BIM技術(shù)在環(huán)形獨(dú)塔斜拉橋施工中的應(yīng)用

摘要：依托甘州區(qū)水生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理項(xiàng)目展開論述，主要闡述BIM技術(shù)在該項(xiàng)目中指導(dǎo)環(huán)形獨(dú)塔的架設(shè)的應(yīng)用，并從三個(gè)方面闡述BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。第一是圓形獨(dú)塔的架設(shè)施工應(yīng)用；第二是塔梁結(jié)合處的架設(shè)施工應(yīng)用；第三是鋼箱梁橫向張拉的應(yīng)用。通過多種BIM軟件模擬結(jié)果為該項(xiàng)目施工中的難點(diǎn)提供數(shù)據(jù)支持，包含支架結(jié)構(gòu)計(jì)算，不同施工工況下橋塔安全性分析，遠(yuǎn)程可視化管理以及BIM經(jīng)濟(jì)效益方面分析等。與傳統(tǒng)施工方法相比，BIM技術(shù)指導(dǎo)下的施工具有安全性高、可視化強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益好、施工周期快等優(yōu)勢(shì)，可為今后圓形橋塔施工提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼橋BIM技術(shù)；環(huán)形獨(dú)塔；橋梁智能施工；鋼橋張拉；張掖市A1斜拉橋

0" "引言

甘州區(qū)水生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理項(xiàng)目2020年度工程A1橋梁，坐落于甘肅省張掖市新建道路西域西路之上，為城市次干路，設(shè)計(jì)時(shí)40km/h，橋梁跨越中央文化公園景觀水系。橋位處道路平面線形為直線，縱斷面位于半徑2500m的凸曲線上，橋梁縱向以3號(hào)橋墩中軸線布置，兩側(cè)縱坡3%，橋面橫坡1.5%。

A1橋結(jié)構(gòu)形式采用獨(dú)塔斜拉橋，主橋?yàn)殇撓淞海瑯蛩捎娩摻Y(jié)構(gòu)環(huán)形塔。橋塔在與基座及主梁連接范圍內(nèi)，設(shè)置C50自密實(shí)微膨脹混凝土填充段，拉索采用成品鋼拉索。基座、橋墩及承臺(tái)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋型效果圖見圖1，BIM模型圖見圖2，橋型立面圖見圖3，橋型斷面見圖4。

1" "總體施工方案

通過BIM模型模擬分析以及現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用搭設(shè)可調(diào)節(jié)臨時(shí)支架，通過汽車起重機(jī)修正鋼箱梁和獨(dú)塔分別就位的方式進(jìn)行施工。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員對(duì)節(jié)段按照線形進(jìn)行定位調(diào)整，對(duì)調(diào)整就位的節(jié)段完成現(xiàn)場(chǎng)拼接和涂裝工作。焊接順序?yàn)橄群附涌v向焊縫，再進(jìn)行環(huán)縫焊接[1]。

BIM技術(shù)應(yīng)用的整體流程：建立BIM組織架構(gòu)；建立BIM模型，包含上部結(jié)構(gòu)模型、下部結(jié)構(gòu)模型、力學(xué)模型、環(huán)境模型；設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)BIM模型的應(yīng)用，包含受力分析、工程量統(tǒng)計(jì)、碰撞檢查、施工圖預(yù)算；在制造環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM模型，包含橋型空間曲線建立、自動(dòng)提料，布料、施工圖、智能胎架的應(yīng)用以及工程量統(tǒng)計(jì)；在安裝環(huán)節(jié)應(yīng)用BIM模型，包含臨時(shí)直接受力計(jì)算、起重機(jī)站位、施工工況模擬、主橋現(xiàn)場(chǎng)線型控制等。

2" "施工難點(diǎn)

