BIM技术在钢桁架加劲PC连续箱梁桥中的应用研究

朱奕蓓 程耀东 朱志峰

(1.兰州交通大学 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室，甘肃 兰州 730070； 2.陇南师范高等专科学校，甘肃 陇南 742500)

BIM技术在钢桁架加劲PC连续箱梁桥中的应用研究

朱奕蓓1程耀东1朱志峰2

(1.兰州交通大学 甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室，甘肃 兰州 730070； 2.陇南师范高等专科学校，甘肃 陇南 742500)

简述了BIM的含义和特点，分析了BIM技术在桥梁工程中的应用优势，利用Autodesk Revit软件，对桥梁结构进行了三维仿真模拟，并在Navisworks软件分析平台下模拟了施工过程，为该类桥梁结构提供三维可视化模型和4D施工过程模拟的新展示理念。

BIM技术，箱形连续梁桥，可视化，施工过程

0 引言

近几年建筑工程中热门技术建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)，它以三维信息模型为基础，涵盖了整个建设项目从设计、建设、运营到后期维护的整个生命周期。自2002年以来在建筑行业取得不错的成绩后，有关部门开始尝试将它应用到桥梁工程的各个生命周期中。利用BIM技术进行可视化三维仿真建模，精细化施工过程模拟，以便施工人员合理安排施工进度，减少返工，避免大量的资源和材料浪费，从而达到绿色环保的施工目的[1]。

1 工程实施难点

该主桥结构类型为变截面连续箱梁直线桥结构，主梁跨越下部河面。施工过程中，一方面要保证下部河面交通顺畅，防止施工机具掉落，加强现场的施工安全措施。另一方面，梁体内钢筋、管道密集，钢绞线管道与普通钢筋时常会出现碰撞冲突问题。

利用BIM的事前模拟技术，在工程项目实际开工以前，基于虚拟环境模拟、分析与检测施工方案的可行性，发现问题，调整方案，解决问题，避免施工过程中出现不必要硬碰撞与间歇碰撞，从而获得一个合理的施工方案。

2 BIM模型的建立

桥梁工程作为一种施工环境恶劣，结构复杂、施工工序繁多的特殊交通工程，传统的辅助绘图工具AutoCAD软件，仅依靠点、线组成二维平面图纸，已经很难满足如今结构形式复杂多变的桥梁工程[2]。利用Autodesk Revit软件平台，预先定义控制尺寸和角度参数，让它与设计对象相对应，并将其与相关几何约束相关联，将模型的各个零部件设置相对应的材料特性和属性特征相匹配，通过对参数的修改，实现对整体模型的自动修改，达到设计信息变更的统一性和有效性。从而完成桥梁的三维建模的工作，将复杂的空间几何关系直观展示，使有关人员更加直观、全面地了解结构的各部分构件特征，有利于各阶段工作的顺利进行[3]。

依托桥梁结构二维设计图纸，首先在 Revit平台下，基于一个可定义的三维空间里，建立几何尺寸、位置关系、材料属性参数标签(图1为桥墩的参数标签)。分析通过软件平台自有的“拉伸”“放样”“旋转”“融合”“放样融合”等功能命令，配合使用“前”“后”“左”“右”四个立面和各立面标高[4]，建立各个构件三维模型，如桥墩(见图2)、桥台、主梁、附属等。再利用预先设置的位置参数将这些零部件在总项目中组合起来，形成一个整体的三维模型框架，见图3。将传统的二维平面展示转化为全方位的三维实体展示，方便有关人员了解该桥梁工程的造型、空间规模、结构特征，协助二维图纸进行技术交底。

3 施工过程模拟

桥梁施工过程是一个系统工程，施工过程中需要统一考虑设备、人员、物料的管理，施工现场材料的堆放和机械设备的布置，施工过程中交通拥堵下的疏导等问题，在传统的施工过程中，此类问题只能依赖于理论的施工组织设计和施工方案来解决。而利用BIM的4D(3D模型与时间轴结合)模拟技术[5]，在计算机提供的三维虚拟环境的基础上，对施工过程进行可视化、数字化的模拟与分析，虚拟展示真实的施工场景。在项目建设以前，提前选择科学的施工组织计划，动态模拟各个阶段的施工过程，控制整个施工进度[6]。

该项目主要控制梁体施工和钢桁架设两个方面。利用Navisworks软件分析平台里的Timeliner功能，采用“先梁后桁”的施工方法。利用BIM的事前模拟技术，模拟该施工过程，提前选择合理的施工方案，避免不必要的施工资源冲突和浪费，减少返工。

