精細化BIM技術(shù)在白塔外環(huán)橋項目的應(yīng)用研究

李東麗 楊杰 黨國棟

摘要 隨著計算機產(chǎn)業(yè)的興起和數(shù)字技術(shù)的進步，BIM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域的許多行業(yè)。由于BIM模型的建模精度不同，導(dǎo)致了在整個項目中的作用也不同。文章將以山東省淄博市白塔外環(huán)橋項目鋼結(jié)構(gòu)橋梁為背景，從設(shè)計、加工和安裝項目全過程準確介紹精細化BIM模型在該項目中實際使用及發(fā)揮出的各項作用。

關(guān)鍵詞 精細化BIM ；項目全過程；鋼結(jié)構(gòu)橋梁

中圖分類號 TU85文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）12-0033-03

0 引言

BIM技術(shù)已逐漸進入人們的視野，并逐漸廣泛應(yīng)用于各類工程項目中[1]，但BIM信息模型具有不同的精度和等級，即精度越高，BIM模型的應(yīng)用范圍越廣。如果BIM模型的精度一般，則可參考的模型信息將相對有限。綜上所述，不同的項目和需求可以使用不同等級的BIM模型，模型精度越高，越能夠在項目指導(dǎo)中發(fā)揮更多的優(yōu)勢。該文將通過山東省淄博市白塔外環(huán)橋項目來闡述精細化BIM技術(shù)在設(shè)計、加工及安裝的全過程應(yīng)用方式及創(chuàng)新點。

1 項目概況

白塔外環(huán)橋位于山東省淄博市博山外環(huán)路，橋梁所在道路為二級公路，路面寬18 m，為瀝青混凝土路面。現(xiàn)有橋梁泄洪能力不滿足河道防洪標準，橋梁墩臺基礎(chǔ)存在外露，缺乏安全防護措施，橋梁荷載等級不滿足現(xiàn)行橋梁標準，該次擬將老橋拆除，在原址新建橋梁。

新建橋梁采用鋼板梁橋，跨徑組成為（35.5+9.0+35.5）m，全橋長80 m。上部結(jié)構(gòu)為正交異形鋼橋面板工字鋼梁，橋墩為V形，橋臺采用樁柱式橋臺，見圖1。

該項目需要解決的重難點列舉如下：

（1）白塔外環(huán)橋鋼拱造型為弧形，由此增加了加工制造和現(xiàn)場安裝的難度。

（2）該橋上部主體結(jié)構(gòu)為工字鋼梁，橫隔板斜交布置。因此對應(yīng)的橫隔板及加勁肋安裝角度和斜向相交尺寸難以把控。

（3）箱體構(gòu)件間采用栓接形式連接，螺栓孔空間關(guān)系復(fù)雜又密集，對制造和安裝精度要求極高。

（4）現(xiàn)場安裝跨越河流，支架擺放及定位不容易找正位置，結(jié)構(gòu)受力需要重點控制。

如采用精細化BIM技術(shù)輔助加工和安裝，即可解決對應(yīng)的項目難點，最大限度地節(jié)約資源成本并縮短工期。

2 精細化BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 BIM模型精度確定

為了確保BIM模型能夠?qū)υ擁椖看嬖诘闹仉y點進行施工指導(dǎo)，采用了等級較高的精細化模型，確保能夠依據(jù)BIM技術(shù)為整個項目帶來深入指導(dǎo)，將BIM技術(shù)落到實處，解決問題。

2.2 BIM技術(shù)在弧形鋼拱中的應(yīng)用

一個完整的橋梁弧形鋼拱包含著復(fù)合空間曲線及變寬變高等結(jié)構(gòu)參數(shù)，傳統(tǒng)的計算方式較難準確計算，而且占用一定的時間。利用精細化BIM建模則可以完整地將這些參數(shù)包含在內(nèi)，進行整體放樣生成，且準確度達到毫米級別。因此，在橋梁鋼拱的深化階段利用BIM技術(shù)省去人工計算，放樣過程見圖2。

精細化放樣后BIM模型自動提取計算弧形鋼拱曲線的參數(shù)坐標，并轉(zhuǎn)化為空間曲線，該空間曲線既是橋梁弧形鋼拱走向的關(guān)鍵引導(dǎo)線，也是橋梁鋼拱設(shè)計和安裝的基準曲線。利用精細化BIM模型放樣可以保證整體的準確性。

