BIM在沙潁河特大橋施工中的應用*

吳明義，操文磊

(中交一公局集團有限公司，北京 100020)

1 工程概況

沙潁河特大橋地處河南省東南部，黃河沖積平原南緣，項目起點位于淮陽縣劉樓南與G106平交處，終點位于商水縣瓦房莊南，整體上呈東北西南走向，如圖1所示。橋梁橫跨沙穎河，河道寬約270m，河床標高為24.000～31.000m，河床起伏相對較大。項目主要施工內容包括橋梁、路基、交通式立交及涵洞等。

圖1 項目效果

2 施工難點分析

根據環境管理體系與相關法規要求，工程施工需充分考慮施工現場環境因素，在此基礎上，必須保證安全、高質、高效地完成。同時，由于作業區域水文條件復雜，需橫跨沙潁河、穿越植物園等區域，具有極大環境保護壓力，而且橋型廣、結構異形、節點多，主橋基礎施工困難，造成工程整體建造難度大。

3 BIM應用及價值

3.1 BIM深化設計與虛擬預拼裝

3.1.1建立模型

利用ProStructures軟件對橋塔復雜鋼筋節點進行建模，優化鋼筋綁扎順序，生成鋼筋大樣表單，對施工人員進行可視化交底。

3.1.2構件拆分

建立3D模型可根據實際參數明確安全步驟，提高深化設計整體效率。例如，可做到充分考慮裝配率、構件制作、安裝工藝、空間結構及布局等問題。

針對橋梁16聯變截面鋼箱梁等復雜結構部位，依據施工圖建立LOD300精細化BIM模型，在BIM軟件中進行鋼板預拼裝，實現可視化技術交底，輔助施工現場鋼板加工(見圖2)，減少返工窩工風險，做到構件從生產到安裝可追溯。

圖2 鋼板虛擬預拼裝

3.2 BIM設計審核溝通

BIM既可有效完成碰撞檢查工作，又可在檢查工作結束后給出相應異常問題統計報告，為后續優化、修正提供科學依據和意見參考。

五矮塔斜拉橋為本工程施工重難點。為保證數據坐標準確無誤，BIM小組通過Bentley系列軟件中GC可視化程序節點調取主塔及拉索錨固點坐標進行精確建模。發現6號主塔處C1拉索齒塊參數出現較大偏差。通過多方溝通，及時進行修改，提前規避施工問題。

3.3 無人機實景生成與場布優化

利用無人機傾斜攝影技術及可自動調節角度的攝像頭實現現場實景模型采集和生成。無人機上搭載有云臺并配備高清攝像頭，通過提前預設航線并按設計的多方位角度定時定點拍攝快速獲取高清影像資料，從而支持在實景模型上可直接測量坐標、面積等施工數據，有效支持交叉口及附近地理環境分析模擬等需求。如圖3所示，可對交叉口進行交通導改模擬，階段性與BIM模型做對比復核，形成完整數據資料。

圖3 無人機傾斜攝影

此外，項目開工前，利用無人機錄制的地貌影像制定場地布置方案，利用BIM軟件對本項目施工臨建設施進行布置模擬(見圖4)。合理優化臨建設施、材料堆場空間位置關系及運輸吊裝等各項工作。

圖4 臨建場地布置

同時，利用BIM技術對拌合站選址、建設與生產規劃進行評估分析，從而按節約用地、環保節約型理念，綜合考慮遠離居民區、減少噪聲、緊鄰主橋、運距最短等需求，實現符合“六個百分百”要求的綠色拌合站選址(見圖5)。

圖5 拌合站建設選址

3.4 重難點工程可視化模擬與交底

通過建立河道模型，按施工方案搭建棧橋平臺，分析現有航道及新建航道，主橋8～9號墩棧橋設置通航孔，模擬航道通行情況。生成三維模型場景空間幾何位置、外形與相對色調，最大限度地還原真實環境(見圖6)。與實際情況相符的可視化模擬與較高的細節還原度提高了專家論證決策準確性，保障了航道正常運行。

