BIM技術(shù)在高速鐵路連續(xù)梁施工中的應(yīng)用與探討

李 東

(中鐵十四局集團(tuán)第四工程有限公司，山東 濟(jì)南 250002)

0 引言

BIM即Buiding Information Modeling,意為建筑信息模型。是以建筑工程項(xiàng)目的各相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，通過三維建筑模型，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)管理、運(yùn)營管理等全生命周期的功能。被建筑業(yè)視為繼CAD之后建筑行業(yè)的第二次革命。

1 應(yīng)用概述

新建牡丹江至佳木斯高速鐵路客運(yùn)專線全長371.622 km，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為時速250 km雙線電氣化高速鐵路。高速鐵路懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁深化設(shè)計(jì)依托跨鶴大(鶴崗至大連)高速特大橋連續(xù)梁開展，該連續(xù)梁跨徑(60+100+60) m。施工中安全防護(hù)工程、臨時設(shè)施施工、主體各施工工序及細(xì)節(jié)施工等在施工中需重點(diǎn)控制。BIM技術(shù)應(yīng)用總體思路如下：

1)在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，按照圖紙創(chuàng)建上部結(jié)構(gòu)實(shí)體模型，準(zhǔn)確計(jì)算節(jié)段工程量，指導(dǎo)箱內(nèi)細(xì)部結(jié)構(gòu)模板加工；

2)創(chuàng)建連續(xù)梁A0節(jié)段、標(biāo)準(zhǔn)段、直線段、合龍段鋼筋模型，用于核查圖紙工程量、指導(dǎo)鋼筋下料；

3)創(chuàng)建A0節(jié)段預(yù)應(yīng)力管道模型，根據(jù)預(yù)應(yīng)力管道與普通鋼筋的位置關(guān)系，結(jié)合預(yù)應(yīng)力管道安裝工藝，與鋼筋班組之間討論鋼筋綁扎順序，確保預(yù)應(yīng)力管道位置準(zhǔn)確；

4)創(chuàng)建全橋預(yù)應(yīng)力筋模型，用于核查圖紙預(yù)應(yīng)力筋長度、準(zhǔn)確計(jì)算張拉延伸量；

5)創(chuàng)建張拉鋸齒塊位置局部鋼筋模型，用于現(xiàn)場質(zhì)量控制檢查；

6)創(chuàng)建附屬結(jié)構(gòu)模型，包括跨高速安全防護(hù)棚架、支架、掛籃等模型，用于計(jì)算結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，安全性；

7)為確保支座位置混凝土振搗密實(shí)，在鋼筋模型基礎(chǔ)上，最大限度的減少對鋼筋的影響，布置振搗工藝需要的管道。

2 模型創(chuàng)建

2.1 設(shè)計(jì)模型情況

設(shè)計(jì)交付模型主要包括連續(xù)梁混凝土主體結(jié)構(gòu)，需補(bǔ)充內(nèi)部、細(xì)部構(gòu)造，例如：通風(fēng)孔、張拉鋸齒塊、中跨合龍段中隔板、邊跨直線段邊隔板、進(jìn)人洞、防落梁擋塊等，如圖1所示。

2.2 施工主體模型創(chuàng)建

基于連續(xù)梁設(shè)計(jì)模型基礎(chǔ)上完善模型，包括細(xì)部構(gòu)造，例如張拉槽、箱內(nèi)張拉鋸齒塊、通風(fēng)孔、支座、墊石等；根據(jù)深化應(yīng)用內(nèi)容創(chuàng)建預(yù)應(yīng)力管道模型、普通鋼筋等模型。

2.3 施工臨時設(shè)施模型

根據(jù)方案及相關(guān)圖紙創(chuàng)建連續(xù)梁防護(hù)棚架模型、0號段、邊跨直線段支架模型、模板及掛籃模型，見圖2～圖5。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)

3.1 基于BIM模型工程量復(fù)核

3.1.1各節(jié)段混凝土及普通鋼筋量復(fù)核

通過對連續(xù)梁各節(jié)段混凝土及普通鋼筋量的復(fù)核，從對比結(jié)果反映，混凝土量最大偏差0.89%，鋼筋長度最大偏差0.67%。設(shè)計(jì)圖紙量很精確，如表1，表2所示。

表1 混凝土量復(fù)核表 m3

表2 鋼筋量復(fù)核表 mm

3.1.2預(yù)應(yīng)力鋼筋工程量復(fù)核(復(fù)核錨點(diǎn)之間的長度)