BIM模型的空間曲線是橋梁鋼拱形狀的基準，后期依據(jù)空間引導(dǎo)線可完成鋼拱截面以及鋼拱整體模型放樣。當遇見設(shè)計變更時，可直接調(diào)整該曲線的坐標，達到快速變更的目的，提高了工作效率。

鋼拱放樣后，拱和梁結(jié)構(gòu)存在的沖突問題很難從CAD圖紙中提前檢查和發(fā)現(xiàn)。BIM技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的功能就是碰撞檢查功能，碰撞檢查功能可以快速、準確地檢查整個BIM模型的碰撞點，并輸出結(jié)果。該功能的實現(xiàn)主要有軟件自帶的碰撞檢查功能和專門的碰撞軟件兩種途徑[2]。碰撞檢查包括硬碰撞和軟碰撞兩種。硬碰撞是指實體與實體之間存在交叉沖突，而軟碰撞則指的是實體間實際并沒有交叉沖突，但間距和空間無法滿足安裝、維修等相關(guān)施工要求，精細化BIM模型可以直觀地對干涉問題進行提前檢查，規(guī)避碰撞風(fēng)險。干涉檢查中的應(yīng)用見圖3，圖中陰影部位為干涉部位。

檢查完鋼拱和主梁模型，利用BIM軟件可以直接生成碰撞報告[3]。將干涉進行分類，分析干涉形成的原因，便于設(shè)計人員及時發(fā)現(xiàn)問題，避免將問題帶到施工中。

2.3 BIM技術(shù)在斜交連接節(jié)點中的研究

此次所建白塔外環(huán)橋上部結(jié)構(gòu)隔板為斜向相交，因此對應(yīng)的橫隔板及加筋肋安裝角度和斜向相交尺寸難把控。

在精細化BIM模型中通過建模軟件對斜交橫隔板與加勁肋的節(jié)點孔進行實際配切修改，并且調(diào)整加筋孔尺寸留出余量方便在場內(nèi)拼裝焊接。模型修整完成后再批量深化出圖，即可保證出具的圖紙準確。因為BIM建立的是三維模型，所以可以測量空間任何兩點的距離，通過BIM模型準確測量優(yōu)化斜交尺寸，最終完成深化圖紙的定稿。

當深化圖定稿后需要采購相應(yīng)的鋼板，因為該項目零件結(jié)構(gòu)是不規(guī)則的圓弧構(gòu)造，在材料準備時如何保證準確且提高利用率一直是被關(guān)注的重點。如果采用傳統(tǒng)的圓弧輪廓計算方式，會產(chǎn)生較大的鋼材浪費，所以利用精細化BIM技術(shù)導(dǎo)出的圓弧零件輪廓既可達到精準正確，而且極大地節(jié)約成本。

當生成最優(yōu)輪廓后，即可與自動化排版軟件結(jié)合，保證最優(yōu)輪廓合理自動排布在鋼板內(nèi)。

通過自動排版，可發(fā)現(xiàn)鋼材的利用率有了明顯的提高，最重要的是依托精細化BIM技術(shù)可以無遺漏地完成零部件排布，直接提升了提料布料的準確率，降低了原材的使用成本[4]。

2.4 BIM技術(shù)對栓接精度的控制

該白塔外環(huán)橋項目中梁段間連接形式大量采用栓接，因此對工廠內(nèi)加工螺栓孔位精度及現(xiàn)場拼接螺栓孔定位精度提出了更高的要求。所以在精細化BIM模型基礎(chǔ)之上加裝了現(xiàn)場定位裝置并自動導(dǎo)出加工詳圖，見圖4，使橋梁在制造之初就保證螺栓孔的精確位置，到現(xiàn)場組裝有基準可以參照。有效地減輕了現(xiàn)場拼接難度，提高現(xiàn)場施工效率。

在螺栓孔對位方面，根據(jù)三維可視化模型查看螺栓接頭位置，避免制造及施工過程中出現(xiàn)的應(yīng)力分布不均及螺栓間相互干涉的問題。檢測無誤后將模型參數(shù)數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入數(shù)控激光切割機，采用激光割孔，確保孔位的加工精度。同時，為了保證數(shù)以千計的栓接板與梁段匹配，為每個栓接板都賦予了二維碼，便于追溯安裝箱體，做到零件與箱體完全匹配，在提高效率的同時又最大化在安裝階段保證了螺栓孔位的對正。

