BIM技術在高速公路轉體橋施工中的應用

李樹敬

（中鐵十四局集團第四工程有限公司 山東濟南 250002）

1 引言

隨著BIM技術的廣泛應用，在橋梁設計及施工中BIM技術也在逐步推廣。利用BIM技術建立三維橋梁模型［1］，直觀反映在建橋梁與既有場地的位置關系，利用BIM信息管理平臺實現模型與施工現場信息的傳遞與整合，在信息化建設中有利于提升項目建設的管理水平，實現各參建單位的無障礙交流，大大提高了對現場安全、質量、物資及進度的管控水平［2］。

2 工程概況與BIM技術

（1）工程概況

本項目位于濟南市東部，是濟南繞城高速公路二環線東環段工程的一部分。膠濟鐵路立交主橋左2＃墩、右5＃墩承臺尺寸為（16.5 ×21 ×5）m，右2＃墩、左5＃墩承臺尺寸為（16.5×16.5×4）m，施工位置絕大部分位于既有鐵路線柵欄和坡腳外側。采用鉆孔灌注樁防護，經過現場測量，既能滿足施工需要也能滿足安全行車需要。

本工程在鐵路兩側采用兩幅T構箱梁（2×80 m T構與2×60 m T構）平行同步轉體分別跨越膠濟客專、膠濟鐵路。全橋共設4幅剛構箱梁橋，2×80 m T構橋與2×60 m T構橋并排分別設于鐵路外側，其中60 m T構橋靠近鐵路側，80 m T構遠離鐵路側。采用轉體施工工藝［3］，施工時同側兩幅T構平行現澆，待砼達到強度并進行張拉后，平行同步轉體至設計位置，完成橋梁主體施工，見圖1。

圖1 膠濟鐵路立交主橋仿真效果圖

（2）BIM技術應用目的

本轉體橋線路基本呈南北走向，由北向南依次穿越膠濟客運專線、膠濟鐵路及四五六專線，給現場施工管理［4］帶來一定挑戰。運用BIM技術對項目進行可視化管控，可減少返工、節約工期、積累項目數據［5］、提升管理水平。

第一，運用BIM技術將二維施工設計圖轉換成三維數字模型，對球鉸、滑道等轉體設施提前建立精準的結構模型，實現在模型中查看轉動體系下的高程坐標，為測量組提供準確的測量依據，見圖2。

圖2 轉體上下轉盤結構

第二，通過配置魯班基建系統［6］，在工程管理過程中形成有關質量、安全、進度、成本、物料、人員、機械等一些列靜態或動態數據，通過魯班BIM平臺關聯到工程模型上，在云端進行存儲、管理。管理人員可通過電腦端或移動端設備隨時隨地查看現場施工情況。

通過BIM技術可預先做好風險分析、任務安排與數據查閱，確保在施工節點期內圓滿完成橋梁轉體任務［7］。

3 BIM在橋梁施工管理中的應用

利用Revit＋Dynamo軟件建立連續梁主體結構模型，包括橋墩結構、承臺結構、球鉸轉盤等轉動系統及鋼筋預應力鋼束等，在既有設計圖紙的基礎上，通過BIM軟件［8］提供三維可視化空間，進行三維碰撞檢查，預測危險源與碰撞源，合理組織施工，將風險降至最低。采用參數化建模方法，依據圖紙坐標定位放樣，為后續轉體橋轉體過程中高程定位測量做準備［9］，見圖 3。

圖3 膠濟鐵路立交橋BIM模型

3.1 橋梁結構精細化建模

目前橋梁工程中，預應力變截面連續箱梁橋是較為常用的橋型。借助Civil3D繪制出轉體橋橋梁中心線，通過將線劃分成點的方法，把中心線變成點參數，然后通過Excel導入Dynamo進行程序運算，在Revit的自適應體量中重新生成道路橋梁中心線。

在Revit＋Dynamo橋梁建模過程中，連續梁實體通過“切片”的方式將箱梁沿道路中心線拆分成一個個單獨的截面，并對截面賦予尺寸參數，包括梁高、橫坡坡度、腹板及底板厚度、各倒角長度等參數。利用中心線點參數的旋轉角度與各截面橫坡坡度參數值賦予，創建出符合設計圖紙要求的連續梁三維模型［10］，見圖4～圖5。

圖4 箱梁截面參數化賦予

圖5 Revit體量中截面布置

3.2 基于BIM三維算量

業主單位的進度款支付、施工單位的進度款申報、物資采購、對下計價等多方面均需要工程量，而工程量的準確度也關系著施工各方的成本核算。手工計算過程中由于技術人員對設計圖紙理解程度不同，統計出的工程量往往有較大差別甚至出現錯誤，對項目工程計價管理造成一定的損失［11］。

