BIM技术在转体桥施工中的应用

张裕超 张学钢 李立功

摘 要：为了发掘BIM技术在桥梁施工中新的应用点，拓展其在桥梁施工中的建模功能，解决钢筋间的碰撞与冲突等问题，发挥其对施工现场的指导作用，以银西铁路跨定武高速公路立交连续梁工程为例，对全桥进行BIM技術建模，搭建施工管理平台，在施工现场应用BIM技术测量桥体变形，并对桥体进行定位，处理施工现场问题。得到了球铰的精确定位，实现了施工资料的上传、下载、保存以及对施工进度的实时监管操作，真正地将BIM技术应用于施工现场，体现了现场管控平台较强的时效性和操控性，确保了桥梁的顺利转体，保证了工程质量，拓展了BIM技术在施工现场中的应用，为同类施工现场管理提供参考。

关键词：桥涵工程；BIM技术；转体桥；测量变形；现场管理平台；管控技术

中图分类号：U284 文献标志码：A

文章编号：1008-1534（2018）05-0341-07

建筑信息化模型（building information modeling，简称 BIM）以三维数字为基础，集成了建筑工程项目各项相关工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达，更是一种以虚拟设计与建造（即可视化设计和施工） 为核心的项目信息载体[1]。BIM技术的应用涵盖工程可行性研究、设计、施工、运营管理、养护与拆除等阶段的全寿命周期。与其他技术相比，该项技术具有建模精度高、模型立体化强、工艺模拟性好、工程可视效果好等优势。

随着BIM技术在房建领域的广泛应用，越来越多的人关注BIM技术在桥梁工程方面的应用。国外学者最早利用BIM技术，将二维CAD图纸转变成三维立体图逐渐延伸至桥梁的设计，再把BIM技术应用到桥梁施工中，结合不同的建模软件、管理平台进行材料、机械设备与施工进度的管理。有学者在韩国开展了BIM技术在桥梁工程施工中的应用研究[2-5]，他们以正在建造中的主跨为327 m的Cheongpoong斜拉桥为基础，进行可视化设计与施工，进行成本分析，碰撞检查，有效地验证了BIM技术应用的可行性。

国内学者对BIM技术的研究起步较晚，且主要应用在房建工程中，用于解决碰撞检查、图纸设计、查错、工程量复核等问题。多数研究者在桥梁施工中应用BIM技术，将BIM技术在房建中的应用进行延续，研究与应用的价值点在于翻模精度、冲突分析与施工工艺的优化等。洪磊[6]介绍了BIM技术在桥梁工程中的应用情况，总结了BIM技术在桥梁工程中的探索成果，并以竹水桥和鄂东长江大桥为例介绍了BIM技术在设计和结构安全管理中的应用。曾绍武等[7]在连续梁施工中运用BIM技术，实现了桥梁主要部件与钢筋的精细化建模，较好地解决了施工图纸复核与材料用量核算问题、钢筋与预应力管道碰撞以及冷却水管与钢筋碰撞检查问题，取得了良好的应用效果[8-11]。随着应用技术的不断发展与企业要求标准的提高，有研究者提出了现场管理平台搭建理念，初步探索了桥梁全生命周期管理模式，构建了项目总体规划流程和全生命周期信息管理模型[12-13]。张为和[14]依托夜郎河大桥的施工提出了开发BIM构建、组织计划仿真和现场管理平台应用3个阶段的功能，对BIM技术的运用与桥梁施工的深度融合进行了探索。马少雄等[15]首次在夜郎河双线特大桥施工中开发了基于大跨度钢管混凝土拱桥施工的BIM技术应用平台，该平台具有施工信息、施工进度、物资及安全质量管理等功能，显著提升了高速铁路项目的建设管理水平。

1 概述

1.1 工程概况

跨定武高速立交特大桥（以下简称定武连续梁）位于盐池县。起止里程DK506.097-DK507+300.6，全长1 203.2 m。桥为排洪兼立交而设，全桥共有34个桥墩、2个桥台，孔跨布置为2[21-32 m+（40+64+40） m连续梁+11-32 m梁]，其中简支箱梁采用集中预制架设施工，连续梁采用转体施工。21号桥墩至24号桥墩（40+64+40）m钢筋混凝土连续梁全长145.5 m，与定武高速斜交，斜交角度约70°。连续梁基础采用桩基础，桥墩为圆端形实体墩，上部结构为变截面单箱单室箱梁结构。本桥在22号主墩和23号主墩上下承台之间设置转动球铰，是桥梁转体的主要结构。主梁在平行于高速公路两侧采用满堂支架现浇施工，现浇完成后形成2个长62 m的T构，然后沿顺时针方向转体70°合拢。该转体连续梁为银西铁路全线唯一一座转体连续梁，转体施工中运用的活性粉末混凝土球铰为国内首例。此桥梁临近高速公路，工程量大、持续时间长。