2.5 BIM技術(shù)在安裝過程中的應(yīng)用

在曲線型鋼拱安裝階段，需在橋位作業(yè)前安裝支架，應(yīng)用精細化BIM技術(shù)在模型上能準確測量支架任意點的坐標，模型測量后，再利用GPS設(shè)備現(xiàn)場定位，確保位置的準確性。同時，在場外吊裝作業(yè)過程中，利用BIM技術(shù)能模擬施工現(xiàn)場地形及支架擺放位置，并且能預(yù)先確定場地大小及作業(yè)面是否充分等情況，盡可能地減少吊裝工序配合不合理及現(xiàn)場作業(yè)不協(xié)調(diào)的情況。

該白塔外環(huán)橋項目中橋梁鋼拱先進行現(xiàn)場拼裝后再整體吊裝，拼組后首先將鋼拱用履帶吊立起，立起后檢查鋼拱變形量和履帶吊情況，確認符合要求后平穩(wěn)起吊至現(xiàn)場臨時支架上。

根據(jù)上述施工工藝，將精細化BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入結(jié)構(gòu)計算軟件，施加荷載和邊界條件就能計算出鋼拱吊裝時所受應(yīng)力，同時在箱梁吊裝前對支架的承載能力進行計算，確保安裝過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全。BIM支架結(jié)構(gòu)模型計算過程的模擬分析見圖5。

3 精細化BIM技術(shù)在項目中的成效

3.1 提高深化圖紙效率和準確率

利用BIM技術(shù)精細化放樣圓弧鋼拱，之后可以導(dǎo)出加工詳圖。加工詳圖可直接指導(dǎo)施工和加工，提高了圖紙的準確率。因該項目采用精細化BIM出圖，并且在出圖期間將干涉提前進行了處理，因此圖紙正確率為100%。

3.2 重難點可視化

在加工前，對斜交橫隔板BIM模型的節(jié)點進行處理，確保處理后的節(jié)點符合實際的斜交特性，無誤后導(dǎo)出節(jié)點大樣圖，大樣圖可以對工廠進行技術(shù)交底，也可以生成切割數(shù)據(jù)進行直接加工，保證斜交節(jié)點能夠準確實施。在該項目內(nèi)采用BIM技術(shù)深化了斜交節(jié)點，節(jié)省拼裝工期2～3日。

3.3 減少加工報廢率

鋼結(jié)構(gòu)橋梁中存在大量帶有空間曲線的構(gòu)件，如該項目中的弧形鋼拱，利用BIM技術(shù)建立精細化BIM模型后，直接由模型轉(zhuǎn)二維圖紙，避免手動計算繪制不規(guī)則輪廓構(gòu)件，提高準確率，使該項目零件報廢率達到0%。

4 結(jié)語

將精細化BIM技術(shù)運用到項目管理工作中，不僅可以提高工作水平，還可以為企業(yè)在各個方面節(jié)省項目成本。由于精細化BIM技術(shù)在項目的設(shè)計、制造和安裝中起著指導(dǎo)性作用，因此使得更多的施工人員可以通過BIM模型及時了解項目的重點和難點，通過該工程的順利驗收，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)的推廣價值。

在未來的項目中，精細化BIM技術(shù)對項目施工有著重要的指導(dǎo)意義，是工程行業(yè)發(fā)展趨勢。當項目體量大、造型復(fù)雜時，可以采用細化BIM模型指導(dǎo)施工，做到針對性指導(dǎo)，精細化管控，最終節(jié)約成本，提高效率。

參考文獻

[1]郝宗成. BIM技術(shù)在裝配式建筑機電安裝中的應(yīng)用[J]. 建筑模擬， 2020（5）： 107.

[2]黃鈺媛. 分析BIM技術(shù)在市政道路與橋梁設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 建筑實踐， 2020（8）： 128.

[3]廖曄. BIM技術(shù)在現(xiàn)代建筑工程項目管理中的應(yīng)用分析[J]. 建筑模擬， 2020（5）： 67.

[4]張國學(xué). 淺析鋼板——混凝土組合梁橋面模板設(shè)計[J]. 基層建設(shè)， 2021（8）： 192.