谈BIM技术在高速公路桥梁施工中的应用

李忠义　赵更新

(中铁三局集团第三工程有限公司，山西 太原　030000)

0　引言

近年来，工程建设领域的信息化有较快的发展。发达国家对BIM技术理论研究开展了几十年，目前已在工程建设各领域有成功的应用实践。但BIM技术现在还是不成熟的技术，国内外对其研究了几十年，但距离其成熟应用还有很长的路。

目前，大型桥梁工程项目的设计通常还是依靠传统的二维图纸，并通过合图来分析设计中存在的冲突；施工规则主要依靠项目管理人员的经验来制定和实施，且同样是采用二维图纸来表现。然而，由于桥梁工程自身的特点，以及设计复杂，构件繁多，仅依靠传统的二维图纸很难提前检测或发现设计中存在的冲突问题；这些冲突问题通常在施工阶段才能发现，从而影响了施工进度和成本，也将影响施工安全。与此同时，为了解决出现的工程施工问题，不得不配置更多的人员，导致管理成本的增加。桥梁作为一种常见而又特殊的结构，其在施工阶段主要体现在结构复杂、构造异型、施工风险大、施工工艺复杂、施工机具多、施工质量要求高等。因此，保证桥梁工程设计的可建造性与施工方案的可行性对桥梁工程的高效实施是十分重要的。

1　BIM技术在芝河大桥的施工应用特点

1)采用BIM技术中三维技术交底解决了施工过程中技术交底下达不准确的问题。

2)采用BIM技术中辅助测量放样的技术解决了测量时对任意所需坐标的提取，进行坐标复核或放样，提高测量人员的工作效率。

3)采用BIM技术中模块碰撞检查解决了桥梁施工中各部分结构是否干涉的问题。

4)对整体桥梁施工进行实时监控，做到进度实时管理。

5)有效解决芝河大桥跨河道、跨省道高速公路桥梁墩台施工，提前在BIM中组织预演施工，避免了许多施工中的安全隐患。

2　工艺原理

针对高速公路斜交桥梁跨越既有省道、既有河流，施工中具有较大的技术难度、存在较大安全隐患，通过运用BIM技术切实指导高速公路桥梁施工，提前建立BIM施工模型，将构筑物及其施工现场3D模型与施工进度链接，并与施工资源、安全质量、场地布置、成本变化等信息集成一体，实现基于BIM的施工进度、人力、材料、设备、成本、场地布置等的动态集成管理及施工过程可视化模拟。规避了许多施工中跨越河流、既有线的施工风险，并大大降低了斜交桥梁施工的技术难度控制。

3　施工操作要点

3.1　BIM技术在芝河大桥施工准备阶段的应用

1)建模。

根据掌握的芝河大桥附近的原设计1∶2 000图纸，实时进行输入建模，建立的三维地质模型应能满足后期BIM应用的需要；采用真实的桥梁施工坐标建模，一方面提高了模型精度，另一方面通过查询模型坐标可以直接用来指导施工；建立一个符合施工工艺的模型，对后续模型在施工阶段的应用将起到决定性作用，进度的跟进，质量安全问题的追踪都将更加精确。

2)审图。

基于BIM的图纸会审会发现传统二维图纸会审所难以发现的许多问题，传统的图纸会审都是在二维图纸中进行图纸审查，难以发现空间上的问题，基于BIM的图纸会审是在三维模型中进行的，各工程构件之间的空间关系一目了然，通过软件的碰撞检查功能进行检查，可以很直观地发现图纸不合理的地方。

3)放样坐标的查询。

桥梁整体采用实际坐标进行建模后，作为可以指导施工的信息模型，具备精确的坐标信息，保持与现场施工数据的一致性，可直接为施工现场提供数据来源。根据项目测量需求，可以随时提取所需部位的坐标信息，可以保证测量放样精确度，并提高工作效率。

4)三维技术交底。

在施工单项工程前，集中相关责任技术员、对应劳务人员等，采用将BIM三维模型投放于大屏幕的方式进行技术交底工作。BIM三维模型可以可视化预演施工中的重点、难点和工艺复杂的施工区域，多角度、全方位地查看模型。这样做，不仅能够提高交底工作的效率，还便于工人和非本专业人员理解相关的工作内容。

5)基于BIM的三维算量。

工程量复核是工作量最大、最繁琐的一项工作，对于施工单位来说，从进场后的工程量复核来确定0号清单,到施工过程中的材料计划、施工队伍的对下验工等，对工程量的精确性要求直接关系项目成本。BIM建模时，进行详细的图纸审核，建立实时3D模型后，在后期的施工过程中，可以随着BIM模型精细程度变化，随时进行工程量的计算。

6)施工进度管理。

基于BIM建立的三维模型，增加时间元素，提前根据施工工艺和施工计划，进行可视化的施工进度动态追踪。随时对比现场施工进度和施工计划，对施工进度滞后的提前预警，通过BIM技术，我们可以更加直观地对施工进度进行可视化管理，并且通过与现场实际进度的对比，我们可以观察出施工计划是否滞后，从而对现场的人员、机械、材料等合理化的调整以保证施工快速有效地进行。