2.1" " 塔梁結(jié)合段錨固安裝難度大

橋塔與混凝土基預(yù)埋板通過預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼栓接，橋塔與主橋同時(shí)采用焊接和預(yù)應(yīng)力錨固栓接兩種方式，最后再進(jìn)行混凝土澆筑。獨(dú)塔底部設(shè)計(jì)有U型加肋固定預(yù)應(yīng)力筋，其施工順序?qū)τ阡撓淞含F(xiàn)場(chǎng)焊接影響很大[2]。錨固結(jié)構(gòu)要求鋼箱梁安裝保證孔位精準(zhǔn)，混凝土基與鋼箱梁配合無誤。先安裝預(yù)應(yīng)力鋼筋，再進(jìn)行張拉。鋼筋種類多，應(yīng)用BIM模型對(duì)該部位鋼筋進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，支持鋼筋自動(dòng)布置以及鋼筋工程量的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。

2.2" " 索塔錨固結(jié)構(gòu)施工精度高

該橋鋼箱梁跨度大，主梁與鋼塔通過斜拉索連接，塔上錨固、橋上錨固與各自主體焊接，對(duì)安裝精度要求高，現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量大。

2.3" " 鋼橋橫向張拉

通過張拉索調(diào)整主梁內(nèi)力分布，以改善鋼箱梁橫向受力狀況，從而提高鋼箱梁抗壓能力。

3" "BIM技術(shù)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用

3.1" " BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的應(yīng)用

3.1.1" "指導(dǎo)塔梁結(jié)合處干涉檢查

在張掖A1橋的碰撞檢查中，發(fā)現(xiàn)索塔和塔梁結(jié)合區(qū)問題居多。BIM技術(shù)小組采用BIM碰撞檢查技術(shù)，對(duì)塔梁結(jié)合段進(jìn)行檢查，將干涉的部位做記錄和問題分析，提出解決辦法，出具最終的干涉檢查報(bào)告，將信息上傳至BIM信息管理平臺(tái)。管理人員對(duì)該信息進(jìn)行分類處理，由專業(yè)部門與設(shè)計(jì)院溝通，對(duì)干涉部位進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)[3]。工藝通過后再進(jìn)行下一步流程，避免返工。

下部承臺(tái)施工時(shí)將預(yù)埋件提前埋置到位，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員根據(jù)每個(gè)吊裝段安裝位置的標(biāo)高，制訂該段鋼箱梁臨時(shí)支架的鋼管柱組合方式，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組拼。鋼管柱間縱向利用法蘭盤，采用S8.8級(jí)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，橫向采用柱間支撐連接。最后將橫梁吊裝至支架上。

塔梁結(jié)合處由鋼塔、塔底預(yù)埋鋼板、錨筋、預(yù)應(yīng)力筋限位支架、預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋、U型加筋、承臺(tái)預(yù)埋板等組成，鋼塔吊裝到位后，安裝預(yù)應(yīng)力鋼筋。全過程基于BIM模型模擬各工序可視化施工系統(tǒng)，有效減少了設(shè)計(jì)工程師的工作量[4]。

3.1.2" "指導(dǎo)鋼橋張拉預(yù)應(yīng)力計(jì)算

為改善鋼箱梁橫向應(yīng)力分布，提高鋼橋抗彎能力，橫向采用預(yù)應(yīng)力鋼束進(jìn)行張拉。左、右端各設(shè)置一處預(yù)應(yīng)力鋼束，鋼絞線張拉控制應(yīng)力為1209MPa，鋼絞線規(guī)格Φ15×15.2mm，每處10束鋼絞線，采取的錨具型號(hào)為YM15-15：20。預(yù)應(yīng)力筋錨固節(jié)點(diǎn)全部采用全熔透焊縫，鋼絞線張拉完成后，在管道內(nèi)填充防腐油脂。經(jīng)計(jì)算，得到最大拉應(yīng)力為126.4MPa，相對(duì)未加拉索應(yīng)力減少75.4MPa。

3.2" " BIM技術(shù)制造環(huán)節(jié)的應(yīng)用

3.2.1" "三維空間曲線的合成

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑淖鴺?biāo)，精準(zhǔn)擬合出實(shí)際的空間曲線，用空間曲線生成的模型加工制造橋梁，以保證線型的完全吻合，提高制造精度（控制誤差在1mm以內(nèi)）。