利用BIM技術可實現精確建模，在軟件中即可得到不同構件的工程量信息。模型工程量分類統計匯總并與圖紙工程量進行對比，形成工程量校核報告，節約預算成本，提高經濟效益，方便技術人員實現精細化管理［12］。

3.3 施工方案模擬與碰撞檢查

利用Civil3D＋Revit＋Dynamo軟件建立轉體橋連續梁及支架模型，并利用體量中“UV網格分割表面”的功能，將箱梁底板的下緣曲面按照設計圖紙的支架分布間距進行網格劃分并顯示節點，導入項目當中之后便可以查看每個節點的標高，以確保支架高度和實際支架的一致性，見圖6。

圖6 轉體橋梁及支架模型

（1）轉體橋轉體過程中與墩柱碰撞檢查

根據設計圖紙初步判斷有碰撞風險的部位，包括過渡墩1＃左右幅與6＃左右幅的墩身蓋梁及相鄰引橋的 34＃、35＃、28＃墩柱。

利用BIM軟件動態展示轉體橋轉體過程，排查發現轉體橋結構與1＃墩右幅、6＃墩左幅及引橋34＃墩發生碰撞；5＃墩右幅2×80 m T構順時針旋轉至57.11°、61.75°、66.88°時，箱梁與 34＃墩發生碰撞；5＃墩右幅2×80 m T構旋轉至最不利位置72.65°時，與6＃-2墩柱預留鋼筋發生碰撞。34＃墩柱施工時需提前控制好澆筑高度及6＃-2墩柱預留鋼筋在保證質量的前提下合理避開橋體，見圖7及表1。

圖7 轉體過程運動軌跡包絡面

表1 模擬轉體碰撞數據

（2）轉體橋與支架碰撞檢查

因轉體橋兩幅T構均為順時針旋轉，由BIM模型可知2×80 m連續梁底板高程較2×60 m連續梁偏低，因此2×80 m連續梁在轉動過程中與相鄰的支架結構有碰撞風險，包括腳手架立柱和貝雷片。

利用BIM技術將創建好的支架模型與運動軌跡包絡面進行結合，包絡面與支架結構如存在交叉部位即為碰撞。

在轉體過程中，2＃墩左幅2×80 m大里程連續梁與2＃墩右幅2×60 m大里程支架發生碰撞，并且與1＃塊處的工字鋼橫擔有碰撞；5＃墩右幅2×80 m小里程連續梁與5＃墩左幅2×60 m小里程支架也有碰撞，見圖8。

圖8 支架碰撞檢查

通過BIM軟件篩選出碰撞的立桿并測出其標高，進而計算支架拆除的高度，見表2。

表2 支架碰撞高度范圍

3.4 施工進度控制

根據項目提供的施工臺賬與計劃進度，技術員可通過魯班iWorks Civil平臺進度管理模塊將橋梁結構模型與進度進行關聯，通過駕駛艙模式進行計劃進度與實際進度對比，提前發現問題并進行優化，見圖9。

圖9 平臺進度管理系統

3.5 現場管控中的BIM應用

為了體現BIM技術價值，項目布置魯班基建系統，在工程管理過程中形成有關質量、安全、進度、成本、物料、人員、機械等一些列靜態或動態數據，通過魯班BIM平臺關聯至工程模型，在云端進行存儲、管理。

（1）平臺資料管理

由BIM駐場人員與項目資料員通過電腦端將項目施工中的技術資料（方案、圖紙、試驗、質檢等）上傳至BIM系統平臺，與模型構件進行關聯，并參考本項目實際需求和業主方規定對本項目資料庫編制分類清單，資料按分類目錄整理，以實現資料與模型按照分類邏輯進行雙向查詢。管理人員每日將現場施工日志、技術交底等資料上傳到BIM平臺，便于施工現場隨時查看相關資料，見圖10。

圖10 平臺資料管理系統

（2）移動端平臺管理

通過BIM移動端平臺技術，現場管理人員可利用手機實時查看模型，并可通過協作功能將現場情況上傳至平臺，在線填報安全質量問題，落實到責任人。BIM信息平臺包含問題整改、階段報告、方案審批等多達12個項目，管理人員即使不在施工現場，也可實時查看相關問題并進行審批修訂，并通過管理平臺推送至指定人員，保證現場問題及時得到解決。

4 結束語

以濟南繞城高速公路二環線東環段項目為依托，應用BIM技術對跨膠濟鐵路立交轉體橋部分開展精細化管理與施工深化研究，通過BIM管理平臺，一方面提高了現場施工的工作效率及進度把控程度，另一方面實現了管理人員對現場危險源的認知和預控、管理與監督；同時還能將施工各方面信息進行集成，實現可追溯性。項目管理是企業發展的關鍵，項目級BIM系統平臺的試點應用是公司項目精細化管理的有效途徑之一，BIM技術應用定能在橋梁施工中產生可觀的效益。