BIM 技術在橋梁工程施工中的應用

張曉光，劉 沖，李 樂，靳 靜

（1.中建路橋集團有限公司，河北 石家莊 050001；2.河北科技大學建筑工程學院，河北 石家莊 050018）

BIM 技術即建筑信息模型建造技術，是一種應用于工程設計、建造、管理的數據化工具，是用來形容以三維圖形為主、與物件導向及建筑學有關的電腦輔助設計，目的在于幫助工作人員實現建筑信息的集成，從建筑的設計、施工直至項目終結，所有的信息都會集合在一個三維模型的信息數據庫中。將BIM 技術應用在市政橋梁圖紙審核、技術方案交底溝通、工程量校核、項目管理等方面，有利于交流溝通、提高質量、加快施工進度、節約成本[1]。本文基于BIM 技術在橫州大橋工程施工中的應用，希望能夠為該技術在懸索橋工程中的應用及推廣積累經驗。

1 研究現狀

利用BIM 技術可以實現項目設計階段的可視化展示，大幅提高施工圖紙量，提升設計效率，達到控制項目成本并縮短工期的目的[2]。

目前，多位學者對BIM 技術進行了相關探索和研究。劉可心等[3]結合國內多位學者的研究資料分析了BIM 技術在橋梁工程全壽命周期的應用以及創造的價值，指出目前尚待解決的問題，并對其應用前景進行展望。張海龍[4]對BIM 技術在橋梁施工中的應用優勢進行分析，提出了應用過程中存在的不足，從而更好地提高BIM 技術在橋梁施工中的應用效果，提高施工質量。宋冰等[5]利用軟件可以快速檢查橋梁工程中的設計不足之處及碰撞問題等，可以快速、精確和簡單地統計實際橋梁施工中需要使用的原材料，進而開展橋梁施工管理工作。張裕超等[6]針對橋梁快速智能建造問題，基于BENTLEY 系列軟件及其平臺的技術支持，架構了橋梁全生命周期BIM 系統解決方案。杜一叢等[7]借助Civil3D、Revit 及其可視化編程插件Dynamo，基于模型參數化探究了正向設計在實踐中的具體應用方法。姜玉龍等[8]通過對WebGL 輕量化技術、BIM 模型與GIS 技術結合的應用研究，提高了交通建設BIM 應用范圍，為同類BIM 項目應用提供借鑒。楊軍海等[9]基于公路工程信息模型分類與編碼標準的研究框架，分析了國內外橋梁工程信息分類編碼標準的現狀和存在的問題。

2 工程概況

本項目計劃工期915 日歷天，位于廣西中部地區橫縣境內，是G324 橫縣南繞城線公路（設計中）的關鍵節點。本項目橫州大橋全橋橋跨布置為3×30+3×50+400+3×50+3×30 m，橫州大橋橋長888 m，其主橋為主跨400 m 的單跨雙鉸鋼箱梁懸索橋，主橋橋面標準寬度41.0 m（含吊索區），江南岸引橋上構采用3×30+3×50 m 預應力砼先簡支后連續T 梁，蒙垌岸引橋上構采用3×50 m+3×30 m 預應力砼先簡支后連續T 梁，引橋橋面標準寬度為30.5 m 和36.0 m。主纜跨徑布置為172.973+400+172.973 m。中跨主纜垂跨比為1∶9，鋼箱梁采用閉口偏平流線型鋼箱梁、正交異性鋼橋面板。橋塔為鋼筋砼門式橋塔，橋塔基礎為承臺接鉆孔灌注樁基礎，錨碇為重力式錨碇，明挖擴大基礎。

3 重難題分析與BIM 應用分析

施工工藝復雜，交底難度大，傳統交底以文字描述為主，其交底效果一方面受制于技術員對技術工藝的描述，另一方面受制于被交底人的理解水平，采用BIM 技術三維可視化進行交底，效果直觀、準確。橋塔造型復雜，各項數據準確性影響施工質量橋塔混凝土外觀，從結構上來看是五邊異形斜曲線型，面多且從前后左右面來看均為漸變化性面；內部還有人洞、檢修通道、耐久性設備室等空腔，各項數據的測算難度大，另設有骨架，需設計深化成現場預制加工大樣圖。利用BIM 模型可準確得出各施工數據，進行部位設計深化出圖，為施工提供依據，精細化施工，提升工程品質。主橋重力式錨碇混凝土體量大，各預埋件要求精度高，兩岸主橋錨碇為大體積混凝土澆筑，構造復雜，預埋件定位精度要求高，分層澆筑方案的制定、各層工程量的計算、預埋件位置坐標設計深化等都是重難題。利用BIM 模型深化設計冷卻管排布，可根據不同方案快速提取分層體量，減少重復計算，模型的坐標信息可解決預埋件位置坐標問題。主索及附屬施工和箱梁吊裝技術高，交叉作業多，籌劃難度大，主索纜架設技術高，數據精確要求高；工序繁多，施工空間狹小，不合理設計會延長工期。應用BIM 技術補充施工信息，提供施工技術支持；三維場布，施工預演，驗證優化施工方案。

設計院交付的傳統二維設計圖紙傳達的信息量少，但懸索橋施工精度要求高。而BIM 技術能很好地為現場施工提供數據支撐，同時建立各方協同的平臺。以BIM 技術為依托的數字化管理系統能有效打破各部門之間的信息壁壘，以管理換效益，滿足成本、質量、進度、安全、信息等管理目標提升的需求。工程施工進入轉型改革時代，尤其是“十四五”之后，BIM 技術有了新的應用場景，賦予了新的歷史使命。應用BIM技術是政策導向，更是戰略所需。技術的競爭歸根結底是人才的競爭，推進BIM 技術應用有利于BIM 技術人才的積累，加速形成新時代新態勢下的新型建筑工程人才團隊，滿足建筑業企業轉型升級的需求。

