BIM技术在节段拼装箱梁施工中的应用

张振兴

(中铁三局集团有限公司， 太原 030001)

BIM技术在节段拼装箱梁施工中的应用

张振兴

(中铁三局集团有限公司， 太原 030001)

宝鸡至兰州客运专线三阳川渭河2号特大桥采用48 m节段拼装箱梁结构形式跨越沿线道路及河流。为更好地实现工厂化、信息化施工和精细化管理，解决节段拼装箱梁工程工期紧、工序复杂、节段多、精度控制难等问题，引入了BIM技术，建立了节段拼装箱梁的BIM三维信息模型。通过三维设计交底、施工工艺模拟、深化设计及优化工艺、资源动态管理等先进技术应用，大大提高了节段拼装箱梁在钢筋绑扎、混凝土浇筑、节段箱梁架设等核心工序的工效，实现了质量、成本及进度等关键因素卡控，取得了良好的经济和社会效益。三元川渭河2号特大桥是目前国内首次采用BIM技术进行48 m节段拼装箱梁施工的工程，为今后铁路桥梁建造特别是节段拼装箱梁的信息化施工提供了技术借鉴。

BIM技术； 节段拼装箱梁； 工艺模拟； 资源管理

随着铁路交通日益发展，桥梁形式也在不断更新，呈现出结构复杂化、线性多样化等特点。但在施工手段上，大型桥梁工程项目的施工识图、方案制定、工艺控制等各个环节目前仍依靠传统的二维CAD图纸，很难提前检测或发现设计及施工冲突的问题，工艺优化不直观，难度较大，不仅需要投入大量的管理人员，同时影响了施工进度和成本。建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)作为一种先进的管理理念，近年来在我国建筑业得到一定的应用和发展，取得了较好的成效。但在铁路建设方面，特别是铁路施工方面的应用少之又少。在桥梁施工中，将BIM技术与复杂桥梁施工相结合应用于施工现场，能够在施工图审核、施组优化、工艺优化、资源及进度管理等方面起到非常重要的作用。文章针对宝兰客运专线三阳川跨渭河特大桥的具体施工情况，通过BIM技术在项目实施中的应用，推进项目信息化、工厂化、精细化施工的整体水平。

1 节段梁施工特点及难点

宝鸡至兰州客运专线三阳川渭河2号特大桥全长8 672.3 m，跨渭河地段48 m节段预制拼装梁是全线的重点控制性工程之一。48 m节段拼装箱梁施工采用分段预制，造桥机现浇湿接缝的方法。该工程在实施过程中，主要有以下特点：

(1)梁段重量大，箱梁截面大，安全风险较高。节段拼装箱梁设计跨径48 m，梁全长49.6 m，为预应力混凝土节段预制拼装简支箱梁结构。箱梁整孔重量超过1 584 t，箱梁梁高4.6 m，造桥机自重约1 100 t，全过程施工中，上部结构及设备共近3 000 t的荷载，对施工机械的要求较高，设备在桥上移动过程中，机械稳定性及安全性尤为重要。

(2)项目工期紧，施工组织难度大。为了最大限度的加快施工进度，确保施工组织有序，节段梁拼装采用TP 48造桥机自行式过孔的施工工艺，特别是造桥机拼装、节段箱梁架设等工艺复杂，施工周期长。

(3)拼装节段多，精度要求高。每跨箱梁分11个节段，节段预制、架设过程中线形精度要求非常高，需在预制、架设等环节提前考虑钢筋、预应力管道的精确定位，避免节段端头连接钢筋互相干涉、预应力管道连接不同心等问题发生。

2 BIM技术在客运专线48 m节段梁施工技术中的应用

根据项目的特点及难点，针对节段箱梁预制、架设等关键工序及工艺进行了BIM技术研究，创建节段拼装箱梁的BIM三维信息模型，通过三维设计交底、施工工艺模拟、深化设计及优化工艺、资源动态管理等先进技术的应用，大大提高了节段拼装箱梁在钢筋绑扎、混凝土浇筑、节段箱梁架设等核心工序的工效，实现工程质量、进度、成本的严格控制。

2.1 信息模型创建

利用BIM软件，将二维设计图纸转换成三维模型，并将图纸中相关信息添加到相应的三维模型中。创建了三维场地、节段梁钢筋、预应力管道、造桥机、混凝土构件、模板等信息模型。节段梁模板模型如图1所示，48 m节段箱梁模型如图2所示。开发了铁路48 m简支梁节段拼装施工的BIM模型的构件族库，为BIM技术在48 m节段箱梁预制、拼装施工中的快速应用奠定了基础条件。

图1 节段梁模板模型

图2 48 m节段箱梁模型

2.2 三维技术交底

传统施工交底依托的二维平面图加以标注对施工班组进行交底，并不能表达出构件、钢筋等空间排布位置。对于施工班组来讲，一些特殊节点、钢筋排布、预应力管道等的二维图纸不易于理解，容易因对图纸的误读而造成施工错误、返工，不仅耽误了工期而且造成了工程材料浪费、成本增加。

三维可视化施工交底是利用BIM技术创建三维模型，对模型加以信息(如尺寸标注、长度、位置等)进行的施工技术交底。通过三维模型进行交底不仅能达到二维图纸交底的所有要求，而且能把构件之间的立体排布位置表达出来，易于理解，从而加快施工进度、保证工程质量、创造经济效益。钢筋及预应力管道设计交底如图3所示，节段梁混凝土设计交底如图4所示。