3.1 桥墩施工阶段模拟

桥墩施工过程模拟顺序：基础施工→绑扎墩身钢筋→立模板→灌注墩身混凝土→混凝土养护→拆模。

3.2 主梁施工阶段模拟

箱梁施工过程模拟须按照相应施工图的步骤进行，在梁体施工中除0号梁段及边跨采用支架现浇施工外，其余梁段均采用挂篮悬灌的方法施工。利用BIM技术要对底部托架的搭设、挂篮的移动、各梁段的浇筑、支座的安装以及穿筋工艺进行模拟等。

1)挂篮拼装。

在1号块的基础上，完成挂篮的拼装。基于BIM技术的施工过程模拟顺序：将前支腿吊放在滑道上并焊接前支腿与前支座横梁→吊放后支腿及后挂系→安装菱形架→吊放后上横梁及前上横梁→安装菱形架、平联→锚固体系→安装前后吊带。图4为挂篮的施工工艺模拟。

2)悬臂段施工工序模拟。

悬臂段施工必须一次性浇筑完成，在浇筑和挂篮移动阶段，保证对称平衡施工。BIM技术的施工过程模拟顺序：挂篮前移就位→安装底模→安装底板及腹板钢筋→安装侧模、顶板及腹板内预留孔道→浇筑混凝土→检查并清洁预留孔道→混凝土养护→穿钢绞线→张拉预应力钢筋→管道压浆。

3)合龙段施工工序模拟。

当悬臂段及边跨现浇直线段模拟完成以后，就可进行合龙段的施工过程模拟。合龙过程的模拟顺序：边跨合龙→解除临时固结支墩→中跨合龙。

3.3 上部钢桁架施工工序模拟

连续梁合龙体系的施工过程模拟完成之后，进行上部钢桁架

搭设过程的模拟：梁上搭设钢桁支架后安装钢桁杆件。其中钢桁架采用预制吊装在支架上进行组拼并用螺栓连接。本桥上节点采用焊接整体节点，单元板之间的焊缝均在相应的专业钢结构工厂施焊完成。图5为上部钢桁架搭设工序模拟情况。

4 结语

BIM技术在桥梁建设方面的应用不仅限于三维建模和施工过程模拟方面，它贯穿于整个桥梁建设的生命周期之中，它的优势：

1)桥梁工程结构复杂，构件繁多，以AutoCAD为基础的平面图往往无法直观表达复杂构件、展现结构的所有特性，而三维模型的出现改善了以往通过二维图纸实现文件交付的主要方式，将抽象的平面图纸以形象生动的三维表现形式展现在有关人员面前；

2)桥梁结构的设计过程中经常出现设计变更的情况，伴随设计图纸的改变，而出现的后续相关属性的重复性设置、修改问题时有发生。利用BIM技术的参数化设计的特点，只需对相应参数进行修改，就能够实现对桥梁整体结构的自动修改；

3)模拟施工过程，提前统筹规划，进行施工过程的进度模拟，事前发现施工中可能存在的问题，事前解决，并选择最佳的施工方案，避免返工，减少不必要的浪费[7]。

[1] 刘延宏.BIM技术在铁路桥梁建设中的应用[J].铁路技术创新,2015(3):106-108.

[2] 邹 阳.桥梁信息模型(BrIM)在设计与施工阶段的实施框架研究[D].重庆：重庆交通大学,2014:2-5.

[3] 刘智敏，王 英，孙 静，等.BIM技术在桥梁工程设计阶段的应用研究[J].北京交通大学学报,2015(6):80-84.

[4] Autodesk Asia Pte Ltd. Autodesk Revit 2013 族达人速成[M].上海:同济大学出版社,2013:10-18.

[5] 汪 彬.建筑信息模型(BIM)在桥梁工程中的应用[D].南京:东南大学,2015:14-15.

[6] 杨 光,周 魏,沈佳明.BIM技术在金汇港大桥工程中的应用[J].科技,2014(11):106-107.

The application research on BIM technology in steel truss stiffening PC continuous box girder bridge

Zhu Yibei1Cheng Yaodong1Zhu Zhifeng2

(1.GansuRoadandBridgeandUndergroundEngineeringKeyLaboratory,LanzhouJiaotongUniversity,Lanzhou730070,China; 2.LongnanTeachers’College,Longnan742500,China)

This paper briefly described the definition and characteristics of BIM technology, analyzed the application advantage of BIM technology in bridge construction, using Autodesk Revit software, made 3D analogue simulation to bridge structure, simulated the construction process in Navisworks software, provided 3D visualization model and 4D construction process simulation new exhibition concept for this type of bridge structure.

BIM technology, box continuous girder bridge, visualization, construction process

1009-6825(2017)02-0179-02

2016-11-06

朱奕蓓(1990- )，女，在读硕士； 程耀东(1963- )，男，教授； 朱志峰(1963- )，男，副教授

U448.213

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