3.2.2" "BIM三維數(shù)據(jù)指導(dǎo)制造

為控制箱體結(jié)構(gòu)焊接變形，保證產(chǎn)品整體質(zhì)量，加快制造進(jìn)度，鋼箱梁制造采用“零件→板單元→預(yù)拼裝→吊裝架設(shè)→橋位焊接”的流程，即在工廠鋼結(jié)構(gòu)車間生產(chǎn)零件、板單元、預(yù)拼裝，在現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行吊裝。吊裝后在支架上焊接最后一道焊縫，涂裝最后一道面漆。

根據(jù)BIM制造模型，將三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)控機(jī)床切割數(shù)據(jù)，頂板、底板、腹板、隔板單元通過激光或者等離子切割設(shè)備下料，再根據(jù)BIM模型生成胎架數(shù)據(jù)，將板單元在智能胎架上進(jìn)行拼裝。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如圖5所示。智能胎架如圖6所示。

3.2.3" "BIM三維數(shù)據(jù)指導(dǎo)涂裝

根據(jù)BIM模型一鍵算出鋼橋各類表面積，根據(jù)表面積得出油漆用量，準(zhǔn)確指導(dǎo)底漆、中間漆和面漆的材料采購(gòu)，降低油漆損耗量，節(jié)約制造成本。將油漆實(shí)際使用量數(shù)據(jù)錄入BIM系統(tǒng)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，可指導(dǎo)橋梁設(shè)計(jì)階段的施工圖預(yù)算，對(duì)建造階段的油漆使用經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行糾偏，為BIM系統(tǒng)性管理建造施工提供可靠依據(jù)。

3.3" " BIM技術(shù)施工環(huán)節(jié)的應(yīng)用

3.3.1" "BIM技術(shù)指導(dǎo)獨(dú)塔安裝臨時(shí)支架計(jì)算

支架的高度依據(jù)BIM索塔施工模型標(biāo)高計(jì)算后設(shè)置，以達(dá)到降低材料消耗的目的。支架為整體固定門式結(jié)構(gòu)，采用螺栓連接，以便于拆卸。臨時(shí)支架的立柱采用Φ402×10鋼管，斜撐采用[14槽鋼，橫梁采用HN400×200的H鋼，承重梁采用規(guī)格為HN500×200的雙拼H鋼。通過對(duì)鋼塔施工過程的仿真模擬分析，得到各施工工況下支架、索塔、臨時(shí)支架等構(gòu)件的受力狀態(tài)。采用midas civil 2019對(duì)支架的強(qiáng)度，剛度以及穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算[5]。

3.3.2" "臨時(shí)索塔安裝施工

安裝順序如下：搭設(shè)支架，安裝ST1塊索塔鋼結(jié)構(gòu)；調(diào)整索塔支架高度，對(duì)稱吊裝兩側(cè)鋼塔STL2和STR2；依次頂升支架高度，吊裝兩側(cè)鋼塔，直至完成一半時(shí)，于索塔增設(shè)圓管；調(diào)節(jié)施工支架，兩側(cè)對(duì)稱吊裝并利用圓管進(jìn)行索塔補(bǔ)強(qiáng)；吊裝時(shí)利用螺栓找正位置后焊接定位，拼接后兩側(cè)加裝纜風(fēng)繩確保安全，直至鋼塔吊裝完成。

3.3.3" "BIM對(duì)施工過程的管理控制

BIM對(duì)本項(xiàng)目施工過程的管理分為技術(shù)管理和商務(wù)管理，技術(shù)管理是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的方案設(shè)計(jì)、技術(shù)碰撞、隱蔽工程、工程計(jì)量等的管理，商務(wù)管理是對(duì)項(xiàng)目的計(jì)劃、施工組織、合同、資金等的管理。

技術(shù)管理具體內(nèi)容包括：應(yīng)用BIM漫游的方式對(duì)鋼箱梁的隱蔽工程進(jìn)行檢查，對(duì)箱體內(nèi)部重點(diǎn)構(gòu)造、焊縫類型、焊接質(zhì)量、打磨質(zhì)量、油漆涂裝等進(jìn)行詳細(xì)的記錄，以控制安裝階段的質(zhì)量。成橋之后，以行人或者行車的角度觀察鋼橋效果，與環(huán)境于周圍建筑的融合程度，對(duì)色彩搭配、景觀效果等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