圖6 航道分析

針對多塔長聯混凝土矮塔斜拉橋深基坑、超長鉆孔灌注樁、深水圍堰、超寬幅箱梁懸臂澆筑橋梁施工的關鍵問題，進行工藝模擬(見圖7)。同時，對示范項目預期成果，如橋面鋪裝“四機聯動”施工技術、預制梁智能化自動噴淋養護系統、索靶定位安裝施工工法。在BIM模型環境中創新優化，推動行業進步發展。

圖7 重難點工程施工模擬

3.5 基于BIM的進度計劃管控

將進度計劃與三維模型鏈接綁定，構建4D-BIM模型，可令進度計劃管控以動態4D模型表達。

項目采用Fuzor軟件進行整體進度模擬。可根據實時情況及時調整施工進度，避免出現工期延誤，為本項目如期交付保駕護航。

根據項目施工要求，利用BIM技術對主橋各節段進行工程量統計，為材料輸送提供精準數據，為項目編排施工材料計劃表提供數據參考。

3.6 智慧工地建設

項目部設有VR體驗室，現場施工人員可對不同階段、不同部位、不同場景，進行墜落、高空墜物、安全帽等安全體驗與培訓，對工地安全文明施工產生積極影響。

通過BIM技術，將全橋模型分別與圖紙關聯，建立成AR可視化聯動模型，現場人員可使用手機客戶端掃描圖紙，使BIM模型躍然紙上，幫助施工人員清楚了解結構構造，提高施工安全系數。

采用720云技術，生成BIM模型全景二維碼，可在PC端、手機端隨時查看項目竣工模型全景視圖和具體節點視圖，為項目形象展示做出積極貢獻(見圖8)。

圖8 BIM+720云展示

4 基于BIM的綠色施工實踐

4.1 綠色施工理念

綠色施工以綠色化為目標，結合智慧化技術，以工業化為生產方式，以工程總承包為實施載體，實現節能環保、提高效率、提升品質、保障安全的新型工程建設方式[1]。綠色施工是實現建筑業資源節約和節能減排的關鍵[2-3]。綠色施工內容如圖9所示，將綠色施工理念貫穿其中。

圖9 綠色施工內容

4.2 組織設計程序

按GB/T 50502—2019《建筑施工組織設計規范》規定，綠色施工組織設計是對擬建工程的綠色施工活動實行科學規劃和管理的綜合性文件[4]。綠色施工總體框架如圖10所示[2]，用于指導項目施工管理各環節。

圖10 綠色施工總體框架

4.3 流程優化

運用BIM技術，結合綠色理念下的施工組織流程優化對于工程施工組織設計具有顯著的指導意義。對比傳統模式下的施工與運用BIM技術下的施工進度整體流程(見圖11)可知，使用BIM技術可使問題提前暴露，提前制定施工安排與部署，優化資源配置與供應計劃，達到安全、高效、節約的目的[5]。綠色施工理念不僅在施工過程中有著嚴格屬性，即有著保護優先、預防為主、防治結合的原則，還充分展示了結合BIM技術后施工單位統籌全項目管理，需編制合理嚴格的施工方案并充分利用社會資源，減少施工臨時用地，減少工程施工對當地社會、經濟、生態環境不利影響，達到高效率與高效益。

圖11 進度管理實施對比

5 結語

1)結合綠色施工理念，在智能化建造與管理的指引下，應用BIM技術解決了本工程中工期緊、施工安全風險高、河道環境保護要求高的難題。在工程項目中，實現了施工安排的快速、明確部署與管控，支持臨時設施、材料、構件和機具等具體位置優化與場地合理利用；通過BIM深化、虛擬交底、專項模擬優化、施工管控與智慧工地應用，有效提高了項目經濟效益和社會效益。

2)項目積極采用BIM技術，響應了國家推動數字化建設發展的號召，結合項目實際情況，優化資源配置，建立健全BIM技術體系，為行業同類型項目提供了方案參考。