BIM技術在橋梁頂推施工中的應用研究

摘要：當前，我國數字化轉型戰略正有條不紊地實施，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術憑借可視化、模擬性、信息共享等優勢在特殊項目和重大工程領域擁有顯著的應用成效，進行催生出諸多智慧建造領域的自主創新碩果。然而，相較于其他工程領域，BIM技術在橋梁工程中的應用步伐稍顯遲緩。在國內，橋梁頂推施工已較為成熟，卻在數字化管理層面經驗匱乏。面對我國橋梁施工組織管理向信息化邁進的迫切需求，創新性地將BIM技術與橋梁頂推施工[3] [4] 深度融合，不僅大幅度提升了施工精準度、作業高效性與過程可控性，還有效解決了傳統施工模式下的諸多頑疾，為橋梁工程數字化轉型注入強勁動力，有力推動了行業的高質量發展。

關鍵詞：橋梁頂推施工" BIM技術" 信息共享" 施工模擬

Research on the Application of BIM Technology in Bridge JackingIncremental Launching Construction of Bridges

AN Yaping" ZHOU Lili" HU Duo" LI Xinjun

Hunan Urban Construction College， Xiangtan， Hu’nan Province， 411104 China

Abstract： Currently， China's digital transformation strategy is being implemented in" an orderlya well-organized manner. Building Information Modeling （BIM） technology， withleveraging its advantages in visualization， simulation， and information sharing， has demonstrated significant application resultseffectiveness in special projects and major engineering endeavors， and has stimulated many independent innovation achievements thereby catalyzing numerous independent innovations in the field of smart construction. However， compared to other engineering fieldsdisciplines， the application adoption of BIM technology in bridge engineering has progressed at a relatively slower pace. In ChinaDomestically， bridge jacking" incremental launching construction is relativelyhas reached a mature stage， yet it lacks substantial experience in digital management. Faced with the urgent need for informatization in China's bridge construction organization and management， the innovative integration of BIM technology with bridge jackingincremental launching construction has not only substantially enhanced construction precision， operational efficiency， and process controllability but has also effectively addressed persistent challenges inherent in traditional construction modesmethods，. This integration injectings strong impetusmomentum into the digital transformation of bridge engineering and promoting the， thereby powerfully driving high-quality development within the industry.

Key Wwords： Bridge jacking Incremental Launching cConstruction; BIM tTechnology; Information sSharing; Construction sSimulation

2023年2月，中共中央、國務院印發的《質量強國建設綱要》，提出了要提升建設工程品質，加快建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）等數字化技術研發和集成應用，創新開展工程建設工法研發、評審、推廣。近年來，伴隨我國城市化腳步的不斷加快，城市道路交通建設工程的施工環境和施工技術愈發繁雜，加之交通領域可持續發展所提出的低碳、環保、智能化等政策導向，傳統的施工方式已難以應對。在此情形下，深入研究BIM技術在橋梁工程施工中的應用價值無疑是打破困局的重要抓手，也是賦能我國橋梁建設朝著數字化、信息化和智能化發展路徑大步前行的關鍵手段。

1 橋梁頂推法施工技術要點

1.1 橋梁頂推施工力學原理

橋梁頂推施工法[1]是在沿橋縱軸方向的橋臺后方設置分節段預制梁體的施工場地，然后通過水平頂推裝置施力，使預制梁體向前滑移出預制場地，置于墩臺頂，之后預制場地繼續完成下一節段梁體的預制，如此循環作業，直至全部梁體頂推至設計位置，完成頂推施工，最后可以進行體系轉換。

根據頂推力所施加位置，可以分為單點頂推和多點頂推。

頂推施工的力學表達式如下。

式（1）中：F i表示第i個墩臺頂推裝置的頂推力；R i表示第i個墩臺滑道瞬時垂直反力；μ i表示第個墩臺支點處的最大靜摩擦系數；K表示梁體上坡阻力綜合系數。當頂推力滿足式（1）時，梁體才能向前移動。

