BIM技术在跨内河航道桥梁拆除施工中的应用研究——以上海浦星公路桥工程为例

黄玮征1 董宇路2 张锡霖

(1．上海建科工程咨询有限公司，上海 200032； 2.上海城投航道建设有限公司，上海 200441； 3.上海建工四建集团有限公司，上海 200080)

引言

目前，建筑信息模型(Building Information Modeling，以下简称BIM)技术在建筑行业得到越来越广泛的应用[1-2]，对BIM技术的研究大部分集中在建筑行业，在跨内河航道桥梁拆除中BIM应用技术较少[3-4]。与民建工程比较，市政工程属于建设工程中较为特殊的一种，具有以下特点：工程体量大，投资高，专业多，周期长，对周边环境影响大，施工组织复杂，工程目标要求高，事关国计民生[5-6]，特别是桥梁工程。随着我国交通运输业的快速发展，对桥梁的车流量和荷载都提出了更高的要求，需要对这部分桥梁进行拆除重建。大型桥梁的拆除工程是一项具有较高技术水平的工程，讲究的是使用适合的拆除技术和方法，特别是位于城市交通重要位置的桥梁拆除工程，还涉及交通通行问题，稍有差池就会引起较大的工程安全事故和较大社会反响[7]。运用BIM技术，对拆桥施工工艺开展预研究工作，充分发挥BIM的可视化、可模拟的优点，重点考虑拆桥技术难点和关键点，提前考虑施工过程中可能面临的困难，提前调整施工方案或做好应用准备，为项目的顺利实施提供有力支撑[8]。

1 工程概况

1.1 项目概况

现状浦星公路桥西起丰南路，北至现状跃进河桥南桥头，浦星公路桥双向四车道，分离式双幅桥，桥梁总宽29.5m，总长200m。主桥上部结构为简支 T 梁，引桥上部结构为空心板梁，下部结构为钢筋混凝土盖梁、立柱、承台(墩台)，方桩基础。由于新建桥梁与老桥中心线重合，需拆除现状老桥后再新建跨航道桥梁及引桥。鉴于浦星公路桥为主要交通要塞，在老桥拆除前架设临时钢便桥一座，以保证原有车流量畅通。

现状浦星公路桥上部结构为T梁+13cm混凝土桥面及铺装，板梁高0.9m，梁底宽1.0m，边板挑檐0.25m，T梁高度2.4m，顶宽1.4、1.7m，下口宽0.42m，翼板厚0.3m； 桥面结构层0.10m，栏杆高1.05m，桥面为15cm混凝土。下部结构盖梁宽1.6m，盖梁厚1.2m、1.3m、2.8m，盖梁长14.3m、14.7m；立柱为φ1200、φ1500，立柱高2.25～4.15m； 承台宽2m、3m，承台厚1.5m、2m，承台长14m。

图1 现状浦星公路桥实景

图2 现状浦星公路桥立面布置图

1.2 BIM技术在老桥拆除施工中的必要性分析

在拆桥施工方案的编制过程中，发现施工过程中主要存在以下风险点：

(1)需要拆除的梁单块重量较大，尤其是待拆除的K4跨T梁长42 m，高2.5m，顶宽1.4m，重达130t，需采取双机浮吊作业，水上作业风险极大，在施工过程中，如何保证双浮吊的协同作业，防止发生倾覆，需要深入研究；

(2)以往浮吊水上作业，其行走路线和锚点设置多是依靠船老大的施工经验，施工方案往往过于粗糙，交底流于形式，安全意识不强；

(3)浦星公路桥属于市政交通主要通道，周边可利用的场地狭小，如何堆放和快速处理拆下来的构件是一个难题。

针对施工之中存在安全隐患的过程，应用BIM预先地进行模拟仿真[9]，能够将施工全过程信息化、可视化，将整个施工过程预演一遍，完善施工方案，尽量避免可能施工风险，提前预测施工过程中可能出现的问题并制定应对措施，提升施工管理效率与水平[10]。

