中老鐵路磨丁站網架施工BIM技術應用

文｜中國鐵路國際有限公司 周亞宇

1 工程概況

中老鐵路北起云南省昆明市、南至老撾首都萬象，全線1035 公里，是中國“一帶一路”倡議與老撾“變陸鎖國為陸聯國”戰略對接的重要項目。(如圖1所示）

圖1 中老鐵路分布圖

磨丁站是中老鐵路的重要組成部分，位于老撾磨丁經濟特區北部，是從中國進入老撾的第一座鐵路站房，站房建筑面積6500 平方米，設計規模2 座站臺4 條軌道。（如圖2所示）

圖2 磨丁站效果圖

磨丁站屋蓋采用四角錐螺栓球鋼網架結構，網架總長145m、寬53m，中部設有一個雙坡尖頂，正立面尖頂兩側設有兩個小型尖頂，側立面采用雙坡屋面設計，網架桿件主要規格φ180x12、φ159x12、φ140x4、φ88.5x4 等，螺栓球規格為φ350、φ280、φ180 等，螺栓規格為M56、M39、M30 等，網架支座為抗拉球形固定鉸支座，磨丁站螺栓球網架布置圖（如圖3所示）。

圖3 磨丁站站房屋面螺栓球網架效果圖

網架分布于1～17 軸范圍，其中1～3、15～17 軸主體結構高5.35m，3～5、14～15 軸結構高10.5m，網架下弦標高14.315m，網架高度3.3m。

2 網架施工方案選擇

通常結構跨度越大，其自重也會越大，減輕結構自重是實現大跨度結構的必備條件，鋼材強度高、自重輕[5]，而螺栓球網架結構尤其適用于大空間結構。

螺栓球網架常用方法主要有高空散拼法、整體頂升或提升法、整體或分塊吊裝法。

網架施工前，磨丁站站房正立面外側7～17 軸為寬15m、深12m 的排洪渠，背立面為站臺雨棚，站房背立面及正立面6～17軸外側無法停靠施工設備，網架施工前已完成其他站房主體鋼筋混凝土施工。

整體施工法及分塊吊裝法均需要占用大量場地，而且在本項目中應用時并不會節約工期，再綜合考慮現場環境因素，本項目中高空散拼法更為方便、快捷，因此選擇高空散拼法施工。

根據本工程特點，14～15 軸場地較小；8～9 軸腳手架搭設高度大、耗時長；1～3、15～17 結構頂標高5.35m，腳手架搭設高度約9m；3～5 軸混凝土結構板標高10.5m，搭設4m 腳手架即可滿足施工需求，所需腳手架用量最少，4 個方向均可停放吊車，施工場地足夠材料鋪開存放，且有足夠多小拼單元拼裝場地，因此最終確定從3～5 軸開始進行高空散拼，3～5 軸拼裝完成后拼裝3～1 軸和5～17 軸網架。(如圖4所示)

圖4 磨丁站站房網架布置圖

3 方案分析階段BIM 技術應用

通常設計單位對結構的分析是在建立整體結構模型之后，同時施加荷載來進行的。但實際上建筑是分區分部進行施工的，且即使是相同的部分也會存在施工順序和加載條件的不同。施工工況下的結構體系和原設計狀態結構體系的不同，會導致原設計分析結果與施工期間實際結構效應存在差異。當結構體系隨工程進度而變化時，構件的內力處于動態調整階段，其最大變形和應力有可能發生在施工階段，因此為了預測施工階段的變形和應力變化，進行施工階段分析是十分必要的[6]。本案例采用有限元軟件MIDAS 對鋼結構的施工全過程進行模擬分析。

結構采用臨時支撐進行安裝，臨時支撐頂部支撐于網架下弦球，臨時支撐布置位置。（如圖5所示）在計算模型中，臨時支撐位置采用鉸接約束。（如圖6所示）

圖5 臨時支撐布置圖

圖6 計算模型邊界條件

3.1 施工工況選擇

根據施工流程，取最具代表性的施工階段進行計算，分別選取了cs1 和cs2 共2 個安裝施工工況，工況過程：（如圖7、8 所示）。

圖7 工況cs1（網架施工至一半的工況）

圖8 工況cs2（網架施工完成的工況）

3.2 施工工況計算結果

（1）結構變形（如圖9、10 所示）。

圖9 工況cs1 豎向變形（mm）

圖10 工況cs2 豎向變形（mm）

（2）主結構應力（如圖11、12、表1所示）。

圖11 工況cs1 結構應力（MPa）

圖12 工況cs2 結構應力（MPa）

表1

（3）從各工況的計算結果可看出：

鋼結構施工過程中的最大豎向變形26mm<101.75（L/400）[1]，鋼構件最大應力為80MPa<305MPa[2]，撓度及桿件內力均處于設計和規范允許范圍內。

4 深化設計階段BIM 技術應用

施工詳圖設計階段，將設計院提供的計算模型導入SFCAD 形成網架整體詳圖模型，在模型中定義桿件規格及螺栓球規格，并通過SFCAD 形成構件圖，顯示桿件下料長度、螺栓球切面位置及角度等信息，最終形成單桿件、單球的準確的加工詳圖，同時導出了相關材料表[4]。

5 施工準備階段BIM 技術應用

方案確定后，采用REVIT 軟件進行建模，對施工方案、流程進行模擬，確定合理的施工順序和吊裝時的小拼單元規格，之后使用流程模擬配合方案交底及安全、技術交底，施工流程模擬[3]。（如圖13所示）

圖13 施工流程模擬圖

6 網架高空散拼技術實施效果

本工程網架為螺栓球網架，施工流程確定為：腳手架搭設→A/3～5 軸支座安裝→由2 至4 根桿件及一個螺栓球組成小拼單元→由A 軸向F 軸方向安裝3～5 軸網架→安裝3～1 軸網架→安裝5～17 軸網架，現場安裝流程。（如圖14所示）

圖14 磨丁站站房屋面螺栓球網架實施流程

7 結語

中老鐵路磨丁站螺栓球網架采用BIM技術進行深化設計和施工流程演示，采用高空散拼方法安裝，很好的克服了場地狹小、大型設備有限的問題，是很成功的網架高空散拼案例，為其他類似工程施工提供了參考和經驗。根據工程特點和環境特征，選擇最適合的施工方法，才可以有效的控制施工成本，確保施工過程中無安全和質量事故，創造了良好的社會效益。