基于BIM 技術的裝配式橋梁工程建設研究

夏超

（中國市政工程西南設計研究總院有限公司）

1 引言

隨著科學的快速發展，開啟了建筑信息化建設發展時代，通過構建建筑模型，規劃建筑工程建設方案[1]。目前，應用比較多的技術為BIM 技術，利用此項技術可以打造可視化建筑模型，使得裝配式建筑構件安裝更加專業化[2]。據統計，我國越來越多的裝配式建筑工程項目規劃選擇BIM 技術作為核心工具，提升了工程建設水平[3-4]。筆者以某裝配式橋梁工程為例，探究BIM 技術在此類工程中的應用方法，并分析應用效果。

2 項目概況

某裝配式橋梁工程建立在城市交通中心，東部與會昌路連接，西部與新世紀大橋連接，沿著興國路等線路敷設，橋梁總建設長度為4.2km，作為城市快速路。其中，主路部分采用高架方式敷設，避免與其他交通道路沖突。該項目最大跨度為60m，設定的標準跨度為30m，標準寬度為25m。為了滿足城市交通需求，盡可能避免工程建設對城市交通造成影響，本項目采用預制裝配式工藝施工。其中，項目樁基數量650，預制蓋梁141 座，預制墩柱315 根，預制小箱梁較多，數量為820 片。

3 裝配式橋梁工程信息化建設方案

裝配式橋梁工程建設工藝通過構建橋梁模型，計算橋梁建設所需材料，更加精準操作施工設備完成裝配式橋梁工程施工。實際上，此類工程建設質量提升的關鍵在于工程模塊化建設，所以構建橋梁工程模型顯得尤為重要。

3.1 預制構件的參數化模型

裝配式橋梁使用到的構件類型較多，需要根據工程建設需求，對各個參數做出相應調節，使得多類型構件建立速度得以提升。關于參數化模型的建立，采用拼接方式建立敲標段橋梁模型，作為項目施工管理基礎[5]。

3.2 基于軟件開發的預制構件

由于項目預制構件內部結構比較雜亂，涉及的鋼筋型號較多，需要根據橋梁建設工程方案分別布設至不同位置。目前，大部分項目仍然采用人工管理方式，核算項目構件，計算相關數據信息，作為項目施工參考研究[6]。然而，這種管理方式不僅需要消耗大量的人力資源，而且還存在一定誤差。信息化時代的到來，打破了傳統裝配式橋梁工程預制構件模式，引入BIM 技術，通過創建鋼筋模型，觀察三維立體結構模型中各項指標數據及結構分布特點，獲取橋梁施工重要信息。

雖然當前建立的鋼筋模型可以提高工程圖紙辨圖準確性，但是工程軟件自身的設計應用功能有限，加大了橋梁結構中樁頭螺旋箍筋模型建立難度。為了解決此問題，本研究提出軟件二次開發利用，在當前制作出的螺旋箍筋結構基礎上，利用BIM 技術采取可視化處理，降低模型建立難度，從而得到二次建模結果。例如，箍筋模型的二次建模，如圖1 所示。

近年來，BIM 技術二次軟件開發在很多項目中有所應用，大部分項目驗收結果顯示，此項技術在裝配式橋梁工程中可以降低模型開發難度。

3.3 橋梁結構信息化模型

圖1 軟件二次開發下的箍筋模型

利用軟件二次開發橋梁模型，得到橋梁內部結構，通過開發各部分結構模型，從而得到完整的橋梁信息化模型，如圖2 所示。

圖2 橋梁結構信息化模型

本項目使用到箱梁共計14 跨，主要由腹板、橫梁頂板、底板、節點板、加勁板等多個組件構成。由于箱梁內部結構比較復雜，為了提高橋梁穩定性，必須提升各個鋼板之間焊接操作精準度。考慮到現場施工可能出現誤差或者錯誤操作等情況，利用BIM 技術，建立鋼箱梁可視化模型，通過計算機顯示屏觀察各個部件裝配情況，從而實現對現場施工的實時監督。

4 BIM 技術在裝配式橋梁工程建設中的應用

選取BIM 技術為橋梁工程建設載體，構建一體化建筑施工模型，以此提高橋梁工程建設效率。

4.1 工程項目圖紙會審

橋梁工程建設實施中，首先需要確定項目圖紙是否正確可行，從而保證后續施工的順利推行。因此，對項目采取審閱是工程建設的重要環節。傳統圖紙會審采用人工審核方式，通過人工識圖，修改工程圖紙。由于圖紙會審工作量較大，不僅給員工帶來了較大工作壓力，而且存在漏查等情況。為了避免此類問題的產生，利用BIM 技術，設計三維立體橋梁模型，使得橋梁內部構件等相關信息更加直觀，將數據代入Midas 等軟件，通過計算機自動化審核圖紙方案，得到各個結構的受力分析結果，從而快速審閱項目圖紙。

