.99m，底寬15.5m。懸挑長度為2.25m，端部厚18cm，根部厚45cm。頂板厚28cm，底板厚28～75cm。主墩墩頂現澆段長度為7.8m，對稱澆筑段總長為32m，共劃分為7對懸澆段，合龍段長度為3.2m，邊跨現澆段長度為5.78m。

根據圖紙設計情況，以及施工現場實地勘察，總結出以下重點、難點：①0#塊波形鋼腹板安裝的精確與否，決定整座橋梁的線性效果是否滿足設計要求；②懸臂施工掛籃的安裝步驟，及走行方式的確定；③支架搭設步距的確定，以及支架分級預壓的安全性；④波形鋼腹板連接處的密封效果，決定了混凝土澆筑質量；⑤轉向器預埋的準確度，決定了體外預應力穿束的難易程度。

（2）可優化專業工程。本研究依托的平頂山科技路湛河橋工程，主橋聯為45m+75m+45m，項目技術人員根據設計圖紙、工程量清單以及現場原地貌情況，初步編制了臨建方案、施工組織設計、各專業施工方案、作業指導書等。

3 應用情況

3.1 BIM應用策劃

在項目施工前期，本BIM研究小組深入項目，針對工程重點、難點，以及可優化的專業工程，對項目初步編制的滿堂支架搭設方案、掛籃施工專項方案、體外預應力施工方案指導書等進行了探討式的研究分析。結合其他市政公用工程項目的BIM應用情況，分階段開展BIM工作。本階段工作主要包含以下內容：①基于BIM技術模擬體外預應力施工方案；②基于BIM技術模擬滿堂支架施工方案；③基于BIM技術模擬、比選掛籃施工方案。

3.2 BIM應用實施

（1）基于BIM技術對體外預應力施工方案進行模擬。波形鋼腹板橋梁整體線性取決于0#塊鋼腹板位置是否準確，在0#塊門洞鋼筋安裝過程中需要對體外束在0號塊中的轉向器進行預埋。體外束的轉向通過預埋在橫隔和轉向塊中的轉向器來實現，預埋轉向器采用分絲管式轉向器，能實現單根絞線的穿束、張拉以及日后的單根換索，預埋時同一根體外束的錨具及轉向器索孔的排列要一一對應，如圖1所示。

（2）基于BIM技術對滿堂支架施工方案進行模擬。科技路湛河橋邊跨現澆段模板支架體系采用滿堂支架搭設方式，項目人員根據設計參數，施工現場地勘數據，編制了模板支架專項方案，利用BIM技術對方案進行模擬。在專家論證時，將方案模擬納入論證材料中，直觀演示施工方案，在專家質詢時，將疑問部位放大，專項方案論證一次通過。

（3）基于BIM技術對掛籃施工方案進行模擬、比選。橋梁懸臂施工時，掛籃選取是否合適，直接決定橋梁施工質量及施工進度。在結合以往類似橋梁施工經驗，分別編制了菱形掛籃施工方案和三角掛籃施工方案，分別對施工方案進行BIM模擬，在空間邏輯順序上演示各工序的可實施性，對有沖突的或不符合邏輯順序的工序進行調整，直至滿足施工要求。經過比選，最終選定三角掛籃作為懸臂施工承載和走行裝置。首先，對菱形掛籃施工方案進行模擬。菱形掛籃的作業面開闊，便于構造鋼筋分片吊裝，利用桁架前后支座，使桁架在軌道上行走，無須配重，啟動時不需要兩套掛籃聯體，拼裝速度快，操作方便，移動靈活，外模、底模隨桁架一次到位。適用范圍較廣，適合于鐵路單、雙線箱型連續梁懸灌施工，桁架聯結系稍加改動也可用于公路橋的懸灌施工。然后，對三角掛籃施工方案進行模擬。三角掛籃的承重能力與其他各類掛籃相比，不占優。但掛籃結構重心較低，穩定性較高，橫向聯結鋼材用量較少，加工工藝要求低，加工方便。如圖2所示。最后，方案比選。衡量掛籃設計是否合理的主要參數，一是承載能力是否滿足要求，二是施工是否方便，三是掛籃質量和梁段混凝土的質量比，一般控制在0.3～0.5。經過對澆筑梁段混凝土質量和兩種掛籃質量的計算、對比，最終選定三角掛籃作為懸臂澆筑施工的支撐和行走體系。

圖1 波形鋼腹板箱梁體外預應力施工方案模擬

圖2 三角管廊施工方案模擬

4 結束語

本工程應用BIM技術對危險性較高的工程可視化方案解析，更直觀、準確，保證了施工安全提高了施工質量。BIM技術在專項方案模擬、比選上有明顯的優勢，對備選方案在實際施工環境中進行模擬，通過對各決定因素進行比選，最終確定方案。在施工過程中，通過展開BIM應用，有效提高了施工的合理性和科學性，高效地指導了現場的施工，提高了施工效率，同時也為類似工程積累了寶貴經驗。