就桥体本身而言，转体质量大（单个桥梁转体结构质量50 000 kN），采用满堂支架法搭设的工程量多，

现场监控点多、转动角度大，对转动体系的精度要求也高。跨定武高速立交特大桥BIM模型图见图1。

1.2 BIM技术应用的目的

定武连续梁采用转体施工，横跨高速公路，同时为银西铁路全线唯一一座转体连续梁，社会影响大，给项目的施工与现场管控带来一定的挑战，运用BIM技术可以从以下2个方面解决问题。

第一，定武连续梁在转体施工中运用的活性粉末混凝土球铰为国内首例，与传统的钢球铰相比，由于RPC混凝土强度高，可有效减少球铰尺寸，也同时意味着转动体系的定位至关重要。运用BIM技术可以对球铰、滑道提前建立精准的转动体系模型，并根据施工图纸，预先设定好转动体系高程坐标与大地坐标，为测量定位提供准确的依据。

第二，单个转动T构长62 m，且采用满堂支架法施工T构，相比挂篮施工，虽然工艺简单，但是现场混凝土浇筑方量多、钢筋绑扎工程量大、工作面小、工作持续时间长、施工人员多，同时临近高速公路，为保证工人人身安全，实现高效施工，通过BIM技术与现场管理平台，可以达到在第一时间关注施工进度，及时反馈施工问题，提前预警等施工目标。

通过BIM技术的运用可以预先做好风险分析、任务安排与数据查阅，确保在施工节点期内圆满完成桥梁转体。

2 BIM技术建模与管理平台搭建

2.1 全桥BIM模型的构建

定武连续梁位于直线段，但存在桥梁转动体系需精准定位、全桥竖曲线、满堂支架变形监控点多等施工难点。为快速、精准建模，方便后期桥梁物理信息的添加、管理与修订，采用参数化的建模方法，利用Revit建立全桥的BIM。在转动体系中，依据图纸坐标定位放样，同时将箱梁竖曲线要素建模时依托族元素进行参数化处理的结果换算至模型中，使模型更加贴近真实桥梁，为后续转体的高程定位量测做准备。

图2 a）为未加入曲线要素的情况，b）为加入曲线要素的情况，模型本身发生变形。

2.2 转动T构精细化建模

根据施工图纸，转体T构采用满堂支架施工，其中梁段1长30 m，梁段2长16 m。鉴于施工桥梁长度大、截面面积大、钢筋数量多，在施工过程中采用精细化建模，这为钢筋与钢筋冲突、钢筋与预应力管道冲突等碰撞检查节省了时间，提高了效率，缩短了施工工期。

在利用Revit软件进行建模过程中，对照CAD设计图和三维BIM信息模型（见图3），审查图纸中存在的问题。主要问题涵盖 2类：第1类是钢筋尺寸设计错误，共计42处；第2类是钢筋与预应力管道冲突，共计115处。如在梁段1中，图号14银西施桥（特变）-78-11箱梁施工步骤示意图中N31钢筋大样尺寸有误（见图4），如按图下料后钢筋将外漏，需提前把钢筋直线段缩短10 cm，确保弯钩长度形状不变，达到了保护层厚度要求。图号8银西施桥（特变）-78-05箱梁纵向钢束布置图中，普通钢筋N6-1与底板波纹管BD4存在冲突，为满足施工技术要求，在预应力管道安装前，需先挪动普通钢筋3.5 cm，保证预应力管道安装后定位准确且不存在冲突（见图5）。提出的优化方案得到企业的认可并得以应用。

2.3 现场施工管理平台搭建

鉴于后期驻场期间施工管理平台的运用与管控，笔者作为驻场技术负责人与技术团队协商后确定以鲁班公司的BIM管理平台作为驻场的重要管控手段，该软件具有兼容性强、稳定性好、数据关联性强、移动APP端方便查阅等优点（见图6）[16]。权限人员与数据端口需提前设定，现场施工技术人员可随时查阅工程问题，并将资料通过PC端或移动APP端发送至云平台，方便项目负责人的审阅与批示。无权限人员将无法查阅、下载资料，确保了施工技术、科研成果的保密性。

3 BIM技术在定武连续梁施工中的應用

依托定武连续梁项目，基于Revit建模软件与鲁班管理平台，主要从测量放线定位与高程控制、施工管理平台的运用等方面进行深入研究，为转体桥的顺利合拢奠定基础。

3.1 转动体系的精准定位与高程控制

转体桥施工中转动体系的精准定位是决定转体施工的重要因素。定武连续梁转体角度大、转动时间长，则需要对球铰进行双向控制，以保证后期转体的需求。传统方法是球铰定位时预先算出大地坐标与高程，再进行控制点施工放样，预埋钢筋定位、滑道骨架定位、下球铰定位、滑道安装、上球铰定位等工序，需要预先选定次控制点，然后在不同的施工工序内选择次控制点进行精准定位，与施工技术人员的理论水平、实操水平、现场施工经验有着很大关系，同时控制点选择的合理与否是决定转动体系施工质量的关键，一般现场会选取较多的控制点（10个以上），增加了复测、校核的任务。

