基于BIM技術的九溪大橋4D施工模擬

李雅杰

摘要：建立了標準的曲線橋核心構件族庫和臨時構件族庫，完成了九溪大橋BIM模型的建立。將BIM模型導入Navisworks2018平臺中進行分析處理，利用TimeLiner功能把模型構件與時間維度相關聯，實現了九溪大橋施工過程的4D模擬。

關鍵詞：橋梁工程，九溪大橋，BIM，4D模擬，施工

目前，通過BIM軟件，建筑圖紙已經能夠實現100%出圖。但從長遠看，BIM的應用價值不應該僅僅體現在設計階段，更應該在建設項目全壽命周期中體現其價值。施工階段作為承上啟下的階段，充當著將設計意圖付諸實施，轉化為建筑成品的重要作用，因此，在施工階段應用BIM蘊藏著極大的價值。

在國外，BIM技術在施工中的應用研究開展較早。目前開發了動態建筑信息模型數據庫，該數據庫的建立為項目的不同參與方提供了交流以及獲取信息的平臺。然而，我國對于BIM技術在項目施工中的應用研究起步較晚，通過建立4D施工資源信息模型，開發了4D施工資源管理平臺，實現了施工階段對材料、機械等施工資源的動態管理，并通過在BIM模型中集成工程量信息，實現了對成本的實時監控。建立了參數化BIM模型，重點對碰撞檢測、4D施工模擬和施工進度管理等進行研究，探索了BIM技術在橋梁施工中的應用。本文將BIM技術應用到九溪大橋的施工過程中，采用核心建模軟件Revit建立包含完整工程信息的全橋BIM模型，然后進行4D施工模擬。

1工程概況

本項目為濱海東大道（翔安東路-蓮河段），起點與在建的濱海東大道（澳頭至大嶝大橋段）順接，沿線與翔安東路、望嶝北路、溪東路、機場快速路、蓮河東路等相交，終至廈門與廈門交界處與規劃廈門濱海大道相接，路線全長 8.711km，路幅寬 60 米。九溪大橋全長498m，上部構造為PC現澆連續箱梁;九溪大橋呈曲線型，橋面受力左右不均，澆筑質量難以控制，運用BIM技術分析橋梁受力，有效提高施工質量。

2 BIM模型的建立

2.1建模流程

由于九溪大橋為曲線型結構，考慮國內外各BIM建模軟件的優缺點及適用條件，最終選擇采用AutodeskRevit軟件，依據標準進行九溪大橋的核心建模工作。Revit軟件最大的優點就是建模自由度高，可以根據需要建立各種復雜截面的構件模型。

首先，利用Revit軟件中“族”的概念，把曲線橋橋的每一個結構構件看作是一個構件族。依次建立鋼便橋及鉆孔平臺、樁基礎、承臺、墩柱、現澆梁等參數化構件族。然后將這些構件族載入項目中心文件中，根據各構件的空間位置及邏輯關系，更改其標高、平面坐標等參數，并添加相關屬性信息，最終形成結構的整體模型，即核心BIM模型。圖2為利用Revit平臺進行九溪大橋BIM建模的整體流程。

2.2核心構件族庫的建立

根據九溪大橋的設計信息，采用Revit軟件繪制構件輪廓，然后通過拉伸、融合等工具生成三維模型，并按照標準定義構件特性參數形成參數化構件族庫。本曲線橋中自建的參數化構件族庫包含鋼便橋及鉆孔平臺、樁基礎、承臺與墩柱、現澆梁等族庫，可通過更改參數信息生成任意尺寸的構件。各構件族庫為BIM模型的最小單位。

在Revit中，按照施工圖創建項目的控制標高和軸網，然后在相應平面視圖中依次載入各構件族庫，并通過拼組形成模型組件，添加材料、施工工藝等各種工程信息，形成包含完整工程信息的BIM模型。具體過程如下：

鋼便橋及鉆孔平臺，鋼便橋主便橋設置在橋梁左側，P5～P12墩設置支便橋及鉆孔平臺。主便橋寬7m，長335米，支便橋寬6米、9米兩種形式，鉆孔平臺尺寸根據承臺尺寸設定;橋樁基采用嵌巖樁樁基礎，總共178根;九溪大橋設計有27個承臺，其中13個承臺位于陸地，16個承臺位于九溪水域中;墩身高3.6m-15.4m，根據設計信息建立各構件參數化族庫，再將樁基、承臺與墩柱按照空間位置關系進行拼組，形成組件，見圖4，即可方便查看樁徑、樁長、承臺與墩柱尺寸等工程信息。

當鋼便橋及鉆孔平臺、樁基、承臺、墩柱與現澆梁等族模型全部建立完成后，再將它們載入Revit同一項目文件中，根據各構件之間的空間位置關系，調整軸網及標高，最終形成了九溪大橋的全橋BIM模型，

