基于BIM的变截面桥体可视化施工技术应用研究

刘建伟(中交二公局第六工程有限公司，陕西西安 710075)

基于BIM的变截面桥体可视化施工技术应用研究

刘建伟
(中交二公局第六工程有限公司，陕西西安 710075)

随着现代三维模拟技术的不断发展，越来越多的模拟模型被运用到土木建设工程。BIM具有强大的可视化与信息集成的特点，逐渐成为桥梁建设中的重要工具。将BIM运用在变截面桥体可视化施工技术中，能提升对桥梁工程结构构件与施工临时构件的把握，从而有效保证桥梁建筑的施工质量。本文以武汉某条桥体建设工程为例，详细阐述了BIM在变截面桥体可视化施工技术的应用。

BIM；变截面桥体可视化；施工技术

引言

现如今对于桥梁的施工要求越来越高，其设计形状、负荷强度相较于过去都有了很大的变化。变截面桥体施工技术也变得越来越发复杂，传统的施工技术根本无法完成其要求。BIM又称为建筑信息模型，是将所需要的建筑工程中的各项相关数据信息作为基础的模型。运用BIM能是变截面桥体在可视化的情况下施工，有效提升了对施工质量的把控，减少了返工量，提升整个工程的工作效率。

1.BIM的特点

1.1 可视化

可视化技术对于桥梁建筑行业的作用是非常大的，它能将纸上的设计图通过三维立体模拟技术直观的展现人们眼前，不需要工作人员发挥自己的想象力去帮助理解。BIM不只是提供了一种“可视化”的角度，并即将桥体间构件形成互动性和反馈性也直观的体现出来，让整个施工的方案设计、技术选择都有一个有利的依据支持。

1.2 协调性

BIM的协调性主要体现在对各种专业碰撞问题协调。桥体建筑是一项系统的、涉及专业广泛的过程。在施工方案设计过程中，设计师因为种种原因没有办法进行详细的沟通，对方案中所存在的问题也可以一时没有觉察，待到施工时才发现。这时无论是修改方案，还是调整施工设计，都是一项不小的工程。BIM就完成能够避免此类状况。在施工方案设计之初，运用BIM建筑信息模型，可以对各专业的碰撞问题进行协调，生成协调数据，供各专业设计师参考。

1.3 模拟性

模拟性可以说是BIM最基本、也最为显著的特点。BIM可以根据施工的组织设计要求模拟出实际施工的过程，从而更为合理的指导施工方案的设计。并运用其5D模拟系统，实现建筑成本的合理控制与后期紧急情况疏散。

1.4 优化性

整个设计、施工与运营的过程可以看作是一个不断优化的过程。BIM能提供桥梁建筑优化前与优化后的实际数据，让相关人员能有效把握整个施工计划设计优化的方向。BIM的优化型主要体现在两个方面，一是对项目方案的整体优化；一是对建筑中的特殊部分优化。

2.BIM在桥体施工中的应用的优势

2.1 提升关键施工技术的把控

BIM的3D技术能直观、生动的模拟桥体施工过程，其是复杂的施工程序与特使的施工技术。不同于传统平面的施工设计图纸，BIM的图纸能直接用于现场施工指导，且易于接受理解，使整个施工更加顺利。BIM图纸能从多个角度展现施工内容与工序，并且与实际施工环境有着高度的统一。大幅度降低或避免施工人员对图纸误读的几率，减少了不必要的返工工作。

预应力钢筋的排布合理是影响整个桥梁工程质量的关键所在。BIM能在施工前就对钢筋、波管与预应力钢筋的排布进行高效的模拟，并通过实验模拟对其进行检查，并优化其排布方式[1]。加大了对预应力的质量把控，大幅度提升了工程的质量效果。而孔洞预留、净距离检查与特殊位置模板、手脚架放置方案这些繁琐、复杂又对施工影响有着重要影响的程序，都可以通过BIM来进行高度模拟并找到最优解决方案。

2.2 有效缩短施工的进度

梁桥施工是是一项系统的、动态化的过程。因施工过程复杂、施工程序繁琐，因此其施工工期常，且长期占用城市空间，对周边的影响较大。传统的平面施工图纸无法将施工技术、过程可视化，致使整体的施工管理低下，无法进行有效的进度管理。BIM模型运用现代先进的多维模拟技术，从多个视角模拟在现了施工过程与工序，在施工前就协调了各专业之间的矛盾，让整个施工变得清晰直观。及时的发现施工中存在的隐患及可能出现的问题，在施工前就对其进行有效的修改，避免了后期的返修，优化了整个施工流程，提升施工的整体管理度，有效缩短的工期。

2.3 优化施工现场布置

桥梁工程一般都是位于交通要塞或城市中心地段，施工场地有限，且对周围影响大。因此合理的布置施工现场，能最大限度的降低对周围环境的影响，提升对施工现场的利用率。传统的平面设计图纸只能大致标出施工周围的环境与施工现场，无法对施工现场进行详细全面的描绘。BIM模型能模拟出施工现场布置后的情况，通过其多维视觉的模拟管理技术，能有效的进行动态管理，实现优化施工现场布置的目的。

其中最为重要的是对施工材料堆放与机械进出的路线安排。施工材料堆放位置的是否合理直接决定了其二次搬运的效果。当施工材料堆放过少，就会拖长施工工期，导致施工无法正常进行；若堆放材料过多，就会占用过程的施工现场，致使本就不够充裕的施工场地变得更加拥挤、杂乱；若施工材料堆放的位置不合理，就需要进行二次搬运或多次搬运，如此就增加了整体的施工成本[2]。而机械基础的路线不合理也会对正常施工产生一定的影响。应该用的机械不到位，或由于路线问题导致需要二次移动，期间也会才生不必要的施工成本。

