BIM技术在京张铁路转体连续梁桥施工中的应用

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600）

近年来，随着BIM技术基本理论和应用实践的大力推广，BIM技术在桥梁施工中的应用已越来越广泛。BIM全称是建筑信息模型，它是指在计算机中建立参数化、数字化的信息模型来模拟真实建筑物或构筑物所具有的全部真实信息，是对工程项目各种相关信息的详细表达。在桥梁工程施工阶段应用BIM技术可达到建立资源计划、控制资金风险、降低施工成本和提高施工效率的目的。

1 工程概况

新建北京至张家口铁路是京津冀一体化建设的重点工程，是我国举办2022年冬奥会的快速通道。京张铁路新保安高架特大桥转体连续梁设计为一联（40＋56＋40)m预应力混凝土桥，该桥跨越京包双线铁路，与既有铁路交角55°，桥梁基础采用桩基础，桥墩为圆端型实体墩，上截面为变截面单箱单室结构，在370#、371#主墩顶设置转动球铰，主梁在平行于京包铁路两侧采用悬臂灌注法施工，浇筑完成后形成2个54m、重量分别为2 600t的T构，通过采用墩顶转体法转体55°实现合龙。

2 采用BIM技术原因分析

该转体桥是国内时速350km高速铁路第一座采用墩顶转体的连续梁，靠近临近既有线施工，采用墩顶转体施工难度较大，施工危险性系数较高。

采用BIM技术可提前模拟连续梁桥现场施工，分析施工危险源，提高施工安全性；同时，还可精确提取材料消耗量、三维可视化技术交底、三维设计出图，提高项目精细化管理水平，加快工程施工速度，降低工程施工成本。

3 BIM技术在施工阶段的应用

3.1 关键构件精细化建模

球铰是转体桥的核心构件，在工程施工中球铰安装顶面任两点高差不能大于1mm，中心纵横向误差不能大于1mm，施工安装精度要求较高。为确保球铰安装精度，在施工阶段，利用Revit对球铰构件进行精细化建模(图1），通过利用1∶1的精细化模型，对工人进行三维可视化技术交底，确保球铰施工质量满足施工要求。同时，为确保挂篮安装顺利，提高挂篮安装速度，对菱形挂篮进行精细化建模（图2），并对模型进行拆分，对施工人员进行安装顺序说明，有效确保挂篮安装质量，提高挂篮安装速度。

图1 球铰三维立体可视化模型

图2 挂篮精细化模型

3.2 材料工程量统计

新建京张铁路转体连续梁桥的计价模式为工程量清单计价，且均采用综合单价形式。材料种类繁多，数量庞大，常规管理较困难。利用BIM技术材料工程量统计功能，在桥梁施工阶段，分别对桥梁的钢筋、钢绞线、混凝土总量和阶段性材料消耗量进行统计，以工程总量作为现场施工材料采购的控制指标，有效控制材料浪费，降低工程施工成本，为实现物资材料精细化管理提供依据。

3.3 BIM可视化技术交底应用

BIM在可视化施工方面的应用主要表现在：利用3D模型展示建筑工程实体构件。新建京张铁路通过利用施工图纸+可视化模型技术、BIM模型与移动设备结合、BIM模型+施工工艺文档(图3），以3D实体模型对施工人员进行技术交底，使管理人员和作业工人深刻领悟设计意图，掌握施工方法，从而避免因理解错误造成的返工现象，大大提高了工程交底效率。

图3 三维可视化技术交底

3.4 施工方案比选

京张铁路转体连续梁桥0#块支架可选择满堂支架（图4）和预埋牛腿临时支架（图5）两种施工方法，针对转体桥0#块支架施工，提前利用BIM技术对满堂脚手架和预埋牛腿临时支架两种施工方案进行对比模拟分析，通过BIM技术对两种不同施工方案的动态模拟，综合分析两种不同施工方案材料消耗量（由BIM直接导出）、工程施工成本，最终确定连续梁0#块采用预埋牛腿临时支架施工较合理。度，建立球铰转盘、上下球铰等参数模型，对球铰安装进行施工动态模拟，保证施工质量和进度（图 6）。