例如，會審鋼結構圖紙。利用BIM技術建立三維立體化鋼結構模型，以項目施工合同中的鋼結構施工要點作為依據，分析當前設計的圖紙中各項指標及結構是否符合項目施工要求。其中，鋼結構中各個節點受力是分析的重點。利用Navisworks 分析數據，按照工程標準設置誤差允許范圍，通過計算受力等參數數據，經過數據對比分析，確定圖紙施工可行性。另外，立體化模型還可以更好的展示橋梁結構，各個構件所處位置及使用量均可以顯示出來。所以，借助立體化模型可以得到各個構件數量信息，與工程構件清單進行比對，準確完成工程構件清單核對工作。

4.2 可視化模型的構建

構件拼裝和預制是裝配式橋梁工程施工的核心，為了順利完成這些工作，提高操作精準度，提高了橋梁施工工藝要求。以往采用的交底作業方式已經無法滿足工程施工質量要求，需要將二維圖形轉化為三維立體圖形。由于BIM 技術具有可視化功能，所以選取此項技術作為裝配式橋梁工程實施核心工具，針對工程施工流程中的控制要點和施工難點進行模擬，利用AR 技術打造可視化橋梁模型，從而為現場作業提供更加清晰的橋梁結構圖。如圖3 所示為基于AR技術的可視化橋梁模型。

圖3 中左側圖為傳統二維技術構建的橋梁模型，右側圖為AR 技術打造的橋梁模型，具有可視化功能，對比兩圖特點可知，可視化橋梁模型更加清晰，可以作為此類橋梁工程施工參考依據。

4.3 基于BIM 的裝配式橋梁工程建設優化方案

BIM 技術是一種利用計算機軟件打造可視化圖形的現代化技術，主要用于設計階段，依據工程建設需求，構建可視化模型，使得工程設計更加專業化。本文利用此項技術對場地布置進行優化，構建橋梁工程模板可視化結構模型，模擬施工工序，從而達到優化橋梁工程建設方案的目的。

1）優化場地布置方案

利用BIM 技術可以建立三維橋梁結構，經過圖紙會審、構件清單核對等一系列審核工作的開展，確定此方案無誤后，可以通過此項技術直接輸出二維施工圖。此圖中可以顯示出施工場地各個位置需要建設的建筑信息，得到平面圖紙，該圖紙作為橋梁施工的參考依據。通過觀察圖中工程建筑布局，掌握工程場地布置整體情況，根據施工需求及時調整。

圖3 基于AR 技術的可視化橋梁模型

2）構建橋梁預制構件模板可視化結構模型

在設計模型時，為了滿足混凝土澆筑要求，以500mm 為間隔距離布設龍骨，使得澆筑更加嚴密。考慮到構件模板之間存在縫隙，利用螺栓連接兩個相鄰的龍骨，從而減少模板之間縫隙。由于龍骨長期作業會因磨損發生形變，為了保證橋梁結構穩定性，利用BIM 技術分析各個構件和節點的受力情況，如果發現當前龍骨穩定性較低，可以采取加裝鋼塊方式進行處理，使得結構耐受力有所提升。

3）模擬橋梁工程施工工序

由于橋梁工程施工較為復雜，為了盡可能降低施工安全風險，從工程施工工序層面出發，利用BIM 技術模擬工序。通過觀察三維模型中當前工序設計方案的實施效果，挖掘工序方案中存在的問題，并及時改進。

4）應用效果分析

此次應用分析以工程圖紙會審、工程施工與維修作為指標，將該模型與傳統二維模型的應用效果進行對比分析，從而判斷本研究提出的工程模型在裝配式橋梁工程中應用更具優勢。統計應用結果，如表1 所示。

綜合對比表1 中傳統橋梁工程模型和BIM 技術工程模型的應用效果可知，BIM 技術的應用優勢更大。

5 結語

本文圍繞裝配式橋梁工程模型建立問題展開研究，選取BIM 技術作為研究工具，提出可視化模型構建研究內容。本次研究借助計算機軟件構建工程模型，通過軟件二次開發，充分發揮工程模型作用。應用結果表明，BIM 技術的應用支持工程工序準確模擬，有助于裝配式橋梁工程建設質量的提升。

表1 BIM 技術應用效果對比分析統計結果