为此，本次开展BIM技术模拟拆桥整体施工工艺流程的重点，在于明确双机浮吊的停机位置和锚点固定设置，以及拆除构件的堆放场地和运输方式，梳理整个作业流程，及早发现风险点并做好应对措施[11]。

1.3 拆桥施工初步顺序

浦星公路桥为主要交通通道，来往车辆较多，拆除难度较高，风险大，施工安全要求高。为确保该桥梁在拆除的过程中能够达到安全、快捷、绿色、环保的目标，施工方案的总体原则为：安全第一、严格监控、科学组织、有序施工[12]。

根据施工总体要求，尽量压缩拆桥工序以减少河道封航次数和封航时间，结合浮吊吊装能力，将本桥分五个阶段进行拆除：

第一阶段：老桥桥面附属拆除，凿除伸缩缝、板梁间的铰接缝及T梁间的湿接缝和端横隔梁； 第二阶段：吊运老桥的上部结构板梁； 第三阶段：拆除盖梁和立柱； 第四阶段：拆除桥台、承台和水下桩切割； 第五阶段：清理河道，报监理、业主和航道部门验收。

2 BIM应用实施流程

本次应用内容参与单位较多，为更有效地开展本项技术工作，实施过程中分为组织管理和技术配合两条工作路线。组织管理单位是业主单位、BIM管理咨询单位。技术配合的参与单位包括：BIM管理咨询方、设计单位、施工总包和工程监理单位。考虑施工阶段，施工单位最为了解施工工艺细节，为最大程度地发挥BIM应用价值，本项目主要采取施工单位具体实施，BIM管理咨询单位指导的组织模式。项目BIM组织架构详见图3所示。

图3 应用组织架构图

各参与方的工作职责如下：

业主单位：提出应用要求，组织和协调模拟过程的问题沟通；

BIM管理咨询单位：编制BIM应用要求，包括模型的创建、应用流程和成果交付内容等，指导施工单位开展模拟工作；

设计单位：提供设计信息，参与拆桥施工方案讨论；

施工总包：编制拆桥施工方案，创建拆桥施工模型，开展具体模拟工作；

工程监理单位：参与拆桥施工方案讨论。

为了有效协同项目各参与方，针对整个模拟实施进行工作分解，制定具体实施流程详见图4。

图4 应用实施流程图

3 项目BIM应用实施过程

3.1 收集提资数据，并确保数据的准确性

本文案例中，数据主要包括现状场地信息(含管线)、临时钢便桥模型、现状老桥的历史图纸和现状实测数据以及施工机械信息。为了确保拆桥施工工艺模拟的准确性和有效性，首先结合地形现状创建场地现状模型，准确反映目前施工现状实际状态； 检查现状老桥的历史图纸，结合现状实测数据分析是否反映现场真实情况，以保证数据来源的准确性，保证模拟的严谨性。

为了更好地做好本次模拟工作，我们针对拆桥施工模型的创建制定了技术标准，规定模型的建模范围、建模细度和命名规则等方面，其中建模范围和信息要求最为重要，因为模型的完整性和准确性直接关系到模拟结果。图5为建模范围的主要内容。

3.2 创建拆桥施工模型

目前，行业内以Autodesk Revit为土建专业建模软件较多，本文案例中，采用REVIT2016软件创建施工模型。本文案例的建模内容包括：现状场地模型，临时钢便桥模型、现状老桥的上部结构、下部结构和附属结构。

模型创建工作总体原则如下：

首先通过倾斜摄影技术创建场地现状模型：本次航拍选用了大疆无人机，采用了五个镜头拍摄。航拍范围为沿桥方向2km，沿河道方向500m范围内的场地环境。航拍处理形成场地三维模型。管线模型、临时钢便桥模型、现状老桥模型采用Revit软件根据施工图设计图纸创建，然后通过Revit软件进行模型合并，生成整合模型。

