BIM技術在預應力混凝土連續梁橋施工管控中的應用

摘要：針對大跨徑預應力混凝土連續梁橋施工難以實現即時管控的現狀，以某一大跨徑預應力連續梁橋為例，融合BIM技術和有限元Midas Civil軟件，建立參數化的BIM模型，實現對連續梁橋的4D施工模擬和施工狀態監控。利用BIM中的Revit軟件設計出工程信息非常完整的BIM模型，并進行過程的“碰撞檢測”。通過Navisworks軟件時間維度與參數模型關聯，實現不同施工作業下的作業模擬和施工進程控制。通過將BIM模型與Midas Civil軟件結合對梁橋施工關鍵節點位置和危險點進行施工狀態和穩定性分析。將BIM技術應用于實際施工項目，能有效實現不同施工信息的交互和施工狀態的實時監控，保證了施工質量和安全。

關鍵詞：預應力連續梁橋；BIM；施工模擬

中圖分類號：TQ172；TP391.92文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0165-04

Application of BIM technology in construction control of prestressed concrete continuous beam bridges

MA Zhenrong1，GUO Ruie2

（1.Xi’an University of Architecture and Technology Huaqing College，Xi’an 710043，China；

2.Xi’an Siyuan University，Xi’an 710038，China）

Abstract：In view of the fact that it is difficult to achieve real-time control in the construction of large-span pre?stressed concrete continuous beam bridges，taking a large span prestressed continuous beam bridge as an example，combining BIM technology and finite element Midas Civil software，a parameterized BIM model was established to realize 4 D construction simulation and construction state monitoring of continuous beam bridge.The Revit software in BIM was used to design a BIM model with complete engineering information，and the process was“collisionchecked”.Through the correlation of the time dimension and the parametric model of Navisworks software，the op?eration simulation and construction process control under different construction operations can be realized.Bycom?bining the BIM model with Midas Civil software，the construction status and stability analysis of the key node loca?tions and dangerous points of the girder bridge construction were carried out.The application of BIM technology to the actual construction project can effectively realize the interaction of different construction information and there?al-time monitoring of the construction status，ensuring the construction quality and safety.

Key words：prestressed continuous beam bridge；BIM；construction simulation

傳統的預應力混凝土梁橋施工中，對施工質量的要求非常嚴格，以確保相關施工階段成橋的受力狀態以及結構形態[1]。隨著橋梁結構跨度的增大，導致對施工監控難度加大，對橋梁質量帶來隱患[2]。建造信息模型（BIM）技術應用于橋梁建設項目中，通過建立數字化建筑信息模型，有效提高了工程質量和生成效率[3-4]。在橋梁設計階段，利用信息技術對梁橋設計進行優化和仿真分析，提高設計質量和效率[5]；在橋梁施工階段，通過數字化管理平臺和信息集成系統，對橋梁施工全過程進行監控和管理[6]；在橋梁運營階段，將管理系統和自動檢測信息集成，實現橋梁的智能化、現代化管理等[7]。目前，相關學者對BIM技術的應用進行了不同研究工作，如將BIM、CAD和GIS技術融合來探討橋梁工程快速建模、成本預測方面的應用[8]。針對橋梁全壽命周期特點，運用BIM+GIS建立梁橋三維模型，開發橋梁模型的全壽命管理平臺，并應用于工程建設全過程等[9]。基于此，在相關研究的基礎上，以某一工程實例為對象，采用BIM技術引入到連續梁橋設計施工監控中，通過建立BIM模型與時間進程的關系實現對施工過程進行監控，并引入Midas Civil有限元軟件對關鍵施工點進行穩定性分析，提升施工質量和施工安全性。

1橋梁參數模型建立

1.1工程背景

A大橋長5 360.82 m，主橋設計為3跨連續梁，跨徑72 m+128 m+72 m，橋面凈寬12.2 m。

擋砟墻內側凈寬9.58 m，梁頂至軌底高0.71 m，軌下枕底最小道砟厚0.35 m，采用懸臂灌注法施工。梁體長273.5 m，采用單箱單室，隨著跨徑變化，箱梁高度和界面尺寸跟隨變化，中間支點梁高9.40 m，頂板厚度達到了50 cm，底板的最薄處、最厚處分別達到了48.5 cm、180 cm，并依據圓曲線出現相應的變化。可以依據曲線徑向來布置箱梁支座，縱向輪廓尺寸依據左線中心線進行測量，按照曲線半徑來微調曲線內、外緣梁長度。梁橋腹板厚度由40 cm按折線過渡到70 cm，最厚處達到90 cm，全橋拱設置5個橫隔板。