3施工過程模擬

3.1總體施工方案模擬

本曲線橋按照自下而上、先中間后兩邊的施工順序，首先施工鋼便橋及鉆孔平臺、樁基、承臺、墩柱，再采用支架法施工現澆段橋梁，分節段澆筑各主梁梁段，最后施工護欄，完成橋面鋪裝。將本文建立的BIM核心模型導入Navisworks2018中進行分析處理，利用TimeLiner功能將模型構件與時間維度相關聯，形成4D 模型，從而進行施工過程模擬。

對于樁基礎，首先施工鉆孔平臺，然后采用旋挖鉆機鉆孔施工。由于承臺埋深較大且此處地下水豐富，承臺采用鋼板樁支護施工。墩身高度H≤8m墩（即九溪大橋1-4#臺墩柱）施工采用一次性澆筑墩身砼的施工方法;墩身高度H>8m墩（即九溪大橋5-12#臺墩柱）的采用分節段澆筑墩身砼的施工方法。采用汽車吊（25T）垂直運輸施工材料，工人上下利用腳手架（路上配合人形梯籠、水上配合吊梯）。

九溪大橋現澆梁陸地上第一聯、第二聯一、二跨支架采用盤扣支架，其余采用鋼管柱加貝雷桁架搭設，每跨貝雷梁按簡支設置，橫橋向根據橋梁橫截面設計不同，分別采取不同的鋼管貝雷支架布置?？v橋向35m跨箱梁縱向設置3排鋼管立柱，一個中支墩，兩個邊支墩，最大間距為13m，鋼柱之間橫縱橋向每兩根鋼管柱上下每隔6m采用20#工字鋼做橫縱向連接，16#工字鋼做剪刀撐連接，鋼管柱底部采用直徑10mm的鋼板封端，保證鋼管柱受力和穩定。鋼管柱上設置雙排40b工字鋼做橫梁，橫梁上架設貝雷桁架梁，縱向長度根據箱梁跨度來布置。55m 跨按三跨布置，即12m+13m+12m，25m跨按兩跨布置，即8.5m+9m;橫向截面腹板下按45cm布置單層貝雷梁，其它位置按90cm布置單層貝雷梁，貝雷架上按照0.6m、1.2m布置一道14a的工字鋼，并用φ48 鋼管+U形卡與貝雷梁，6米長鋼管3道U形卡相互鎖扣增加穩定性。工字鋼上安裝腳手架，縱橋向間距60cm、120cm布置。盤扣式鋼管支架搭設，立桿采用φ60.3×3.2mm 鋼管，水平桿、豎向斜桿采用φ48.3×2.5mm 鋼管，立桿間距縱橋向間距60cm、120cm布置，橫橋向間距150cm、90cm、120cm 布置，箱梁底、頂模板采用2400*1200*15mm的竹膠板，模板下鋪設 10×10cm 的方木腹板下20cm間距、室板下30cm 間距，方木下布14a的工字鋼。翼緣板下采用2400*1200*9mm的竹膠板，橫向8×8cm方木分配梁間距30cm，方木下設置弧形托架。

3.2關鍵施工工序模擬

針對特殊施工工序的專項方案進行模擬和分析，清晰地把握施工過程中關鍵工序的施工難點和要點，從而提高施工質量和效率，確保施工專項方案的安全性，指導施工現場科學施工。墩柱施工完成后，采用支架法澆筑現澆梁施工。支架采用便于組裝和拆卸的鋼管和型鋼，其上鋪設貝雷梁在支架搭設完成后，并檢查預埋構件，以確保墩柱、梁固結質量，然后鋪設方木、安裝模板、綁扎鋼筋，最后進行混凝土澆筑。

3.3可視化施工進度管理

將九溪大橋全橋模型導入Navisworks軟件中，借助TimeLiner功能，按照施工組織設計中的施工進度計劃，將模型信息與計劃時間相關聯，實現4D施工進度管理，還可自動生成施工進度甘特圖。通過4D模擬，能夠形象直觀地了解施工進度情況，對施工進度進行有效管控。

4結語

本文采用BIM核心建模軟件Revit，對九溪大橋進行參數化建模，建立了標準下的曲線橋核心構件族庫，然后載入同一項目文件中，根據各構件的平面坐標及空間位置關系進行拼組，建立了包含完整工程信息的九溪大橋BIM模型。將BIM模型導入Navisworks軟件中進行分析，通過TimeLiner 功能使模型構件與時間維度相關聯，實現了曲線橋施工過程的4D 模擬。根據施工組織設計，具體完成了九溪大橋總體施工方案的模擬、支架法現澆施工模擬，使施工過程與施工進度變得可視化。

參考文獻：

[1]張建平，曹銘，張洋.基于IFC標準和工程信息模型的建筑施工4D管理系統[J]工程力學，2005，22 （ S1） ： 220-227.

[2]馬也犁. BIM 技術在非對稱外傾拱橋施工中的應用研究[D]. 成都： 西南交通大學，2016.