BIM技術(shù)在懸索橋異形橫梁支架拆除工藝中的應(yīng)用

彭超志,周 儉,方 升

(1.湖南省高速公路集團有限公司,湖南 長沙 410023; 2.中交路橋華東工程有限公司,上海 201203)

1 工程概況

龍?zhí)堕L江大橋索塔下橫梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),下橫梁長35.1m、寬10.7m、高9.0m,腹板厚1m,橫梁下緣處設(shè)置厚度為1m、高度1～8m的漸變弧形裝飾板。下橫梁頂面標(biāo)高55.000m距承臺頂面高度49m,下橫梁支架采用落地鋼管支架。

北塔下橫梁支架結(jié)構(gòu)由鋼管立柱、平聯(lián)桿、弧形梁、承重梁、分配梁和底模系統(tǒng)組成,支架整體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。承臺頂布置20根φ820×10鋼管,塔座頂布置10根φ1 224×12鋼管,鋼管間布置4層HN450×200型鋼平聯(lián)桿件。裝飾板下方采用HN800×300型鋼弧形梁+HN450×200型鋼桁架片組合結(jié)構(gòu),底模下方橫縱向承重梁分別采用2HN600×200,3HN600×200型鋼,承重梁上鋪I25a分配梁及底模,支架總重約508.33t。

圖1 下橫梁支架結(jié)構(gòu)模型

2 BIM綜合應(yīng)用

2.1 BIM建模與應(yīng)用框架

龍?zhí)堕L江大橋北塔下橫梁支架拆除BIM模型包含索塔主體結(jié)構(gòu)、下橫梁、支架模板體系、支架拆除和下放臨時結(jié)構(gòu)、施工臨時平臺及安全輔助措施等,整體建模與應(yīng)用框架如圖2所示。主要模型采用Revit軟件和Dynamo插件創(chuàng)建,支架結(jié)構(gòu)桿件大量采用參數(shù)族,建立參數(shù)族庫,可推廣應(yīng)用于其他項目支架模型創(chuàng)建。起重吊裝機械等臨時設(shè)施主要采用Revit軟件創(chuàng)建構(gòu)件集,在支架拆除施工模擬中發(fā)揮輔助作用。

圖2 下橫梁支架下放BIM建模與綜合應(yīng)用框架

2.2 拆除施工流程

支架拆除遵循“先底部拆除再整體下放”的原則,考慮施工安全、結(jié)構(gòu)物成品保護及施工效率等各項因素,具體施工步驟如圖3所示。

圖3 拆除作業(yè)施工流程

2.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1拆除施工準(zhǔn)備

1)三角托架加工及安裝 三角托架是懸吊上部支架的關(guān)鍵臨時結(jié)構(gòu),起到固定卷揚機和滑輪組體系的作用。橫梁頂面共布置4套三角托架,在三角托架前端設(shè)置3HN600×200承重梁,作為定滑輪固定端,卷揚機底座下方設(shè)HN600×200支墊。考慮下橫梁頂面支座墊石、擋塊等構(gòu)件影響,利用Revit軟件建立三角托架模型(見圖4),有效避讓既有構(gòu)件,在下橫梁頂面預(yù)埋精軋螺紋鋼以錨固三角托架,保證懸吊受力體系合理穩(wěn)定。

圖4 三角托架模型

2)卷揚機及滑輪組系統(tǒng)安裝 支架整體下放質(zhì)量約260t,同時考慮下放時動荷載系數(shù)1.1和不均衡系數(shù)1.1,則所需牽引力為71.5kN,故在下橫梁頂面設(shè)置4臺10t卷揚機、4套6門100t滑輪組(繞11線)。如圖5所示,利用BIM技術(shù)模擬卷揚機安裝位置,滑輪組繞線,繩卡固定方式,吊點固定位置和固定方式等具體安裝細(xì)節(jié),確保具體施工無遺漏,安全保證到位,降低安全隱患。同時,在動滑輪尾端設(shè)置4臺無線數(shù)據(jù)采集拉力計,通過移動端實時監(jiān)測四點受力情況,保證受力體系整體可控。