1.2 橋梁頂推施工要點

橋梁頂推法因施工占地面積少、施工全過程不中斷、構造全面性好、設備和模板能夠反復運用、在施工全過程中噪聲小、施工速度快等優勢而得到迅速推廣[2]。

但是，頂推施工過程中的力學狀態與成橋后的最終狀態截然不同，受力情況復雜多變。隨著頂推作業的推進，梁體截面縱向位置持續動態改變，其內力也隨之不斷波動。在經過支點時，梁體承受負彎矩；在跨越跨中區段時，梁體又要承載正彎矩。正負彎矩頻繁交替，致使梁體受力狀況極為復雜。再者，受梁體兩側頂推不同步、滑道安裝精度偏差、風力作用、施工荷載不均衡等多種因素影響，梁體在縱向滑移過程中極易出現左右橫向偏移現象。一旦橫向偏移量超出允許范圍，就可能引發一系列嚴重問題，例如：頂推線路偏離預設軌跡，梁體與臨時構件發生碰撞，致使梁體失衡，滑移受阻甚至卡滯，嚴重情況下，即便梁體頂推到位，也會因中心線與原定線路中心線偏差超限而影響橋梁的整體質量與結構安全。因此，為確保梁體頂推路徑精準無誤，必須對梁體的軸線偏位、梁體與臨時構件的位置關系予以嚴格把控，及時調整施工參數，保障頂推施工的順利進行。

2 BIM技術的應用優勢

2.1 可視化與可模擬性

可視化與可模擬性是BIM技術的基本特點。通過BIM技術，能夠創建橋梁頂推施工的三維信息模型，這個模型涵蓋了橋梁的各個構件，如梁體的節段、橋墩、臨時支撐等，并且精準呈現它們之間的空間位置關系和連接方式，將復雜的施工過程以直觀、清晰的方式展現出來。在施工前，施工人員可以通過模型詳細了解橋梁的結構組成、頂推路徑與各個施工階段的具體情況。這種可視化的施工模擬能夠幫助提前發現潛在的問題，如構件之間的碰撞、施工空間不足等[3]，同時還能夠開展可視化的施工交底。

2.2 協同工作與信息共享

頂推施工項目往往涉及多方主體。設計單位負責橋梁結構的設計，要確保其結構安全性與合理性；施工單位負責具體的頂推操作與各構件的施工建設；監理單位鈾監督整個施工過程是否符合設計要求與規范標準。BIM技術所搭建的基于中心文件的協同工作平臺如同一個信息“匯聚地”，把這些不同參與方緊密聯系在一起。各方人員登錄這個平臺，就能進入同一個BIM模型環境中開展工作，促進信息的實時共享和有效溝通。各方可以在同一個BIM模型上進行操作和交流，及時反饋問題和提出建議。

2.3 精確計算與優化

通過建立精確的三維信息模型，為頂推施工中的力學分析提供了堅實基礎。結合專業的力學分析軟件，如ANSYS、MIDAS等，能夠精準量化梁體在頂推進程中的受力分布詳情，不僅可以準確得出梁體各個截面在不同頂推階段所承受的軸向力、剪力、彎矩大小，還能細致分析這些力隨頂推位移的動態變化規律[4]；同時，對于梁體的變形情況，包括豎向撓度、橫向偏移、扭轉角度等，都能實現高精度的模擬計算。借助模型可視化功能，將這些抽象的數據以直觀的圖形、圖表形式呈現，施工人員能夠一目了然地掌握梁體的力學行為特征[5]。

3 BIM技術在頂推施工中的應用研究

3.1 過程模擬助力施工決策

通過施工模擬，可以查看梁體節段頂推施工全過程，能夠直觀判斷不同構件在移動、拼接過程中是否存在碰撞風險，及時發現如預應力管道與普通鋼筋布置在空間上的沖突等問題；還能夠考量施工空間是否充足，如頂推設備的安置空間、施工人員操作的活動空間等。一旦發現這些潛在問題，便可以在施工準備階段就采取相應措施加以解決，避免施工過程中出現返工、延誤工期等情況，從而更科學、合理地指導施工開展[6]。而且，利用BIM技術，還能夠模擬不同施工條件下的頂推效果，例如：不同的頂推速度、頂推力等對梁體變形和受力的影響，從而選擇最優的施工方案，降低施工風險。