1.2 BIM模型創建

橋梁主梁采用單箱單室，以連續彎梁作為橋梁主體，所以要分節段對梁段模型實施處理，按照節端空間位置開展拼裝工作。借助Revit軟件內的常規模型，依據梁段界面尺寸開展空心、實體2種放樣融合，以打造梁段族，而且把梁段的尺寸信息以及真實結構材料等賦予分段模型。

梁橋樁基采用鉆孔灌注樁基礎，2個邊墩各8個樁，2個中墩各16根樁。因為橋墩模型以及樁基的結構非常簡單，能夠在Reivit軟件內對相關公制常規族實施拉伸放樣的方式創建出來，墩帽的創建通過嵌套族方式經過多次拉伸、放樣融合，放置在指定空間位置。在創建球鉸BIM模型中，需要根據不同橋形轉盤直徑、厚度來確定。本橋中球鉸由下轉盤、上轉盤、轉軸和滑片構成，轉盤直徑2.7 m，厚40 cm，根據施工圖紙，采用公制模型族建立下轉盤模型，首先建立空心圓盤、下轉盤主體、角鋼族、肋板后，按照空間位置實施嵌套，然后組合為球鉸下轉盤。

由于球鉸結構導致上下轉盤鋼筋布置的復雜度大大增高，本文在Revit中創建面向各類鋼筋的族，結合控件的具體位置打造相應的球鉸鋼筋模型，采取相同措施在公制結構基礎上打造橋墩、承臺、樁基等各類鋼筋結構。

1.3碰撞檢查

根據施工圖紙，采用Revit軟件將建立的橋梁三維模型導入Navisworks軟件中，利用軟件模塊的Clash Detective工具進行模型的碰撞測試，如圖1所示為0號塊普通鋼筋和預應力管道進行的碰撞檢查，其中共發現13處碰撞點。

2 BIM在梁橋施工控制的應用

2.1控制信息平臺集成

傳統工程施工進度管理由于缺乏可靠的進度信息獲取手段，造成信息處理低效。BIM技術實現了項目規劃、設計、維護、施工、運營等多個環節的信息共享以及傳遞[10]。在BIM中，首先選擇Revit創建控制信息集成平臺，以屬性類為信息管理基本框架進行梁橋模型分析，作為信息構件，并按照構件劃分標準對項目模型屬性添加編碼，確保構件分類管理[11]。

2.2 4D施工模擬

4D施工模擬在BIM三維模型上增加時間參數，實現虛擬施工全過程。在BIM中，將建立的Revit模型以.nwc格式導入到Navisworks中，對施工全過程進行4D模擬。Navisworks中將設計、施工和其他項目數據組合在單個項目模型中，在視點利用紅線標識工具進行標記，以記錄、呈現相關問題，促進交流與審查工作。為快速制作動畫，首先通過創建集合對構件進行拆分，將項目進度計劃表加入構件模塊中，系統提供了第三方程序導入和TimeLiner手動添加的方式進行項目進度計劃添加。

通過4D模擬BIM施工能保證施工階段信息的一致性，它可以供給組件的相關表格視圖和屬性、類型、名稱，各施工產品的相關數據均可被當作自動評估竣工條件和設計之間偏差的前提。施工進度表中將每項活動完成的百分比在視圖界面展示，當一項任務完成后，下一個任務可視前，可立即制定檢查計劃，保證質量檢查過程與施工過程相一致，參與方可通過BIM技術改變進程，保證項目進程和工藝技術更準確、高效的合作。