3.2　基于BIM技术组织进行的芝河大桥桥梁墩台施工

1)普通墩台施工。

基础为灌注桩采用冲击钻机钻孔结合人工挖孔桩施工，吊车吊装钢筋笼，混凝土灌注施工；系梁、承台采用明挖法施工；下部结构墩台身采用整体式钢模板翻模施工，按设计尺寸分块制作、组拼，模板拉杆全部采用外置式的常规方法施工。

2)跨河段桥梁墩台施工。

芝河位于芝河大桥5号墩与6号墩之间，由于水流大，桩基采用旋挖钻施工。在河道内精准放样后，用沙袋堆码简易围堰，使用砂砾反填，修筑钻机作业平台，在作业平台上采用2.4 m×1.2 m×3 cm钢板进行满铺，分散旋挖钻自重荷载，防止旋挖钻在钻进过程中发生倾斜、沉降。在旋挖钻施工过程中用两台汽车拉走旋挖钻钻出来的泥浆，碎渣，以保护河道及河流生态环境。而5号、6号墩的施工难点在于承台施工，离河道较近，所以承台基坑均较深嵌入岩石层，基坑开挖后，周围都有水渗入基坑。承台施工需要先平整场地，然后测量人员利用BIM技术快速得出承台坐标，并放出基坑按1∶0.5放坡后的基坑边缘线，挖土机司机按照边缘线挖基坑，注意挖出的坡度要平缓，在承台施工作业时，用水泵持续将基坑内水抽走，随时观察基坑是否有塌陷现象。

3.3　芝河大桥跨省道段桥梁墩台施工

1)跨省道段防护方案。

在S248省路面及路肩上搭设支架，采用工字钢架空，形成一个10 m宽，不小于6.0 m高的通道，通道两侧长于桥梁施工投影区10 m，防止坠物因风力改变坠落点使防护棚失去作用。防护棚顶部为工字钢上铺设一层3 mm钢板，钢板上部用方木垫起，顶层加设一层竹架板做缓冲层，防止坠物直接落在钢板上击穿钢板。防护棚架立柱基础采用1.0 m×1.0 m条形混凝土基础，支架采用529 mm钢管立柱，支架上部纵横向架设32a工字钢，32a工字钢上铺设钢板及竹架板。防护支架下净空不小于6.0 m。为防止坠物滚落至路面，防护支架顶面设置1.8 m高护栏，与最外侧工字钢焊为整体，顶部用钢管作为扶手，外侧挂封闭网。护栏底部设置30 cm高挡脚板。

2)施工时省道保通措施方案。

S328省道为临汾市永和县交通干道，是从隰县、石楼进出永和县城的必经之路，经过与永和县交通局、公路局协调，在架梁时，对省道进行限时封路，其余常规作业时间范围，对省道务必保通。保通范围以芝河大桥及两侧工地施工影响S248省道交通段落范围。

3.4　基于BIM技术组织进行的芝河大桥斜交120°40 m T梁施工

1)芝河大桥斜交120°40 m T梁预制施工。

芝河大桥设计为斜交120°40 m T梁，斜交角度较大，相对施工难度较大，主要集中在中隔板、端隔板等模板安拆等方面，施工中，通过增加模板倒角、改进模板结构形式等方面的改进，结合BIM建模验算，保障了斜交40 m T梁预制的顺利进行。钢筋加工采用集中加工，钢筋骨架采用胎模辅助安装，梁板养生采用智能喷淋养生，梁板张拉压浆采用智能张拉压浆循环系统。

2)芝河大桥斜交120°40 m T梁架设施工。

芝河大桥梁板设计为斜交120°40 m T梁，架梁时，需提前筹划，架梁前，提前在BIM中进行推演，并按照设计斜交角度，提前放样架桥机轨道角度，按照既定角度进行拼装，架梁时，架桥机按照拼装好的角度，斜向推进、过跨等，有效保证了架梁的顺利进行。

3)在梁板预制施工中，通过BIM建模进行钢筋、圆锚波纹管碰撞检测，联合设计院，探索性的使用圆锚负弯矩张拉技术，以解决传统扁波纹管负弯矩施工时，非常容易产生变位或者变形，致使负弯矩钢绞线穿不进去，在梁顶板上开膛破肚的问题。

4　结语

近年来，随着高速公路的建设，在山区需要建设大量的桥梁来保证道路畅通，建设大型桥梁的过程中，遇到的问题较为复杂，需要研发新的技术来缩短工期、提高施工质量，保证施工安全，BIM技术因其经济投入少、科技含量高等原因而越来越受推广，未来的高速公路桥梁施工中，将不仅仅使用在复杂结构的构造物中，会成为工程施工中必需的技术而推广。