图4 满堂脚手架施工

图5 墩身预埋牛腿支架施工

图6 球铰安装施工动画模拟图

3.5 BIM施工模拟

BIM技术可进行3D、4D虚拟施工模拟，新建京张铁路转体桥采用BIM技术，首先对项目的重难点关键施工工序，主要包括球铰安装工艺、挂篮安装施工工艺、转体连续梁桥0#块支架施工工序、边跨及中跨现浇段施工工序进行了细致的动态模拟；其次将桥梁整合模型与工期进度时间结合，实现了基于时间维度的四维虚拟施工模拟，通过模拟达到了合理配置资源，及时了解施工进度的目的。

3.5.1 转体桥核心构件—球铰安装施工模拟

转动球铰是转体桥核心构件，球铰安装精度要求顶面任两点高差不能大于1mm，中心纵横向误差不能大于1mm，施工安装精度要求较高。为了使施工作业人员明确施工流程、保证施工精

3.5.2 挂篮安装施工工艺模拟

挂篮安装风险性系数较高，为提高挂篮安装速度，确保现场施工安全，利用BIM技术预先对挂篮三维立体拼装进行演示，并详细分析挂篮各部位型钢参数、梁柱节点加固方式，使现场施工人员明确安装注意事项，确保施工安全。

3.5.3 转体连续梁桥0#块支架施工模拟

在建立0#块支架模型的基础上，重点对支架的安装过程进行动态施工模拟（图7），通过模拟演示使施工人员充分理解支架施工过程和质量卡控点，确保临时支架施工质量。

3.5.4 边跨及中跨现浇段施工动态模拟

为细化、规范边跨及中跨现浇段施工，重点对边跨及中跨合龙段施工进行三维动态模拟演示（图8），提高了边跨及中跨工程施工质量。

图7 转体连续梁桥0#块支架施工模拟

图8 边跨及中跨现浇段施工动态模拟

3.5.5 4D施工进度控制与分析

结合项目实际工期安排，通过BIM进度模型，综合评估施工进度情况，使项目管理人员及时发现施工滞后问题，及时采取措施，进行纠偏调整。

3.6 碰撞检查

碰撞检查是BIM技术的关键应用点之一，结合建立的三维模型和项目的实际需要进行设计碰撞检查，碰撞检测包括整体桥梁的检测和部分构件间的检测，通过检查发现0#梁段腹板与转体反力墩存在碰撞冲突，同时，利用Navisworks软件对钢筋及钢绞线模型进行碰撞检查并生成碰撞报告，通过提前发现碰撞点，合理调整钢筋及钢绞线安装位置，避免后期返工。

4 应用效果

京张铁路转体桥项目，通过应用BIM技术排除了95%的图纸错误，避免了90%的返工，提高了10%的施工进度，减少了人、材、物的浪费，工程施工质量、安全管理水平显著提高，大幅提升了公司精细化管理水平，节约成本约50万元。同时，依托BIM技术顺利实现了国内时速350km高速铁路第一座采用墩顶转体连续梁桥的顺利合龙，极大地树立了公司的外部形象，取得了良好的经济和社会效益。

5 结 语

BIM技术是建筑施工行业中的一种新型信息化施工技术，应用BIM技术可指导工程施工，提高工程施工质量，加快工程施工速度，提升项目精细化管理水平，为项目带来良好的经济效益。为充分发挥BIM技术指导施工的目的，在BIM技术应用前期需确保模型的精细度，以免后期相关功能应用时需重新建立模型，影响应用效果。BIM建模软件Revit在房建、地铁方面功能强大，但对于拥有异形结构的复杂桥梁，建模难度较大，为发挥BIM技术指导复杂桥梁施工的目的，还需进一步优化BIM相关软件功能，提高软件适用范围。

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