該項(xiàng)目施工過程中，采用BIM 5D平臺(tái)進(jìn)行商務(wù)管理。管理過程分為四大部分：計(jì)劃編制、施工組織、進(jìn)度管理、資源調(diào)配，即從項(xiàng)目開始到項(xiàng)目結(jié)束的全過程可視化管理。計(jì)劃編制階段應(yīng)用廣聯(lián)達(dá)系統(tǒng)軟件進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，明確關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)；施工組織階段根據(jù)BIM系統(tǒng)提供的工程量，組織人員和機(jī)械，對(duì)重難點(diǎn)作業(yè)內(nèi)容制定資金、物力、人力的集中調(diào)配，對(duì)隱蔽工程做好提前預(yù)警，預(yù)知工程進(jìn)度，預(yù)約監(jiān)理、設(shè)計(jì)人員等進(jìn)行檢查；進(jìn)度管理階段實(shí)時(shí)監(jiān)控施工進(jìn)度，利用廣聯(lián)達(dá)系統(tǒng)匯總進(jìn)度圖表，做好施工量統(tǒng)計(jì)，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)施工情況、工程進(jìn)度款支付情況；資源調(diào)配階段采用BIM軟件，分析計(jì)劃內(nèi)容和實(shí)際完成內(nèi)容的差量，資金使用情況、工期要求，分項(xiàng)內(nèi)容部分完成的最晚完成時(shí)間，查缺補(bǔ)漏，做好工期與資金的優(yōu)化方案。

4" "應(yīng)用BIM技術(shù)的效益分析

本項(xiàng)目橋梁既有變寬、變高，也有變橫坡、變縱坡，利用BIM技術(shù)進(jìn)行管理，可直接生成二維圖紙，避免手動(dòng)計(jì)算，提高準(zhǔn)確率，項(xiàng)目中零件報(bào)廢率為0%。加工過程中通過碰撞檢查發(fā)現(xiàn)塔梁干涉問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)反饋，及時(shí)解決，提前規(guī)避施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)，避免返工，節(jié)約各項(xiàng)成本，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，并且縮短工期一個(gè)月。

拼裝過程的難點(diǎn)通過BIM動(dòng)畫直觀展示，大大提升了該工程項(xiàng)目的質(zhì)量與效率。BIM技術(shù)在方案實(shí)施、節(jié)約成本、保證質(zhì)量、控制進(jìn)度等方面，均可達(dá)到提前預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)、提前解決問題的效果，提高了智能交通行業(yè)的科技創(chuàng)新和生產(chǎn)力，可供類似工程施工參考借鑒[6]。

5" "結(jié)語(yǔ)

與傳統(tǒng)施工方法相比，BIM技術(shù)指導(dǎo)下的施工具有安全性高、可視化強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益好、施工周期快等優(yōu)勢(shì)。本文依托甘州區(qū)水生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理項(xiàng)目展開論述，主要闡述BIM技術(shù)在該項(xiàng)目中指導(dǎo)環(huán)形獨(dú)塔的架設(shè)的應(yīng)用，并從三個(gè)方面闡述BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。通過多種BIM軟件模擬結(jié)果為該項(xiàng)目施工中的難點(diǎn)提供數(shù)據(jù)支持，包含支架結(jié)構(gòu)計(jì)算，不同施工工況下橋塔安全性分析，遠(yuǎn)程可視化管理以及BIM經(jīng)濟(jì)效益方面分析等

BIM技術(shù)在總體施工方案、施工重難點(diǎn)、主要施工措施、施工進(jìn)度管理、過程質(zhì)量控制、合同管理、風(fēng)險(xiǎn)控制等方面發(fā)揮了決定性作用。本項(xiàng)目所采用的BIM施工管理技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)橋梁施工行業(yè)具有開創(chuàng)及借鑒意義，相信隨著國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)管理理念的不斷進(jìn)步及成熟，其大跨度鋼橋施工領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

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