4 BIM 技術實施

規范管理，制度先行，以施工組織設計為指導，以BIM 實施方案為路徑，建立健全的項目數字化管理制度體系，提前謀劃BIM 技術應用，穩步推進數字化管理落地。根據項目需求和實際工程進度，建立大橋及引道的主體結構模型，優化專項施工方案、關鍵部位應用模型，建立BIM 各專項應用模型，具體如圖1—圖4 所示。該項目所用到的軟件及用途如表1 所示。

圖1 引橋T 梁

表1 軟件及用途

圖2 主橋橋塔及錨碇

圖3 錨碇

圖4 整體搭建

4.1 可視化設計與引用

模型漫游：將BIM 模型進行整體渲染，制作漫游動畫，同時以模型的漫游動畫為基礎制作項目簡介視頻，用于講解項目、宣傳項目形象。

方案優化：用模型布置施工機械的模擬空間，來驗證場地布設、施工路徑選擇可行性與準確性，避免塔吊對后續施工造成影響。

視頻交底：利用施工技術方案交底視頻技術交底，可將晦澀的技術語言直接用BIM 模型進行演示，能有效地將施工技術通過三維模型傳遞給施工人員，確保施工計劃有序執行。

4.2 模型定位

錨碇散索系統定位：用BIM 模型進行定位，得到每點的控制坐標，從而指導現場施工，提高工程品質。

橋塔定位：本項目橋塔為空間五邊形斜面異形橋塔，分層澆筑，每層稍有偏差，就會出現橋塔質量、外觀問題。

勁性骨架定位：勁性骨架的定位具有很重要的作用，主要用于鋼筋固定、索塔施工導向和模板鞏固，對橋墩墩身的整體糾偏和控制產生影響。

4.3 深化設計與應用

布置錨碇錨體大體積混凝土冷卻管時，沒有給出詳細施工圖，用BIM 進行深化設計，輔助施工方案編制，指導現場施工；橋塔人孔可提高橋塔模型的精確度，得出每項施工中的精確數據，對現場施工具有很大的指導意義，比如橋塔上下橫梁施工預壓，需知道混凝土的用量，用量的精確度直接關系預壓的成功和橋塔質量，而橋塔上下橫梁內部的空腔體積是很難用人工進行計算的；采用BIM 技術對特殊蓋梁翹頭進行深化設計，得出模板加工數據，傳統技術公式復雜且全靠經驗所得，傳承性差、人為因素大、效率低，而BIM 技術與之相比較有著效率高、準確、減少重復計算的優點；為減小橋塔在施工過程因自身質量帶來的應力和軸力對橋塔施工質量帶來的不利影響，用BIM模型對橋塔橫撐進行設計，并用ANSYS 對各施工階段進行有限元分析，以提高施工品質。

4.4 大異形構件工程量計算

錨碇分層量計算：解決了手工計算無法準確計算異型形狀還需隨方案變化進行重復計算，導致效率低下、人力浪費等問題。

橋塔分層量計算：橋塔分層澆筑，每層的混凝土量對于材料調度、人員分配、精細化施工至關重要，但本項目橋塔為異型橋塔，尤其里邊還有空腔，人工無法進行精確計算，但用模型來進行解決就顯得很簡單，BIM 技術與實際施工循環促進，橋塔分層澆筑之后，用實際混凝土用量與BIM 模型算量進行對比，進一步驗證、完善、改進BIM 模型應用，兩者循環促進，使BIM 應用與實際施工更加貼合、更具有指導意義。

橋塔上下橫梁內部空心結構復雜，用人工手算難度大，但其預壓質量恰恰取決于混凝土的體積大小，如果人工手算誤差較大，導致預壓質量不足，就會導致橫梁出現質量問題。

4.5 錨碇深基坑挖方算量

BIM 與三維掃描相結合：錨碇深基坑土方挖方量大，開挖土方過程中會形成不規則地平面，或遇到大型巖石體，在開挖前、開挖中用三位掃描儀掃描地形，建立BIM 模型，利用前后合模的對比，快速準確地計算每階段的挖方量。

BIM 與無人機相結合：應用無人機對深基坑進行傾斜攝影，再與BIM 模型進行合模，精確計算土方填方數，使項目部提前規劃取土場，確定現有取土場土方量夠不夠、還需不需要取土場等問題，做到心中有數，保證后續土方填方工作順利進行，以免耽誤工期。

5 結語

鑒于懸索橋自身的特點，某些部位工序的施工，使用傳統手段很難解決，但用BIM 技術就能很好地解決，且用BIM 技術也能提升對過程的控制。在本項目中，BIM 技術在橋梁構件定位、預埋設施定位、圖紙深化設計指導施工、大異復雜構件算量等方面發揮了不可替代的作用，這些也是本項目在懸索橋施工中重點推薦的應用，希望對有類似問題的項目起到一定的借鑒意義?？傮w來說，BIM 技術在懸索橋施工中的應用價值還是非常巨大的，當然，BIM 技術也存在很多問題，聯網應力檢測也是本項目懸索橋施工中最重要的應用之一，但還需和BIM 模型進一步關聯，使數據的展示更加可視化、形象化、智能化，真正走向智能化建造。