基于BIM技術的箱梁施工鋼筋碰撞檢查應用研究

馮剛敏

(中鐵二十局集團第五工程有限公司 云南昆明 650200)

1 前言

恰克·伊士曼博士在1975年首次提出BIM概念，隨全球信息化進程的加快和經濟發展，BIM技術在歐美地區掀起了一場新的技術革命，BIM在各國和區域有著各自的含義。BIM定義由三個部分構成:(1)在BIM使用過程中，利用數字表示設備的功能性特征，另外還會用數字表示設備的實體特征；(2)BIM屬于共享化知識資源；(3)BIM的信息可被不同利益相關方更新、插入、提取和修改，以支持和反映其在不同項目階段職責的協同工作[1]。

通過綜合分析BIM核心建模軟件，在對BIM主要模型進行全面研究和比較之后，選擇Autodesk系統為BIM的協作平臺。在國內橋梁工程行業，Autodesk Revit作為一款結構建模系統，可以根據國內行業規范設定混凝土規范，還可以建立各種鋼結構、混凝土結構等的數據結構[2]，并使用Navisworks進行碰撞檢測。

2 工程概況

作為關中城際鐵路網閻機段控制性工程，閻良至機場線涇河特大橋為跨越涇河而設，位于R＝3 000 m曲線、緩和曲線及直線上，中心里程DK48＋589，按一次雙線設計，線間距4.6 m，孔跨布置為(29-32)m簡支梁＋(19-64 m)簡支梁＋(1-32 m)簡支梁，全長2 258.94 m。

涇河特大橋64 m節段膠接拼裝箱梁采用單箱、單室等高度預應力混凝土梁，梁底寬度為6.7 m，梁頂寬為12.45 m，梁高為5.8 m。在簡支箱梁末端支撐部位，橫梁之間間隔為5.2 m。跨中截面腹板厚52 cm、底板厚35 cm、頂板厚40 cm。根據預應力計算和布置情況，支點附近頂底板和腹板應適當加厚。梁頂設橫向排水坡，坡度為2.0%。在簡支箱梁兩端支座處設置厚度為160 cm的帶過人孔的橫隔墻。每跨箱梁跨中不設接縫，對稱布置，并采用奇數分塊。64 m簡支箱梁預制梁段分4.9 m、4.5 m和3.3 m三種長度，共計15個梁段。接縫面布置密鍵形式的剪力鍵，在腹板、頂板和底板位置均布置一定數量的梯形剪力鍵，剪力鍵根部寬15 cm，頂寬5 cm，高度為5 cm。梁體頂板、底板剪力鍵在頂板和底板頂面分別設置深1 cm、寬2 cm的膠體擠膠槽口。梁體腹板剪力鍵通過在箱梁內側設通縫的方式，達到方便膠體順利擠出梁體的目的。

3 BIM技術三維模型及碰撞檢查

根據圖紙構建箱梁模型，賦予材質定義混凝土構件，通過繪制輔助線，精準定位后在混凝土構件中添加鋼筋[3]。閻機城際鐵路涇河特大橋64 m節段預制膠接拼裝簡支箱梁預應力鋼筋和普通鋼筋錯落交織排布，因此振搗孔布置困難，但鋼筋長度和數量、振搗孔及不同鋼筋之間的干擾問題可以通過BIM技術進行碰撞檢查及時發現，并根據行業不同規范標準采取相關措施[4]。可通過增減鋼筋間距使其符合相關規范標準，避免施工前期的干擾和不必要的返工，施工效率也能得到保障。

3.1 主要材料

根據工程實際進度、計劃進度完成情況，可以及時得到各類施工材料使用數量，通過與項目進出場關聯進行數據對比，得到庫存數量、剩余使用天數，從而制定相應的物資、設備需求計劃，進而提醒相應人員進行物資采購和作業班組領用。通過對現場設備安裝的定位控制系統與平臺相連接，可顯示設備所處位置、目前工作狀態。通過信息分析，針對某個特定工作面能快速分析施工所需人工、材料及機械數量，避免物資的浪費。