图3 钢筋及预应力管道设计交底

图4 节段梁混凝土设计交底

2.3 工艺模拟

将BIM模型导入Navisworks Manage软件进行三维可视化节段梁预制、架设等工艺的模拟，优化施工工艺及施工组织。在节段梁预制中，通过虚拟施工将钢筋绑扎顺序，模板安装、混凝土浇筑等工艺按施工顺序进行模拟，如图5所示。在架桥机拼装、节段梁架设过程中，通过将TP 48造桥机与节段梁墩身BIM模型拼接进行虚拟施工模拟，如图6所示。节段梁造桥机拼装和过孔过程。通过虚拟施工模拟，可以很好地控制造桥机过孔安全，使得造桥机在各工况下的具体过程更加直观展示，方便技术操作人员理解。在专家评审方案过程中，使专家对施工方案有更加清晰和深刻的理解，对方案的可行性及安全性做出快速判断。在具体施工中，使现场操作人员能迅速把握方案的整体性和关键控制工艺。

图5 节段箱梁的预制

图6 节段箱梁的架设

2.4 优化设计及工艺

利用BIM的三维技术在前期可以进行碰撞检查，深化工程设计，减少在施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性。

48 m节段梁钢筋排布复杂，二维图纸设计时不能很好地展示钢筋之间的空间位置，这就造成了施工中可能会造成钢筋碰撞、钢筋与构件间的碰撞等。在预制过程中，通过已经创建好的三维钢筋模型进行钢筋之间的碰撞点检查，并将碰撞的钢筋进行优化排布。在节段梁架设时，湿接缝钢筋外搭，在节拼装时会造成搭接位置的钢筋存在碰撞，进而对下一步节精调工序造成影响，延误施工工期，湿接缝钢筋检查如图7所示。通过碰撞检查提前发现节间钢筋或构件的碰撞，提前进行优化排布，为后续施工创造有利条件。

图7 湿接缝钢筋检查

2.5 动态资源管理

做好施工阶段的成本控制和资源管理是工程项目管理的重要任务，然而，施工过程的高度动态变化，致使施工资源和成本的管理与控制计算量庞大，数据不易获取，尤其当发生工程变更时，工作量成倍增加。

图8 节段梁钢筋工程量

通过创建施工阶段的EPM-4D施工资源信息模型，建立资源动态管理系统，实现了施工过程的工程量动态查询，人、材、机等施工资源的动态管理。EPM-4D施工资源信息模型包含大量信息，不仅包括工程构件的批次、规格等信息，还包括构件的工程量信息(如钢筋用量、混凝土用量等)，节段梁钢筋工程量如图8所示。利用创建好的BIM模型，直接可以进行对应工程量的提取。同时在施工资源信息模型中，通过建立进度计划与资源之间的关联，可以动态查询和计算各施工节段资源的实际及计划用量，方便施工单位在其他信息的改变(如设计变更、进度变更)时，能快速计算和调整施工资源，及时进行对比，掌握整个工程或任意时间节段的工程量和成本情况，节段梁成本曲线如图9所示。

图9 成本曲线图

3 结束语

与传统节段拼装梁施工技术相比，采用BIM技术进行节段箱梁施工具有以下特点：

(1)改变传统以二维图纸为施工信息传递依据的模式，建立三维信息模型，利用模型的三维可视化、动态漫游、工程量精确计算、虚拟施工等技术提高节段拼装梁的施工效率，降低资源浪费，有效的控制成本，增加经济效益。

(2)利用BIM的三维模型可以预测施工中存在的问题，提前解决，节省时间，提高效率；利用BIM的碰撞检查和虚拟施工，可以解决节段拼装梁设计中存在的结构碰撞和施工过程中的各种碰撞，优化设计和施工组织安排，利用模型指导施工，这是传统施工技术无法做到的。

(3)首次利用基于BIM技术的EPM-4D资源管理系统，实现资源的4D动态管理，减少了施工过程中的资源冲突和浪费，提高了施工效率和资源利用率。

通过宝兰客运专线的实际应用，客运专线简支梁节段拼装施工BIM技术应用已经成熟，适用于各等级公路、高速铁路节段拼装梁的工程施工，尤其对于高速铁路的节段拼装梁施工具有广阔的推广应用前景。

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Application of BIM Technology in Segmental Beams

ZHANG Zhenxing

(China Railway No.3 Engineering Group Co., Ltd., Taiyuan 030001, China)

Sanyangchuan Weihe No. 2 super major bridge of Baoji-Lanzhou passenger dedicated crosses the river and many of the roads with structure of 48 m Segmental beams span. In order to achieve the factorial and information constructions and delicacy management, to resolve the problems of segmental beams, like tight schedule， complex process , too many segments and precision craft， BIM technology is introduced and BIM three-dimensional information model is established. Through the applications of three-dimensional design disclosure, construction process simulation, in-depth design and optimization of process and dynamic management of resource, efficiency of core processes are greatly improved, such as reinforcement binding, concrete pouring and segmental beams erection, the quality, cost, schedule and other key factors are controlled and good economic and social benefits are achieved. Sanyangchuan Weihe No.2 Bridge is the first one in China by use of BIM technology for 48 m segmental beams, which provides technical references for the future constructions of railway bridges, in particular the information constructions of segmental beams.

BIM technology； Segmental beams； Process simulation； Resource management

2016-03-16

张振兴(1964-)，男，高级工程师。

1674—8247(2016)04—0089—04

U445.4

A