通過對幾種形狀特殊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行量的提取與復(fù)核，結(jié)果見表3。

表3 連續(xù)梁縱向預(yù)應(yīng)力筋復(fù)核表 mm

根據(jù)對比表反映，M4預(yù)應(yīng)力鋼筋中模型提取錨點(diǎn)之間長度與設(shè)計(jì)長度差值最大，差值為ΔL=34.545 mm。

長度偏差值為 0.1%。圖紙量很準(zhǔn)確。

根據(jù)混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)應(yīng)力筋實(shí)際伸長值與計(jì)算伸長值的差值不應(yīng)大于±6%，即：94%≤d1/(d2+Δd)≤106%。

公式中，d1為實(shí)際伸長值;d2為理論伸長值；Δd為模型與圖紙預(yù)應(yīng)力筋伸長量偏差值。Δd的值很小，幾乎不影響整個公式的值，從另一方面也反映出圖紙量的準(zhǔn)確性。

3.2 基于BIM安全防護(hù)設(shè)計(jì)

3.2.1防護(hù)棚架安裝

連續(xù)梁橫跨依七高速，安全防護(hù)很重要，特別是在防護(hù)棚架施工過程中，一方面需考慮高速行車安全，另一方面需考慮棚架施工設(shè)備擺放及設(shè)備安全范圍、施工安全等。通過綜合考慮，在施工棚架時，采用分幅臨時封閉道路的方法來施工。

3.2.2防護(hù)凈空計(jì)算

通過對模型中防護(hù)高度計(jì)算，防護(hù)凈高為5.9 m；設(shè)計(jì)圖紙要求連續(xù)梁防護(hù)凈高 5.5 m，從而反映出防護(hù)棚架防護(hù)凈高滿足要求。

3.2.3防護(hù)范圍計(jì)算

通過對模型中棚架防護(hù)范圍的提取，防護(hù)面積為610.9 m2，滿足整個施工安全防護(hù)。

3.2.4安全距離、對掛籃干擾驗(yàn)證

通過對掛籃前行模擬演示，當(dāng)掛籃前行至5號節(jié)段時，除防護(hù)棚架頂圍欄有少許干擾外，棚架頂面板、分配梁等與掛籃均無干擾。在施工中，我們將采取將有干擾的圍欄適當(dāng)移動的措施來消除干擾，從一方面也反映出防護(hù)棚架方案的合理性，見圖6,圖7。

3.3 基于BIM施工工序模擬

3.3.1整體工序模擬

支架斜撐安裝之后進(jìn)行橫向與縱向分配梁(分配梁均采用工字鋼)，然后分級，再進(jìn)行加載預(yù)壓。預(yù)壓完成后安裝操作平臺及模板(底模板采用木模，側(cè)模采用定型鋼模板)，接著開始安裝鋼筋、預(yù)應(yīng)力孔道及各種預(yù)埋件。當(dāng)0號塊施工完成后安裝掛籃且加載預(yù)壓，消除因荷載產(chǎn)生的非彈性變形。當(dāng)合龍段施工時，遵循先邊跨后中跨的方法，邊跨施工時先拆除直線段支座臨時鎖定裝置，然后在T構(gòu)兩側(cè)加水箱配重，再從頂板及底板各焊接兩根工字鋼，將其構(gòu)成直線段剛性連接，然后進(jìn)行模板、鋼筋和混凝土施工，見圖8～圖15。

3.3.2混凝土振搗工藝布置

連續(xù)梁 A0 節(jié)段高度高，普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋密集，操作空間小，尤其支座上方，如果振搗不到位或者混凝土未正確入模容易造成支座附近混凝土不密實(shí)，甚至露筋、空洞等質(zhì)量通病。

利用 BIM 技術(shù)，我們采取以下措施來避免此問題產(chǎn)生。

1)混凝土下料孔布置。

在0號段腹板縱向預(yù)應(yīng)力管道安裝之后，腹板范圍沿著豎向方向安裝6個下料串筒，縱向間距為4 m，串筒固定之后安裝普通鋼筋。待混凝土澆筑完之后撤出串筒。

通過 BIM 應(yīng)用，提前模擬下料孔的位置，避免使其與預(yù)應(yīng)力筋位置的干擾，見圖16。

2)混凝土振搗工藝布置。

支座頂處豎向方向布置2個振搗孔，選直徑為16 cm的PVC管，與下料串筒同時安裝。

支座附近混凝土由頂板豎向振搗孔、過人孔天窗等進(jìn)行多孔振搗，確保混凝土密實(shí)，防止露筋、空洞。過人孔天窗待混凝土澆筑后進(jìn)行封閉，見圖17。