3.2 信息共享實現高效協作

通過運用BIM技術所搭建的基于中心文件的協同工作平臺，信息能夠實時更新與共享。例如：設計單位對梁體結構進行了局部優化調整，相關的設計變更信息會立即在BIM模型中體現出來；施工單位就能夠第一時間獲取并評估對施工工藝、進度等方面的影響；監理單位也可以同步知曉，判斷是否需要調整監督重點。同時，對于各方在施工過程中遇到的問題，如施工現場發現某橋墩的實際情況與設計不符，施工單位可以直接在模型上標注并反饋，設計單位能迅速查看并給出修改建議。大家通過在模型上的交流互動，有效避免了因信息不暢而導致的施工延誤和錯誤，極大地提高了整個頂推施工項目的協同工作效率[7]。

3.3 精確計算優化施工方案

運用BIM技術創建橋梁頂推施工三維信息模型，結合力學分析軟件，將梁體、臨時支撐、頂推裝置等都納入分析體系，能夠精準計算出在頂推的各個階段梁體所受的力。通過分析，若發現梁體在某一位置頂推時受力過大，則可以考慮調整該區域臨時支撐與梁體的相對位置，或者增加臨時支撐的數量來合理分擔梁體荷載，減小局部受力；從頂推順序角度看，如果模擬計算表明按原計劃順序可能導致梁體變形超出允許范圍，那么就可以優化頂推的順序和步距，采用更合理的分步頂推方式，使梁體在整個頂推過程中受力更均勻、變形更可控，保障頂推施工的質量和安全，提升施工的整體效益。

4 結語

綜上所述，BIM技術在橋梁頂推施工領域的深度融合應用已然成為推動行業革新的關鍵力量，切實提高了施工的準確性、高效性和可控性，有效解決了傳統施工方式所面臨的諸多難題。BIM技術憑借可視化、模擬性、信息共享等有利特性為橋梁頂推施工全過程保駕護航。在公路交通領域，路橋設施呈帶狀延展，這一特性決定了其覆蓋范圍廣、地理跨度大。復雜多變的地形環境使數據采集與梳理工作浩繁，再加之橋梁結構形式多樣化、力學分析復雜、模型精度要求高，這些難題都極大地限制了BIM技術在公路交通行業的規模化應用。但是，隨著技術的不斷進步和行業的發展，這些難題都在不斷地被解決，BIM技術在橋梁頂推施工中的應用前景廣闊。未來，BIM技術將與更多的先進技術（如人工智能、大數據、物聯網等）深度融合，實現更智能化的施工管理，推動橋梁建設行業邁向更高水平。

參考文獻：

[1]張曉東.橋梁頂推施工技術[J].公路，2003（9）：45-51.

[2]王金國，任晚晚，叢培，等.BIM技術在鋼-混組合連續梁橋頂推施工中的應用[J].公路與汽運，2023（2）：98-102.

[3]熊斌，虞志鋼，馬明，等.BIM技術在鋼箱梁頂推施工中的應用[J].建筑結構，2022，52（S1）：1968-1972.

[4]戴煜坤，李夏，張成帥.BIM可視化平臺在箱涵頂推施工中的應用[J].建筑技術開發，2022，49（3）：83-85.

[5]鄧愛華.BIM與物聯網結合技術在橋梁施工過程中的應用[J].科技創新與應用，2023，13（7）：177-180.

[6]李登.基于BIM技術的移動模架簡支梁施工智能監測預警工法研究[D].蘭州：蘭州交通大學，2023.

[7]羅娜.BIM5D技術在橋梁施工過程中的應用研究[D].上海：華東交通大學，2022.