首先，采用BIM技术按照图纸进行精细化建模；其次，在模型拼装前在Revit中预先定位转动体系坐标、高程值；最后，利用Revit中的标高测量工具，直接拾取球铰定位架、球铰、滑道等转动体系结构的高程值与坐标，与设计图纸相比误差为0。与传统方法相比，采用BIM技术在测量定位时工人将不再记录数据，可根据现场实际情况选择主次控制点，同时由驻场人员或工人通过手机端直接点击选取所需结构的监控点，提取相应数据进行测量定位（见图7）。由于模型是基于图纸建立的，精度满足设计施工规范要求，故可直接提取调用，减轻了技术人员的复核工作量，减少了工人的劳动量。

定武连续梁转动单个T构长，由长30 m的梁段1与左右各长16 m的梁段2组成，合计总长为62 m，且为了加快施工进度并满足跨越高速公路的高程控制要求，采取满堂支架法进行现场施工（见图8）。由于可能存在着地基变形、满堂支架变形量大等不利因素，对梁体高程的控制至关重要。将桥梁竖曲线要素参数化处理之后，利用Revit中的标高测量工具，对桥梁高程进行逐项校核，从而得到准确且符合现场实际的标高数据，再反算至模板定位标高处，用以指导现场施工中的模板定位工作。由于该处模型是根据设计图纸建立的，故能够契合设计图纸要求，再通过现场对该处标高的复测，与三维模型对比，能够进一步使所建立的三维模型符合现场实际。提取连续梁转体前后模型数据，并且与现场施工高程进行比较，图9与图10显示桥梁转体前后桥梁中轴线、边线等部位的高程数据差值。施工数据满足规范要求[17]，转体后误差都集中在3 mm以内，表明该桥梁BIM模型的高程与坐标定位具备较高的精度，可指导现场施工。

3.2 现场施工全方位管控

BIM技术的应用落脚点在于现场管控，没有现场施工的全方位管控，BIM技术的指导作用将无法充分发挥，甚至形同虚设。为了最大程度地体现BIM技术的作用，选择国内大型BIM技术服务管理平台——鲁班BE与BV，对施工人员、现场施工问题、施工进度、施工台账等进行管控，有效地促进了BIM技术在桥梁施工中的运用。

3.2.1 现场施工人员的管控

转体桥施工作业面小，为保证工人的有效施工与安全管控，笔者利用施工管理平台制作个人管理二维码，其内部信息涉及个人资料、联系方式、近期培训内容等相关数据。该二维码具有信息的保密性和定位的准确性，非权限人员无法查阅其具体信息，技术交底、施工日志等资料也可制作成相应的二维码（见图11），同时架设监控摄像头与监控大屏，监控大屏由电脑控制，在电脑上安装施工管理平台并在管理平台模型指定位置处关联监控摄像头，实时展示施工场所范围内每个人的基础信息与工作场景，既便于施工工友与技术人员的位置定位，确保其安全性，又便于从侧面监控工程进度与工作效率（见图12和图13）。

3.2.2 现场问题的管控

现场施工情况复杂多样，尽管BIM模型建立得非常精确，但是由于施工人员的操作水平、方法、现场天气等因素的影响，施工质量可能与设计标准、模型数据有差别。作为现场技术负责人，BIM技术应用团队成员需及时发现问题，并将问题进行上报与总结登记，通过管理平台程序推送短信或邮件提请审批，决策者即使不在现场，也可清晰地看到存在的问题并撰写审批意见或建议，通过系统将意见反馈给信息推送者，使现场施工问题在第一时间得到解决。管理平台涉及问题整改、阶段报告、方案审批、方案会签、现场签证、图纸变更等多达12个项目，确保现场施工中可能存在的任何问题都可归类划分，并审批报送。管理平台还可以管理与保存全部数据，保证施工资料的真实性、过程性与完整性（见图14）。

3.2.3 现场进度的管控

根据每日施工进度将施工日志、台账、技术交底等资料及时上传至管理平台，既方便了领导层对现场施工进度的实时掌控，又方便了施工工友查阅相应技术交底，同时可将上报业主的施工日志、台账等资料保存。技术人员填写下载后即可生成对应资料的电子版，还可打印留底备查，避免了二次填报，减少了技术人员的工作量（见图15）。

4 结 语

通过将BIM技术运用于跨定武高速公路立交特大桥项目的球铰精准定位、满堂支架搭设与变形高程控制、箱梁高程控制、钢筋与预应力管道冲突解决与现场施工管理，实现了桥梁施工过程的精细化管理，减少了测量放样的工作量，优化了管道冲突，实现了施工现场的实时监管、施工资料的妥善保存，提高了工程质量，缩短了施工工期。该桥于2017-08-18成功实现转体对接，为基于BIM技术与现场管控的类似桥梁施工提供了成功的范例。笔者下一步的工作是将本文中采用的管理平台与铁路工程管理平台进行链接，保证施工数据的一致性与关联性，进一步完善BIM技术与现场管控。

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