圖5 卷揚機及滑輪組體系模型

3)精軋螺紋鋼保險系統(tǒng) 鑒于底部鋼管樁及平聯(lián)拆除時間較長,為減少卷揚機懸吊系統(tǒng)鋼絲繩長時間受力,在支架承重梁底部設(shè)置4組反托梁,利用φ40精軋螺紋鋼通過預(yù)留孔錨固于下橫梁底板,作為剛性受力體系。如圖6所示,建立三維模型使懸吊保險系統(tǒng)安裝位置可視化,提前考慮橫梁底板預(yù)留精軋螺紋鋼孔洞位置,精確判斷保險系統(tǒng)是否與結(jié)構(gòu)物、臨時結(jié)構(gòu)存在碰撞。

圖6 精軋螺紋鋼保險系統(tǒng)模型

4)安全保障措施 利用Revit參數(shù)族功能,建立支架拆除期間各項安全防護措施公制常規(guī)族,如圖7所示,模擬支架拆除過程安全防護措施的可行性和安全性,針對局部細(xì)節(jié)建立詳細(xì)模型,提高施工作業(yè)交底可視化深度。

為確保下橫梁頂面施工作業(yè)安全,在橫梁頂設(shè)置2組安全通道,防止高空索塔作業(yè)期間物體打擊,確保人身安全。同時,各卷揚機均設(shè)防護棚,防止高空焊接作業(yè)火星濺落灼傷鋼絲繩。

為防止滑輪組體系鋼絲繩被刮傷,影響支架整體下放安全性,在卷揚機出繩口及動、定滑輪組固定型鋼邊緣位置,采取圓管剖開包邊進行鋼絲繩防護。

底部鋼管樁拆除均為高空施工作業(yè),人員上下使用鋼管樁側(cè)面既有背籠,同時在平聯(lián)、鋼管接長位置下方均焊有角鋼,用于固定人員施工作業(yè)的U形平臺。使用Fuzor模擬人員上下及施工作業(yè)平臺設(shè)置,保證現(xiàn)場施工作業(yè)安全措施合理有效。

2.3.2底部支架拆除

支架拆除前對所有平聯(lián)及鋼管樁進行編號。按圖8中①所示分割線環(huán)切鋼管樁,環(huán)切高度為40cm,考慮支架下放到位后整體穩(wěn)定性,承臺塔座高差4m,故分割線設(shè)置在標(biāo)高33.400,37.400m處。

首先進行上部懸吊結(jié)構(gòu)整體落架,落架前解除精軋螺紋鋼保險系統(tǒng),使滑輪組體系受力,緩慢下放使下橫梁底板與底模脫空,落架高度為20cm,落架后錨固精軋螺紋鋼保險系統(tǒng),由柔性懸吊受力體系轉(zhuǎn)換為剛性懸吊受力體系,使精軋螺紋鋼作為主要受力。

然后按編號順序分2層依次拆除承臺頂面φ820鋼管樁及其平聯(lián)桿件,按“先拆除相臨平聯(lián),隨即拆除鋼管樁”的原則進行,如圖8中②所示。

最后拆除左、右幅塔座頂部φ1 224鋼管樁及其平聯(lián)桿件,如圖8中③所示。保留塔座及承臺頂面預(yù)埋件,拆解后材料隨即進行轉(zhuǎn)運,保證橫梁下方無雜物,以便支架整體下放,如圖8中④所示。

2.3.3支架整體下放

底部鋼管支架拆除后解除精軋螺紋鋼保險系統(tǒng),使鋼絲繩及滑輪組(柔性受力)體系受力。正式下放支架前,作業(yè)人員通過4臺無線采集拉力計進行實時數(shù)據(jù)采集,通過收放卷揚機鋼絲繩微調(diào)四點受力大小,使各點受力均衡,處于允許誤差范圍(單點鋼絲繩受力<75kN)內(nèi)。