(1)混凝土

梁體混凝土采用C60強度標準，彈性模量Ec＝3.64×104MPa。

(2)普通鋼筋

工程采用普通HPB300、HRB400級鋼筋，其性能條件應符合GB/T 1499.2技術要求。

(3)預應力物料

采用滿足國家普通標準的低松弛鋼絲作為縱向預應力鋼筋，錨具應滿足GB/T 14370—2007標準，千斤頂型號為YCW350B。箱梁鋼束由15/17-7鋼絲制成，滿足JT/T 529—2016規定。縱向預應力筋為?25 mm PSB預應力鋼筋，錨桿為JLM-25型。

3.2 碰撞試驗

利用BIM3D模型，對鋼筋進行碰撞仿真，得出試驗數據后以圖像和報表方式進行記錄。圖1為普通鋼筋碰撞檢查顯示界面。由圖1可以看出，試驗中普通鋼筋之間未出現任何相互干涉。

3.3 預應力鋼筋與普通鋼筋碰撞檢測

通過適當移動普通鋼筋位置，但不任意截斷的方式，可減少64 m節段預制膠接拼裝簡支箱梁梁段預應力鋼筋和普通鋼筋相互干擾的情況[5-6]。根據項目施工圖數據創建BIM三維模型，檢查各個設計專業之間的碰撞、不合理、錯誤、達不到設計要求或施工要求等設計問題，并向設計單位反饋問題和修改建議。

3.3.1 普通鋼筋和縱向預應力鋼筋碰撞檢查情況

在普通鋼筋與縱向預應力鋼筋碰撞檢測試驗過程中，如發現預應力鋼筋部分與普通鋼筋發生碰撞(見圖2)，應調整普通鋼筋位置。

3.3.2 普通鋼筋與豎向預應力鋼筋碰撞檢查情況

普通鋼筋與豎向預應力鋼筋碰撞檢查，如發現預應力鋼筋與部分普通鋼筋發生碰撞的情況(見圖3)，應對普通鋼筋位置進行調整[7]。

3.3.3 預應力鋼筋碰撞檢測結果分析

對64 m分段預應力混凝土膠接拼裝簡支箱梁截面鋼筋進行碰撞檢查，如出現其縱、豎向預應力鋼筋之間互相干涉的現象(見圖4)[8]，在獲得設計部門許可后，可對豎向預應力筋位置進行合理調整。通過檢測發現，梁段范圍內豎向預應力鋼筋與縱向預應力筋之間未發生相互干擾[9]。

3.4 質量及安全管理

在模型中將各工序質量及安全管控要求以數據形式提前錄入，施工過程中通過APP進行現場數據采集，并形成相關影像資料，將現場質量、安全信息錄入至BIM對應部分，再由模型構件集成質量、安全等信息，最后以獨立標簽的形式反饋至前臺操作窗口進行信息瀏覽和管理。在管理平臺對質量、安全基礎信息進行記錄、處理，最后將質量、安全管理信息匯入總庫形成竣工模型信息。

傳統施工通常運用CAD平面圖及文字敘述方式對施工班組進行交底，無法全面表現出結構物等空間位置狀況。相關特殊及復雜節點、鋼筋排布等信息平面圖紙理解困難，且易產生誤解，從而可能導致施工錯誤甚至返工等情況發生。理解錯誤不僅影響工期，導致工期滯后，而且也會造成材料浪費、成本增加。采用BIM三維模型不僅能實現平面圖紙交底全部要求，還能將結構預埋件、鋼筋、管線之間的空間排布位置進行清晰展示，更易于被交底人員正確理解，極大程度避免了施工過程造成的返工、窩工、浪費等問題，從而達到加快進度、保證質量、提高效益的目的。

4 結束語

通過創建涇河特大橋BIM三維模型，進行圖紙鋼筋碰撞檢查，可得出以下結論:

(1)二維設計圖紙存在個別鋼筋數量和長度有偏差的情況，需根據實際情況進行適當調整[10]。

(2)為實現多孔振搗施工工藝，需適當調整相關普通鋼筋間距，同時建議適當縮小預留振搗孔直徑[11]。

(3)通過碰撞檢查，64 m節段預制膠接拼裝簡支箱梁梁段普通鋼筋之間位置合適，不存在相互干擾情況。

(4)對于相互干擾的64 m節段預制膠接拼裝簡支箱梁梁段預應力鋼筋和普通鋼筋，應適當調整普通鋼筋位置[12]。

(5)對64 m分段預應力混凝土膠接拼裝簡支箱梁截面鋼筋進行碰撞檢查，梁截面縱向與垂直預拉力鋼筋之間未產生相互干擾。