基于BIM技术的悬臂浇筑连续梁0号块优化设计研究——以浦梅铁路九龙溪大桥为例

洪军

（赣龙复线铁路有限责任公司 福建龙岩 364000）

引言

近年来随着中国铁路建设的快速发展，由于跨越道路、河谷、城镇需求，特殊结构桥梁比例不断增加。取得辉煌成就的同时，在铁路建设过程中发现混凝土悬臂连续梁0号块施工过程中出现了较多问题，特别在桥梁支座附近问题更为严重，诸如漏筋、混凝土不密实、蜂窝麻面、底板内空洞、混凝土松散离析及保护层大面积脱落等。

通过分析研究，造成悬臂连续梁0号块施工质量问题的主要原因有：①铁路连续梁0号块结构复杂、体积大，施工质量不好控制；②铁路连续梁0号块钢筋及预应力管道较多，尤其是支座附近的钢筋密集、间距小、互相干扰不利于施工；③施工过程中，施工人员经验缺乏、没有严格按照混凝土连续梁悬臂浇筑施工技术指南施工、钢筋绑扎及振捣不到位。

基于以上背景，本文以新建浦（城）梅（州）铁路九龙溪大桥（44+80+44）m连续梁施工为工程案例，运用BIM技术对悬臂浇筑连续梁0号块优化设计展开研究，以期研究成果对类似工程的修建提供一定的借鉴。

1 依托工程概况

新建浦（城）梅（州）铁路九龙溪大桥（44+80+44）m连续梁是为跨越九龙溪而设。连续梁体为单箱单室、变高度、变截面箱梁，梁体全长169.4m，中跨中部18m梁段和边跨端部13.7m梁段为等高梁段，梁高3.3m，中墩处梁高为6.0m，其余梁段梁底下缘按二次抛物变化箱梁顶板宽为7.0m，箱底宽4.0m。全桥顶板厚35cm；底板厚44～65cm，在梁高变化段范围内按抛物线变化，边跨端块处底板厚由44cm渐变至80cm；腹板厚35～70cm，按折线变化，边跨端块处腹板厚由35cm渐变至60cm。梁体在支座处设横隔板，全联共设4道横隔板，横隔板中部设有进人孔。连续梁横断面及纵断面图如图1～2所示。

2 基于模型的信息化管理（BIM）系统

2.1 CATIA软件建模

本次建模采用法国达索公司的开发CATIA软件，本软件采用先进的混合建模技术，做到了真正的交互操作。建立的0号块BIM模型包括混凝土、普通钢筋、纵向及竖向预应力、支座和防落梁预埋件等。

2.2 BIM3D模型管理器模型分析

模型建立完成后，采用自主二次开发的BIM3D模型管理器软件对0号块模型进行测量分析及碰撞检查。找出有干扰的预应力管道、普通钢筋或梁体预埋件进行有针对的设计优化。

2.3 BIM工程管理平台系统

图1 连续梁横断面（单位：cm）

图2 连续梁纵断面图（单位：cm）

项目的进行统一采用自主开发的BIM工程管理平台系统对建模的过程进行管理和运作。该平台可兼容Catia、Revit、Bentley等主流建模软件模型，可在一个系统上跨行业管理铁路、公路、地铁、市政、水利、水电、建筑、机场等项目。

该软件可以应用在项目实施的各个阶段：

（1）工程设计阶段

设计师利用各种BIM设计软件及平台，建立设计BIM模型，快速发现结构碰撞并提前解决。业主、咨询方通过BIM设计管理平台软件在设计过程中参与、掌握、审核、管理BIM设计，得到优化设计成果。

（2）工程实施阶段

通过BIM工程管理平台软件将施工组织设计、工程参数、工艺、经济指标、管理流程等附加给模型，形成用于管理施工的施工BIM模型。业主、监理、咨询、施工单位管理人员及现场操作人员都能够轻松获得工程结构、尺寸数据、技术资料等，开展管理和实施工作。实施过程中，有关进度、质量、安全等信息动态赋予给BIM模型，最终形成具有完整施工过程信息的移交BIM模型。

（3）工程运维阶段

利用BIM工程运维平台进行运营、维护、维修管理。并继续添加运维信息，最终达到工程全生命周期BIM技术应用。

3 九龙溪大桥80m连续梁0号块BIM模型

九龙溪大桥80m连续梁0号块BIM模型包括混凝土、普通钢筋、纵向及竖向预应力、支座和防落梁预埋件等。具体如图3～4所示。

4 连续梁0号块优化设计方案

4.1 优化原则

（1）根据最新颁布的规范和标准图、中铁二院集团公司连续梁支座附近钢筋优化的会议纪要及0号块BIM模型碰撞检查成果对原有设计进行系统性的优化。

（2）连续梁0号块优化成果应满足连续梁本身受力分析的要求，且兼顾考虑现有的施工工艺、方便施工。

（3）连续梁0号块的优化主要考虑减少和避免普通钢筋、预应力钢筋、梁体相关预埋件的干扰碰撞；优化后钢筋主要应方便钢筋安放、焊接及混凝土下料等方面的要求。

图3 总体BIM模型

图4 预应力管道模型

4.2 优化技术措施

（1）减少不必要的普通钢筋及预应力钢筋的设置。

（2）增大钢筋与钢筋间及钢筋网片间的距离。

（3）对于部分受计算控制的钢筋，可增加钢筋直径，从而减少钢筋根数的设置。

（4）优化部分钢筋的大样形式，减少钢筋之间的干扰打架。

4.3 详细优化技术方案

（1）连续梁桥面宽度优化

根据新颁布的通桥（2016）2101，优化连续梁桥面宽度，原设计连续梁桥面宽为7.0m，优化后连续梁桥面宽与简支梁统一为6.6m。优化后不仅节约了混凝土和钢筋使用量，全桥也更统一美观，且方便人行道栏杆及电缆槽的安装和使用。

