基于BIM的装配式支线上跨桥整体拼装施工技术应用

马 杰 （中铁十六局集团第二工程有限公司，山西 晋中 030900）

0 前言

桥梁工程中，施工是非常重要的一个环节，施工方案的选择直接关乎最终的工程质量。然而，施工现场的环境、设备与构件的数量、对现有交通的影响等问题都会对施工方案的组织设计与选择产生不同程度的影响，最终使其成为一个复杂的、多元的问题。BIM技术作为一种现代化的工程模拟手段，正是解决这一问题的有效方法。

由于BIM技术与装配式建筑在理念上的协同，被越来越多地应用到装配式建筑的设计、生产中，促进装配式建筑在国内不断的推广[1]。在BIM模型中，不仅可以建立各构件的标准化、精细化模型，还可以实现对施工现场设备与环境的模拟。通过调整BIM模型，同步更新流程、工期、成本、工程量等施工过程中所需要的信息，可以直观地展示不同的施工方案，实现对不同施工方案可行性与合理性的验证，从而进行施工方案的比选，最终确定经济、合理、高效的施工方案。

1 工程概况

本项目为祁离高速LJSG1标，里程桩号-K0+920-K7+900，全长8.82km，主要施工内容：路基、桥涵、枢纽工程。线路起点为山西省晋中市城赵镇修善村北侧的城赵枢纽，终点为吕梁市文水县南庄镇汾曲村。合同段内主要工程有：桥梁24座，共6372延米，主线路基6566m，匝道路基8228m，挖方4.7万m3，填方154万m3，及相应路基附属。

与传统的混凝土梁预制拼装梁桥相比，钢板组合梁桥具有重量小，受力性能好等优点，对于中小跨径的跨线桥，采用钢板梁桥这种较为简单的形式具有较大优势[2～3]。在祁离高速LJSG1标段的上跨既有高速工程中，新增桥梁3座，全部采用钢板组合梁。针对改扩建过程中上跨桥梁的特点，对上跨钢板组合梁结构进行了探索和尝试。选用了一种全新的钢板组合梁结构形式，这一桥型的基本体系：多主梁钢板梁+新型现浇复合桥面板，这种桥型结构新颖、建造方便，有利于实施工业化建造。

图1 双主梁标准断面

图2 三主梁标准断面

2 整体拼装吊装方法施工工序

运用BIM技术进行工序模拟，可确定最优工序和最优施工方案，从而达到时间和资源最优化配置的目标，还能提前发现施工过程中可能出现的问题，采取针对性的措施予以提前解决[4]。

2.1 场地处理

整体拼装吊装法的主梁拼装是在施工胎架上进行的，因此对施工胎架下的场地基础有一定的要求。对于土质比较好、地基承载力满足要求的场地，可直接进行场地平整；对于土质较软、含水量较大、地基承载力不足、不适宜用做地基的场地，需要先对地基进行处理，再进行场地平整。

2.2 施工胎架制作

根据现场施工时钢梁节段的长度、重量等，对施工胎架进行设计与验算，确定施工胎架的形式。施工胎架的构件可由工厂预制，然后在现场进行构件的拼装与焊接，最终形成施工胎架。

2.3 主梁拼装

对预制好的主梁构件进行质量检查与验收，并将一个跨径范围内的主梁构件放置在桥位下方的施工胎架上进行拼装，形成主梁整体节段。

2.4 主梁整体起吊安装

利用吊车将拼装好的主梁节段整体起吊、旋转至指定位置后下放，使主梁节段稳定放置于两侧的桥墩上，继续进行下一主梁节段的构件拼装与起吊安装工作。

2.5 施工胎架拆除，施工机具退场

施工完成后，拆除施工胎架，吊车等施工机具退场。

3 关键工序的BIM模拟

BIM技术作为一种现代化的工程模拟手段，不仅可以建立各构件的标准化、精细化模型，还可以实现对施工现场设备与环境的模拟传统的方式需要进行大量的计算来推断演算，涉及多个专业领域的相互配合，周期长，投入大，最终结果可能存在人为误差[5]。

3.1 施工胎架制作

图3 施工胎架制作

图4 主梁拼装

施工胎架在现场进行制作。通过BIM模拟发现，施工胎架的构件数量较大，施工胎架的现场制作是影响最终施工工期的一个重要环节。

3.2 主梁拼装

主梁的拼装在制作好的稳定胎架上进行，施工现场的环境容易控制，因此施工精度较易于控制。

3.3 主梁整体起吊安装

可见，主梁整体节段吊装时，节段尺寸与重量均较大，因此对起重机械的要求较高。

图5 主梁整体起吊安装

3.4 施工胎架拆除，施工机具退场

待主梁吊装完成后，拆除施工胎架。与施工胎架制作时类似，施工胎架的拆除也将会影响最终的施工工期。

图6 施工胎架拆除

4 关键技术要点

4.1 施工机具要求

由于主梁各构件是在拼装成整体后进行吊装，因此在主梁构件运输进场之前，需要在桥位附近制作施工胎架。此外，主梁节段整体吊装时，重量较大，因此对起重机械的要求较高，需要使用较大型的起重机械。

4.2 对现有道路的扰动

相比较于支架拼装法，整体吊装拼装法的施工胎架、起吊机械等可以设置在桥位附近的路边，因此对现有道路的扰动较小。

4.3 工期

整体吊装拼装法的工期比支架拼装法的工期短。施工胎架的材料数量较大，现场制作与拼装所占用的时间较长，因此会影响整体吊装拼装法的工期。为缩短工期，可采用与支架拼装方法相类似的措施，在构件进行厂内预制的同时，进行现场施工胎架的制作工作。

4.4 安全风险评估

整体吊装拼装法施工过程中的安全风险主要在于吊装过程中，整体节段自重较大，受力状态较为不利，易发生倾覆、失稳等情况。因此，在进行整体吊装拼装施工前，需对施工方案进行计算复核，确保整体节段在施工过程中的安全性。

5 总结

通过BIM对钢梁装配过程中的重点和难点进行可行性模拟，借助BIM使施工人员能够非常直观的了解整个施工安装的时间节点和安装工序，并清晰地把握安装过程中的难点和要点，同时通过对安装方案的分析，进行优化和改善，提高计划的可行性，提高施工效率和施工方案的安全性，降低施工成本。通过支线上跨桥施工BIM模型的建模和精细化整体拼装吊装施工过程模拟，对施工方案进行了研究和优化，实践证明，该项技术是具有较大的推广应用价值。