3.BIM在变截面桥体可视化施工中的应用

3.1 工程概况

该桥梁位于武汉市黄埔街与金桥大道段，全长围为250米，主跨长为142米，边跨分为两部分，一部分长42米，一部分长80米，该桥为独塔双索斜拉桥。主桥梁采用双边箱梁截面，主梁为变截面，左幅主梁宽宽度不变，但右幅主梁宽度发生线性变化。桥面的标准宽度为40.0米，变宽度有39米渐变为49.99米，梁高为3.9米。主跨跨越12股铁路线，每股铁路线共分为21各节段；塔梁固结段主要采用支架浇筑法与挂篮悬臂浇筑法。

3.2 可视化施工模型的建立

本工程所使用的BIM软件系统为“Autodesk Revit”、“Navisworks”等国内最常使用的软件[3]。这两款然间都能够构建非常复杂的建筑模型。根据软件需求，我们将每一个建筑构件都看做是软件所需要的“族”，并摄入相应的参数变化加载如项目文件中，让系统自动构建出各个构建的空间关系与平面坐标位置。以同样的方式建立施工模型。如此便可以构建出所需要的施工模型与建筑模型了。

3.3 可视化施工子模型的建立

整体的施工模型建立后，就需要以此为基础，输入相关的数据以构建个个施工的子模型。按照软件建立模型的要求，钢筋模型必须建立在钢筋混凝土模型上面，因此只有在斜拉桥的各个缓凝土构建都建模之后才能建立起钢筋模型。根据对工程概况分析，，可以了解到需要建立以下施工模型：

（1）场地模型：输入该桥梁的具体位置与斜拉桥的52号墩、5352号墩、5452号墩与52号墩。

（2）结构模型：①群桩承台：将各钻孔桩、桩基的根数、长度与直径全部输入系统，系统就会建立一个群桩承台的参数，这个参数会直观的现实灌注桩的根数、桩直径、长度与承台的尺寸，并根据这些数据自动绘制相关的三维图像。工程人员可以根据这些图像计算出所需要的建设工人、材料、机械与大致的施工时间[4]。②墩柱与主塔：该桥梁工程中有三个边墩柱，所以只需要建立一个墩柱群，在其下面设立三个不同类型即可。数据三个边墩柱的实际参数，如高度、直径便可以了。如相关的参数发生改变，BIM的参数也会自动改变。③箱梁：该桥梁工程是采用双边箱梁的形式，且箱梁的宽度呈线性变化。因为只是其主梁右幅截面宽度发生变化，因此其中两个边箱的宽度不会发生变化[5]。简化建立变截面箱梁的建族，忽略箱梁定的双向横坡。在建立有箱梁模型是将一节箱梁分为左右两幅，分别建族[6]。之后只需要输入实际的数据便可。④拉索模型：因拉索是用专门的厂家直接生产，故可以不用建立非常精细的模型，其建立方式也是通过建族，输入拉索的长度及具体坐标即可[7]。当其中某一个拉索的参数发生变化，只需要之间移动该拉索，并修改相关的数据参数即可。

（3）钢筋模型：在施工土著的基础上，运用建群及输入参数的方式分别建立了灌注桩、承台、墩柱、箱梁、箱梁与预应力管道的钢筋模型，需要注意的是，变截面箱梁钢筋与预应力感到的钢筋模型要运用常规模型族的建立方式建立。该模型主要用于建设所需的钢量计算，并对钢筋材料下料进行指导，为之后的施工模拟与设计方案提供有力的支持。

结论

经BIM运用在变截面桥体可视化施工技术中，能直观的从多个视角感受施工过程与施工技术，提升对施工质量的把控，有效的缩短工期，降低整个工程的建设成本。BIM采用的多维视觉直观生动的模型了施工过程，优化了施工方案与设计，这是传统的平面设计图所不能比拟的。随着BIM不断的深入发展，其将成为现代桥梁建设中最为不可获取的重要工具。

[1]刘火生,张燕云,杨振钦,江宇冠. 基于BIM技术的施工现场的可视化应用[J].施工技术,2013,S1:507-508.

[2]康小军,赵潇,韩彬彬. BIM技术在城市综合体中的实践应用[J]. 建筑设计管理,2015,12:74-78.

[3]曾绍武,张学钢,张林,李季晖,王安东. 预应力连续刚构桥梁BIM精细化建模实例[J]. 铁道标准设计,2016,02:71-77.

[4]马建,孙守增,赵文义,王磊,马勇,刘辉,张伟伟,陈红燕,陈磊,魏雅雯,叶飞. 中国隧道工程学术研究综述.2015[J]. 中国公路学报,2015,05:1-65.

[5]龙腾,唐红,吴念,袁凤英. BIM 技术在武汉某高架桥工程施工中的应用研究[J].施工技术,2014,03:80-83.

[6]龙俊贤.黄浦大街—金桥大道快速通道工程跨京广铁路变宽度斜拉桥设计[J].铁道标准设计,2011,07:81-85.

[7]杜伸云.合肥新桥机场斜跨拱桥锚箱深化设计制作及 BIM 关键应用[J].土木建筑工程信息技术, 2012, 01:82-86.

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1007-6344（2016）04-0052-02