1)第1階段 統(tǒng)一指揮,協(xié)同操作。先緩慢下放使底模段脫離1m高弧形裝飾板范圍,確保下放過程中不剮蹭塔壁和弧形段裝飾板內(nèi)墻。下放過程中宜點動輕放,實時測量四點受力情況,并單點微調(diào),確保受力均衡,如圖9中①所示。

圖9 支架分階段整體下放模型

2)第2階段 四點同步勻速下放,實時測量偏差值,及時進行單點調(diào)整,同時觀察是否剮蹭左、右幅塔柱,如圖9中②所示。

3)第3階段 減緩下放速度,塔座四處支撐點均安排人員觀察,防止整體下放支架與塔座頂面臨時結(jié)構(gòu)碰撞,下放到位后與塔座、承臺頂面預(yù)埋件焊接固定,確保支架整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠,如圖9中③所示。

2.3.4支架解體轉(zhuǎn)運

整體下放支架利用汽車式起重機進行解體拆除,汽車式起重機、平板車站位以及施工作業(yè)警戒區(qū)域如圖10所示。按從上往下、兩側(cè)往中間的順序依次拆除底模、分配梁、承重梁、弧形梁、支撐桁架、鋼管樁和平聯(lián)桿件。

圖10 支架解體轉(zhuǎn)運

2.4 Fuzor施工模擬

下橫梁支架拆除作業(yè)安全風(fēng)險等級高,為規(guī)避施工過程中可能存在的安全隱患,利用Fuzor軟件并結(jié)合項目實際情況,通過三維可視化生成施工進度,模擬施工動態(tài)過程,查驗施工安全風(fēng)險,確定支架拆除步驟合理。同時,針對不同施工階段梳理可能出現(xiàn)的作業(yè)風(fēng)險點,如表1所示。

表1 下橫梁支架拆除作業(yè)危險源梳理清單

2.5 可視化共享

利用廣聯(lián)達BIMFACE控制臺,將Revit三維模型(.rvt項目文件)編譯轉(zhuǎn)換成在線可視化模型。如圖11所示,利用平臺生成鏈接或分享二維碼至相關(guān)人員手機,無須下載APP和借助BIM信息集成服務(wù)器平臺,只需通過手機端瀏覽器打開鏈接或掃描二維碼即可實時在線溯源桿件信息、測量構(gòu)件長度、了解施工階段,結(jié)合可視化手段更好地幫助作業(yè)人員理解施工方案和安全技術(shù)交底。

圖11 BIMFACE控制臺模型共享

3 施工重難點

3.1 支架拆除步驟復(fù)雜

針對支架拆除桿件多,拆除順序要求嚴(yán)格,利用Revit平臺建立下橫梁支架整體三維模型。利用BIM三維可視化優(yōu)勢,在進行支架拆除順序的討論過程中發(fā)揮重要作用,提高了拆除工藝的可行性,更加契合現(xiàn)場施工實際情況,保證支架拆除的安全性,規(guī)避常規(guī)二維圖紙難以發(fā)現(xiàn)的安全隱患。

同時,利用Fuzor施工模擬軟件,對支架拆除過程中各桿件拆除步驟制作施工模擬動畫,助力施工現(xiàn)場管理,便于施工現(xiàn)場管控,讓作業(yè)人員對施工內(nèi)容、工藝了解更加直觀。同時,對不同拆除階段人員操作及機械站位進行模擬,確保實際操作可行,施工過程安全可靠。