需要拆除的老桥模型，根据拆除施工工艺将模型构件按照每根梁进行拆分。

图5 建模范围和命名规则示例表

图6 浦星公路桥场地现状模型

图7 现状管线模型

图8 设计管线模型

图9 现状浦星公路桥BIM模型1

图10 现状浦星公路桥BIM模型2

图11 整合场地现状、管线、临时钢便桥和老桥的施工模型

3.3 分解施工工艺步骤，并按照顺序定义构件

老桥拆除施工过程。

首先，拆除老桥桥面系：

其次，老桥上部预制板梁和预制T梁按K1、K2，老桥上部预制板梁、K6，老桥顺序依次拆除。

K1、K2、K6、K7四跨预制板梁长22m，高0.9m，共计112榀，采用陆上130t汽车吊运至临时堆场，集中破碎外运。

K4跨T梁长42m，高2.5m，顶宽1.4m，重量约130t，共14榀。采用150t+160t浮吊进行双机抬吊。浮吊位于老桥东侧，并设置8个锚点，其中150吨浮吊利用钢丝通过ABCDE锚点控制移动，160t浮吊利用钢丝通过ABFGH锚点控制移动。两台浮吊协调联动，将T梁吊至北侧未拆桥梁上集中破碎外运。

K3、K5跨T梁长度35m，高度2.5m，顶宽1.4m，重量约112t，共28榀。施工前限航，采用160t浮吊单机吊运至南、北侧板梁拆除后的临时堆场，集中破碎外运。

水中盖梁和立柱拆除前封航，采用绳锯切割后，吊至临时堆场破碎。

新桥钢结构完成后，先进行疏浚、破碎水中承台，方桩采用液压钳剪断吊除。老桥拆除工作完成。

施工模拟用了Naviswork的Timeliner功能，按照老桥拆除的先后顺序，将施工机械的行走路径、老桥构件等一一进行定义，模拟整个施工过程。

3.4 分析施工风险点，提出优化建议

通过老桥拆除施工工艺模拟，发现堆放场地和水上机械行走位置存在作业风险，需进行进一步优化，具体如下：

优化建议一：原定施工方案，计划将拆除下来的构件放至东侧已平整的场地，破碎后外运。经模拟返现，该区域下方埋有燃气管线。按照管线保护要求，该区域不允许堆放。经过模拟发现，可以堆放至尚未拆除的老桥桥面上暂时放置，行走路径可行。

优化建议二：在施工方案模拟过程发现，双浮吊同时作业风险最大，在吊装中跨K4跨T梁时发现该段长42m，高2.5m，采用150t+160t浮吊进行双机抬吊拆除该区域西侧半幅桥T梁的时候发现，如果采用原定施工方案中的行走路径，则左侧的浮吊会与水中承台发生碰撞，因此需调整浮吊的水中作业位置。经过施工模拟优化，建议两台浮吊顺时针旋转30度的作业路径，避开水中承台位置。为配合行走路径，需要对左侧浮吊水中作业的影响区域进行提前疏浚。

另外水上施工，浮吊的拉锚点也是重要的风险控制点之一。以往施工方案中，多是用平面图进行绘制，很难发现拉锚缆绳的立体交叉关系。本次模拟将拉锚点和拉锚缆绳全部明确，提前发现可能存在的风险点。

图12 老桥拆除施工过程模拟图

图13 拆下来的构件拟堆放场地模拟图

图14 原施工方案浮吊作业路径 图15 优化后的浮吊作业位置

图16 需要提前做好疏浚的位置

通过BIM技术应用，明确了拆除构件的堆放场地，调整浮吊停机位置、明确锚点固定设置、提前做好疏浚工作，进一步论证了施工方案的合理性，降低施工风险，保障施工安全进行。

4 结论与展望

本工程在跨内河航道桥梁拆除施工中引入BIM技术，通过无人机倾斜摄影建立现场模型，创造管线模型、钢便桥模型和老桥拆除施工模型，开展拆除施工工艺模拟，将BIM技术与施工管理相结合，通过优化施工工艺，提高组织协调效率，辅助开展施工阶段的质量、安全和进度的控制，为工程的顺利建设保驾护航。BIM技术应用于水上施工方面的应用并不多，从场地现状模型的快速建立，桥梁模型的构建到施工方案的快速评估等等，都有待工程人员在同类型项目中的进一步研究与实践。

图17 浮吊拉锚缆绳的位置关系图