（2）竖向预应力钢筋优化

取消连续梁0号块范围内的竖向预应力钢筋的布置，如图5所示。

图5 竖向预应力优化

（3）0号块普通钢筋的优化

原设计中普通钢筋间距均采用10cm，优化后普通钢筋水平及竖向间距均采用12.5cm。（受计算控制的钢筋可适当增加钢筋的直径）

（4）0号块横隔板处的钢筋优化

横隔板水平向最外侧钢筋N35采用闭合箍筋，竖向间距和梁体表面钢筋一直采用12.5cm（原设计为10cm）；横隔板的横向钢筋N36采用由闭合钢筋修改为单根联系筋；人洞及人洞以上的钢筋竖向间距由10cm调整为25cm，人洞以下的钢筋竖向间距由10cm调整为12.5cm；横隔板最外侧的竖向钢筋N29、N31、N33钢筋大样由闭合的箍筋调整为半闭合的箍筋；横向间距和梁体表面钢筋一直由原先的10cm调整为12.5cm；横隔板内部的竖向钢筋N30、N32、N34钢筋大样由闭合箍筋修改为单根联系筋；横向间距由原先的10cm调整为25cm，纵向间距由原先的30cm调整为45cm。

（5）支座局部加强钢筋优化

支座局部加强钢筋由原设计的4层钢筋网片调整为3层钢筋网片；钢筋网片水平及竖向间距与箱梁表面钢筋间距保持一直，由原设计的10cm调整为12.5；钢筋直径由原设计12mm调整为16mm；钢筋网的横向水平设置范围由梁底横向全截面加宽调整为按支座上板扩散角范围内设置。

5 连续梁0号块BIM模型碰撞检查

5.1 碰撞检查的原则

利用二次开发的BIM3D管理器对0号块3维模型进行碰撞检查，根据碰撞检查结果调整优化0号块预应力钢筋及普通钢筋的位置。调整原则如下：

（1）当竖向预应力与纵向预应力钢筋冲突时，优先调整竖向预应力钢筋布置。

（2）当预应力钢筋与普通钢筋冲突时，优先调整普通钢筋布置。

（3）当普通钢筋与加强钢筋冲突时，优先调整加强钢筋。

（4）当支座预埋螺栓与普通钢筋冲突时，需调整普通钢筋布置。

（5）当防落梁预埋件与普通钢筋打架时，优先调整普通钢筋布置。

5.2 竖向及纵向预应力碰撞检查

经BIM3D模型检查竖向及纵向预应力钢筋无冲突，如图6所示。

图6 坚向及纵向预应力钢筋无冲突

图7 坚向预应力钢筋与普通钢筋轻微接触

5.3 竖向预应力钢筋与普通钢筋碰撞检查

经BIM3D模型检查竖向预应力钢筋与普通钢筋均为轻微接触，没有明显的干扰现象，施工时适当调整普通钢筋位置即可，如图7所示。

5.4 纵向预应力钢筋与普通钢筋碰撞检查

经BIM3D模型检查纵向预应力钢筋与普通钢筋除个别钢筋外，均为轻微干扰，施工时适当调整普通钢筋位置即可，如图8所示。

5.5 支座预埋螺栓与普通钢筋碰撞检查

根据BIM模型支座预埋螺栓与普通钢筋及加强钢筋有干扰，梁体预埋螺栓处相应取消一根普通钢筋，如图9所示。

图8 纵向预应力钢筋与5号普通钢筋轻微接触

图9 支座预埋螺栓与普通钢筋碰撞检查

5.6 防落梁预埋件与普通钢筋碰撞检查

根据BIM模型防落梁预埋螺栓与普通钢筋存在部分干扰，施工时可适当移动部分钢筋即可，如图10所示。

图10 防落梁预埋件与普通钢筋碰撞检查

6 结束语

本论文以新建浦（城）梅（州）铁路九龙溪大桥（44+80+44）m连续梁施工为工程案例，运用BIM技术对悬臂浇筑连续梁0号块优化设计展开研究。研究过程中，不仅优化了0号块的钢筋设计，梁端块及连续梁各节段的钢筋也进行了优化，同时优化了连续梁的桥面布置设计，在能满足连续梁施工质量的同时，还节约了混凝土及钢筋数量，以（44+80+44）m连续梁为例，全梁共节约钢筋约45t，优化效果显著。

运用BIM技术优化、指导、完成大型桥梁的设计和施工，是工程项目建设的趋势和发展方向，浦梅铁路首次采用BIM技术优化连续梁0号块钢筋设计工作，为今后类似工程的修建提供了较好的参考价值。