3.2 支架拆除風(fēng)險大

1)高空作業(yè)防護 下橫梁支架最大高度46m,支架拆除過程均為高空施工作業(yè)。針對高空切割桿件、焊接吊耳、懸掛鋼絲繩等施工作業(yè)風(fēng)險,利用既有鋼管樁背籠+U形平臺結(jié)合的方式,便于施工人員上下和操作站位。同時,在鋼管樁頂端焊接吊耳用于懸掛安全帶、防墜器等安全防護措施。

2)吊裝防蕩移 針對桿件起吊作業(yè)風(fēng)險,為防止桿件割斷瞬間發(fā)生蕩移,結(jié)合相鄰鋼管樁纏繞防蕩移法和卷揚機鋼絲繩輔助法,在相鄰鋼管樁上纏繞防蕩移繩1圈,以及橫梁頂部卷揚機鋼絲繩導(dǎo)線方式輔助反拉措施,在割斷鋼管樁后分別緩慢放松防蕩移繩和鋼絲繩繩端,確保鋼管樁、平聯(lián)等桿件起吊平穩(wěn)下放。

3)上部懸吊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 上部支架懸吊期間采用精軋螺紋鋼保險系統(tǒng)作為主受力體系,鋼絲繩滑輪組體系不受力,確保上部懸吊安全。底部拆除作業(yè)起重設(shè)備嚴(yán)禁觸碰上部懸吊結(jié)構(gòu),懸吊期間應(yīng)定時測量各點卷揚機鋼絲繩受力情況,確定鋼絲繩是否處于受力狀態(tài),確保懸吊體系安全穩(wěn)定。

3.3 整體下放危險性大

1)下放同步性 安裝滑輪組時在動滑輪尾繩端設(shè)置無線數(shù)據(jù)實時采集拉力計,通過移動端接收器實時采集各懸吊點受力情況信息。同時,在懸吊點端頭各固定1根測繩,測量各點下放高度。綜合各懸吊點受力和高差判斷支架整體結(jié)構(gòu)姿態(tài),確保整體下放支架同步性始終在允許誤差范圍內(nèi)。

2)鋼絲繩保護 支架懸吊期間對卷揚機鋼絲繩及懸吊滑輪組鋼絲繩進行覆蓋包裹,卷揚機頂部設(shè)置防護棚,防止施工作業(yè)火星濺落灼傷鋼絲繩。支架下放前對卷揚機鋼絲繩進行全面檢查,同時對鋼絲繩出繩端、捆綁端型鋼包邊情況和繩卡固定情況進行檢查。

3)支架整體穩(wěn)定 支架拆除前對整體下放支架進行結(jié)構(gòu)受力分析,確保支架整體穩(wěn)定性。現(xiàn)場對整體下放支架進行全面排查加固,檢查桿件接頭焊接情況,對主要受力點加焊勁板。同時,在關(guān)鍵節(jié)點部位設(shè)置應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測點,采集下放過程中支架整體受力和變形情況信息。

4)安全防護措施 支架下方設(shè)置安全警戒區(qū),所有人員禁止入內(nèi)。支架下放過程中,操作人員一律站位于下橫梁頂面防護棚內(nèi),卷揚機操作柜單獨引出遠離三角托架區(qū)域。統(tǒng)一服從現(xiàn)場總指揮口令,做到令行禁止。

4 結(jié)語

本項目基于BIM技術(shù)手段,從方案可行性、深化完善、施工模擬及安全監(jiān)測方面作為主要出發(fā)點,利用BIM技術(shù)三維可視化優(yōu)勢,結(jié)合“先底部拆除后整體下放”的施工工藝,使異形橫梁支架拆除作業(yè)更加安全高效,使復(fù)雜支架結(jié)構(gòu)拆除步驟更加直觀明了。綜合考慮支架拆除各項安全隱患,提前采取有效安全舉措,提高了支架拆除施工效率,提升了項目技術(shù)管理能力,助力龍?zhí)堕L江大橋北塔下橫梁支架拆除順利完成,可為同類型橋梁異形橫梁支架拆除提供參考。