桥梁装配式建造及BIM 技术在城市快速路工程中的探索与实践

陈志芳，孔丽华，包启航，朱曹宗

（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

近年来，无论是国家、行业层面，还是地方行政决策层面，都在大力推广装配式建造以及BIM 技术。任何新技术的研发推广都需要以实践为基础，文章以某公路快速化改造工程为例，介绍桥梁装配式建造及BIM 技术在国省道城市道路快速路工程中的探索与实践。

该项目整体按照主辅路结合的全封闭快速路标准建设，主线主要服务客运交通，为城市快速路标准，辅路客货均可通行，为国道兼顾城市主干道。主线设计车速100km/h，机动车双向6 车道；辅路设计车速60km/h，机动车双向6 车道，红线宽50～72m。

全线共设置立交2 座，其中一处立交为既有互通利用改造，边界条件较为复杂，是本次BIM 技术的实践探索的重点。其主线高架桥约2.1km，考虑施工期间现场老路交通组织及工期需要，重点进行了装配式桥梁建造技术的应用。

1 技术关键点分析

该工程具有现状互通改建难度大、建设工期短、施工期保通要求高、环保要求高等特点。在项目实践过程中，桥梁装配式建造及BIM 技术在城市快速路工程中探索与实践的重难点主要有以下几个方面。

（1）该项目作为区域装配式桥梁建造技术导则的研究编制载体，其技术经验要有较强的适应性。该项目是区域首个应用装配式桥梁建造技术的项目，需结合地区特点制定合适的设计导则，为该项目以及区域后续实施的装配式桥梁建造项目提供有力的技术指导是项目顺利推进的重要基础；同时也是装配式技术实现规模化、产业化的前提条件。

（2）国内装配式桥梁建造技术还在摸索阶段，尚有技术问题需要论证分析。第一，目前行业内对预制拼装墩柱接缝处的力学性能暂时没有明确的分析方法，尤其是接缝处结构性裂缝计算。第二，接缝区受力特性是预制拼装盖梁设计的关键所在。对于盖梁的多种拼装方案，根据已有文献，目前国内仅上海某设计院开展了各方案的受力性能对比研究，但仅初步验证了各方案的可行性，并未揭示预制拼装盖梁接缝区域的受力机理。如何分析剖析墩柱接缝、盖梁接缝区受力机理是项目研究的重难点。

（3）国省道城市快速化改造项目建设条件复杂，BIM 应用技术需要重点突破。国省道城市快速化改造项目，不同于一般的公路项目或者城市快速路项目，道路沿线交叉口多、周边地块开发程度高、沿线建筑物的出入口多、分隔带开口多等特点，同时老路交通量大，如何分析、处理与新老路与周边的协调，既有互通的全方面改造，以及施工期交通组织等问题，是BIM 技术在本工程中应用的关键技术点。

2 技术创新及适用性探讨

该项目立足实际，结合规划，在研究过程中应用桥梁装配式建造技术及BIM 技术，积极探索与实践，寻求技术创新与突破，努力打造成为城建交通领域的精品工程。

（1）该项目在城市道路桥梁项目中同时应用装配式桥梁建造技术与BIM 技术，为城市交通问题提供新的解决思路。

（2）对于预制拼装墩柱，明确接缝处的力学性能是设计的关键。目前行业内对接缝处的力学性能暂时没有明确的分析方法，尤其是接缝处结构性裂缝计算。为此，在理论分析和数值验证的前提下，基于OpenSees 平台创新性地建立了基于并联点—面接触弹簧的预制拼装墩柱精细化分析模型，能近似计算各荷载工况下的接缝截面裂缝宽度，为预制拼装墩柱的设计提供了有利的理论依据。

（3）接缝区受力特性是预制拼装盖梁设计的关键所在；对于盖梁的多种拼装方案，为了更好地根据项目实际进行预制拼装盖梁拼接方案的比选，也为了能掌握预制拼装盖梁的受力机理，力争国内先进技术水平，该项目基于湿接缝、干接缝等连接构造，分不同的拼接方案进行了预制拼装盖梁的仿真模型研究，分析了各方案盖梁在不同工况下从受力至破坏的全过程，总结归纳了设计方法，初步推导并验证了若干可用于工程设计验算的简化公式，为该项目的方案比选及工程设计提供了有力的理论依据，如图1 所示。

图1 预制盖梁仿真模型

（4）为提高建模效率，基于dynamo 编制了一套可以帮助快速布置桥梁上部结构的子程序，大幅提高了BIM 建模速度，最终建模如图2 所示。

图2 BIM 建模

（5）利用BIM 模型，对桥梁上部结构、下部结构、地面道路等空间位置进行设计复核，检查设计成果并校正。利用Navisworks 软件对有交叉的模型快速复核净空，同时优化纵断面设计，减少互通区桥梁墩柱高度，提高了经济效益。

（6）基于B/S 构建设计方案BIM 展示平台，使客户通过网页端登录后，即可查看浏览BIM+GIS 设计方案，如图3 所示。

图3 BIM+GIS 展示平台

3 技术优势及经验

该项目是同时应用装配式桥梁建造技术和BIM 技术的公路快速化改造项目，相较以往同类项目具有以下几个优势：

（1）利用倾斜摄影技术进行地形建模，将设计方案叠加到基于倾斜摄影制作的实景三维模型中，基于此成果制作了方案演示视频。其相较于传统的方案动画，可以清晰准确地反映设计方与周边环境的空间位置关系，直观的反应方案的优缺点，同时还可以发现在做方案时一些被忽略的细节，对方案进行全方面展示，实现所见及所得，进而优化设计方案，为最终方案的确定提供决策支持。具体BIM+GIS 叠加模型如图4 所示。

（2）基于参数化建模，建立了带有参数信息的市政桥梁构件族，可快捷的通过修改参数对构件各尺寸进行调整，如图5 所示。为市政桥梁BIM 项目积累了丰富的构件族。

图4 BIM+GIS 叠加模型

图5 桥梁BIM 构件

（3）利用BIM 技术将二维设计图通过三维投影生成，大大减少了传统设计方法的二维设计与实际情况不匹配的情况，解决了盖梁构造复杂、理解困难的问题。

4 结束语

通过在同一工程中对桥梁装配式建造及BIM 技术的应用和探索，解决了以往项目中碰到的部分难题，提高了设计计算效率，节约了工程成本，应用效果显著。同时，开发了适用于城市快速路工程中桥梁结构参数化族库，探索出一套较完整的桥梁工程BIM 建模与设计优化方法，规避和优化了传统二维设计的错漏问题，对今后类似项目的设计有一定的指导意义。