3.3.30號節(jié)段鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道安裝工藝模擬

通過將0號節(jié)段鋼筋及預(yù)應(yīng)力孔道安裝順序進(jìn)行三維模擬演示，以三維技術(shù)交底形式下發(fā)于施工班組，使施工班組工人明確0號各種復(fù)雜鋼筋安裝順序，避免因鋼筋安裝順序不當(dāng)導(dǎo)致返工，節(jié)省時間，提高了工作效率，見圖18。

3.3.4合龍段施工模擬

邊跨合龍段施工時，先解除邊跨直線段支座臨時鎖定裝置，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，然后對T構(gòu)兩側(cè)加水箱配重，兩側(cè)加水重量為完成后的整個合龍段重量，如圖19,圖20所示。

然后將合龍段兩側(cè)通過頂板、底板各 2 個縱向工字鋼連接在一起形成剛性連接。需注意：在與預(yù)埋鋼板焊接時，選擇當(dāng)天溫度最低時進(jìn)行，先同時焊接合龍段的一側(cè)，待焊接完成后再同時焊接合龍段另一側(cè)，避免溫度變化產(chǎn)生的附加應(yīng)力。

待鋼筋模板及預(yù)應(yīng)力管道安裝完成后，先對縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行 20%的預(yù)張拉；然后選擇當(dāng)天溫度最低時進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑過程中，邊澆筑混凝土，邊對水箱進(jìn)行卸壓，待混凝土澆筑完畢時，配重水卸載完畢。

中跨合龍段施工時，先鑿除臨時固結(jié)混凝土，切除臨時固結(jié)鋼筋，完成體系轉(zhuǎn)換。

對合龍段兩側(cè)加水箱配重，各水箱加水重量為完成后的整個合龍段重量的一半。然后焊接縱向連接工字鋼，焊接方法及注意事項(xiàng)同邊跨合龍段。

混凝土澆筑同邊跨合龍段，先對縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋進(jìn)行20%預(yù)張拉，混凝土澆筑過程中，邊澆筑混凝土邊對水箱卸壓，混凝土澆筑完畢時，配重水卸載完畢。

3.4 基于 BIM 施工質(zhì)量控制

預(yù)應(yīng)力波紋管精確定位工藝。

根據(jù)《鐵路混凝土施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》要求，預(yù)應(yīng)力波紋管安裝位置允許偏差為4 mm，安裝位置精確度尤為重要。在施工過程中，我們采取以下措施進(jìn)行控制。

由測量人員放出預(yù)應(yīng)力管道幾個主要點(diǎn)的坐標(biāo)，技術(shù)員根據(jù)圖紙尺寸尺量復(fù)核位置，然后將定位鋼筋焊接在腹板普通鋼筋上，再將預(yù)應(yīng)力管道安裝在定位鋼筋上，最后沿著管道方向均勻布置井字形架立鋼筋將其固定，如圖21所示。

4 總結(jié)與展望

1)通過BIM技術(shù)的模擬性和優(yōu)化性，解決了連續(xù)梁支座頂混凝土容易脫空不密實(shí)的問題，有效的避免了此問題的產(chǎn)生。通過項(xiàng)目自檢，連續(xù)梁0號支座處混凝土密實(shí)無孔洞。

2)通過BIM技術(shù)可視化的應(yīng)用，使現(xiàn)場施工人員準(zhǔn)確的對鋼筋、預(yù)應(yīng)力孔道進(jìn)行安裝，避免了安裝順序有誤導(dǎo)致的返工，避免了部分鋼筋安裝遺漏。

3)通過對工程量的復(fù)核，指導(dǎo)施工材料準(zhǔn)確加工制作，避免不必要的浪費(fèi)。

4)通過對臨時結(jié)構(gòu)施工方案選取，碰撞檢查，避免了臨時結(jié)構(gòu)的安全性以及對后續(xù)施工設(shè)備的干擾。

5)通過對重點(diǎn)工序模擬，可視化交底，可以提前發(fā)現(xiàn)施工過程中的危險區(qū)域、施工空間沖突等安全隱患，進(jìn)而對安全防護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化，提前制定相應(yīng)安全措施，從最大程度上排除安全隱患，避免施工過程中問題的出現(xiàn)，達(dá)到BIM指導(dǎo)施工的目的。