3橋梁穩定性分析

3.1 BIM參數模型的導入

搭建好預應力連續梁橋的相關BIM模型后，為降低結構模型和BIM模型領域的重復建模，采取參數化設計環節的數據，將Revit模型轉換成可以進行力學性能分析和驗算的Midas Civil結構模型[12]。由于Mi?das Civil軟件僅提供導出ifc格式模型渠道，缺少BIM模型導入Midas Civil接口，采取參數化設計的相關數據，轉化結構模型與BIM模型，使建模工作減少[13]。

Midas Civil通常情況下采取梁單元開展相應的受力分析，結構模型不需要建立具體的細節構件，首先采用初始設計參數進行轉化，獲得相應界面間距的針對性界面輪廓簇，構建自適應族樣本，采取Dynamo領域中的“創建中心線”節點包，得到梁橋中心線，采取“Curve.SplitBy Points”節點在載荷施加位置、邊界約束處等特殊位置設定節點間距，然后借助“Model Curve.ByCurve”節點獲得所需要的梁橋中心線。

Revit中能導出CAD格式.dxf文件，將梁橋中心線.dxf文件導入Midas Civil中，這樣就創建好了節點單元，使Rvieit項目中的界面輪廓組以.dxf格式文件的形式導出，采取Midas Civil中的相關截面特性把.dxf格式轉換成.sec格式的Midas Civil截面文件。在Midas Civil中將截面特征值打開，采取設計用數值截面導入.sec格式界面，創建好界面。采取相同手段來創建另外的截面模型。

在Midas Civil中，可以在相應單元內拖入已經創建好的截面，運用界面組成快捷完成Midas Civil梁橋模型搭建，其中預應力筋模型可將各預應力筋坐標賦值在Midas Civil預應力中的鋼束形狀中，通過坐標點生成預應力筋的結構模型，建立的預應力鋼束結構模型如圖2所示。

3.2結構模型結構驗算

根據查閱資料和現場施工情況，對于連續梁橋施工而言，轉動體系由于結構和受力復雜，施工過程中難以把控施工質量和施工進程，因此，本節將建立的BIM模型導入到Midas Civil中進行結構應力狀態分析。首先在Revit中建立轉動體系模型，導出為.sec格式，導入到Midas Civil中，并設置模型材質、參數，進行網格劃分，施加邊界條件和載荷形式等，進行網格劃分的轉動系統模型結構如圖3所示。

從設計計算的相關結果來看，因為19號墩以及20號墩二者的受力比較接近，墩頂支座受到的橫向支反力達到了42 684 kN，轉體結構重4 240.7 kN。因此選取19號墩為研究對象，依據具體施工軌道，在19號墩球鉸下轉盤正中心以及底部間隔120°都配置3個應力監控點。

3.3應力分析結果

根據應力監測布置位置，確定球鉸鏈轉動過程中的應力狀態分布。本文分別選擇轉動前、轉動角度為10°、30°和55°條件下球鉸鏈轉盤橫向、縱向、豎向、第一主應力和第二主應力值分析，具體應力值見表1所示。

由表1可知，連續梁進行轉動時，球鉸整體上的應力狀態變化基本穩定。測點1、2有所增加橫向應力，但增幅在0.1 MPa以內。測點3在轉體達到10°前，球鉸應力狀態有所下降，隨后應力值上升，但變化幅度也較小。同樣，連續梁轉體縱向應力狀態下，測點1和測點2的縱向應力呈現一個先下降后上升的趨勢，但整體變化幅度在0.1 MPa以內。連續梁的豎向應力狀態在轉動過程中一直保持在一個很小的變化幅度內上下波動。從以上計算結果能夠了解到，球鉸轉動時非常平穩，下承臺具有可靠安全的混凝土結構，滿足受壓條件。

4結語

（1）通過BIM中的Revit軟件建立大橋臨時構件族庫以及核心構件族庫，按照所建立的空間位置關系以及平面坐標開展拼組工作，設計出工程信息非常完整的BIM模型，并以Navisworks軟件模塊的Clash Detective工具進行模型的碰撞測試和渲染處理；

（2）將BIM模型和Navisworks軟件整合，通過TimeLiner建立模型構件與時間維度的4D施工模擬，將Revit軟件與BIM模型和有限元軟件Midas Civil結合，對梁橋施工過程中的梁單元和旋轉系統進行應力分析，實現模型結構穩定性驗算。

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（責任編輯：平海，蘇幔）