中老铁路磨丁站网架施工BIM技术应用

文｜中国铁路国际有限公司 周亚宇

1 工程概况

中老铁路北起云南省昆明市、南至老挝首都万象，全线1035 公里，是中国“一带一路”倡议与老挝“变陆锁国为陆联国”战略对接的重要项目。(如图1所示）

图1 中老铁路分布图

磨丁站是中老铁路的重要组成部分，位于老挝磨丁经济特区北部，是从中国进入老挝的第一座铁路站房，站房建筑面积6500 平方米，设计规模2 座站台4 条轨道。（如图2所示）

图2 磨丁站效果图

磨丁站屋盖采用四角锥螺栓球钢网架结构，网架总长145m、宽53m，中部设有一个双坡尖顶，正立面尖顶两侧设有两个小型尖顶，侧立面采用双坡屋面设计，网架杆件主要规格φ180x12、φ159x12、φ140x4、φ88.5x4 等，螺栓球规格为φ350、φ280、φ180 等，螺栓规格为M56、M39、M30 等，网架支座为抗拉球形固定铰支座，磨丁站螺栓球网架布置图（如图3所示）。

图3 磨丁站站房屋面螺栓球网架效果图

网架分布于1～17 轴范围，其中1～3、15～17 轴主体结构高5.35m，3～5、14～15 轴结构高10.5m，网架下弦标高14.315m，网架高度3.3m。

2 网架施工方案选择

通常结构跨度越大，其自重也会越大，减轻结构自重是实现大跨度结构的必备条件，钢材强度高、自重轻[5]，而螺栓球网架结构尤其适用于大空间结构。

螺栓球网架常用方法主要有高空散拼法、整体顶升或提升法、整体或分块吊装法。

网架施工前，磨丁站站房正立面外侧7～17 轴为宽15m、深12m 的排洪渠，背立面为站台雨棚，站房背立面及正立面6～17轴外侧无法停靠施工设备，网架施工前已完成其他站房主体钢筋混凝土施工。

整体施工法及分块吊装法均需要占用大量场地，而且在本项目中应用时并不会节约工期，再综合考虑现场环境因素，本项目中高空散拼法更为方便、快捷，因此选择高空散拼法施工。

根据本工程特点，14～15 轴场地较小；8～9 轴脚手架搭设高度大、耗时长；1～3、15～17 结构顶标高5.35m，脚手架搭设高度约9m；3～5 轴混凝土结构板标高10.5m，搭设4m 脚手架即可满足施工需求，所需脚手架用量最少，4 个方向均可停放吊车，施工场地足够材料铺开存放，且有足够多小拼单元拼装场地，因此最终确定从3～5 轴开始进行高空散拼，3～5 轴拼装完成后拼装3～1 轴和5～17 轴网架。(如图4所示)

图4 磨丁站站房网架布置图

3 方案分析阶段BIM 技术应用

通常设计单位对结构的分析是在建立整体结构模型之后，同时施加荷载来进行的。但实际上建筑是分区分部进行施工的，且即使是相同的部分也会存在施工顺序和加载条件的不同。施工工况下的结构体系和原设计状态结构体系的不同，会导致原设计分析结果与施工期间实际结构效应存在差异。当结构体系随工程进度而变化时，构件的内力处于动态调整阶段，其最大变形和应力有可能发生在施工阶段，因此为了预测施工阶段的变形和应力变化，进行施工阶段分析是十分必要的[6]。本案例采用有限元软件MIDAS 对钢结构的施工全过程进行模拟分析。

结构采用临时支撑进行安装，临时支撑顶部支撑于网架下弦球，临时支撑布置位置。（如图5所示）在计算模型中，临时支撑位置采用铰接约束。（如图6所示）

图5 临时支撑布置图

图6 计算模型边界条件

3.1 施工工况选择

根据施工流程，取最具代表性的施工阶段进行计算，分别选取了cs1 和cs2 共2 个安装施工工况，工况过程：（如图7、8 所示）。

图7 工况cs1（网架施工至一半的工况）

图8 工况cs2（网架施工完成的工况）

3.2 施工工况计算结果

（1）结构变形（如图9、10 所示）。

图9 工况cs1 竖向变形（mm）

图10 工况cs2 竖向变形（mm）

（2）主结构应力（如图11、12、表1所示）。

图11 工况cs1 结构应力（MPa）

图12 工况cs2 结构应力（MPa）

表1

（3）从各工况的计算结果可看出：

钢结构施工过程中的最大竖向变形26mm<101.75（L/400）[1]，钢构件最大应力为80MPa<305MPa[2]，挠度及杆件内力均处于设计和规范允许范围内。

4 深化设计阶段BIM 技术应用

施工详图设计阶段，将设计院提供的计算模型导入SFCAD 形成网架整体详图模型，在模型中定义杆件规格及螺栓球规格，并通过SFCAD 形成构件图，显示杆件下料长度、螺栓球切面位置及角度等信息，最终形成单杆件、单球的准确的加工详图，同时导出了相关材料表[4]。

5 施工准备阶段BIM 技术应用

方案确定后，采用REVIT 软件进行建模，对施工方案、流程进行模拟，确定合理的施工顺序和吊装时的小拼单元规格，之后使用流程模拟配合方案交底及安全、技术交底，施工流程模拟[3]。（如图13所示）

图13 施工流程模拟图

6 网架高空散拼技术实施效果

本工程网架为螺栓球网架，施工流程确定为：脚手架搭设→A/3～5 轴支座安装→由2 至4 根杆件及一个螺栓球组成小拼单元→由A 轴向F 轴方向安装3～5 轴网架→安装3～1 轴网架→安装5～17 轴网架，现场安装流程。（如图14所示）

图14 磨丁站站房屋面螺栓球网架实施流程

7 结语

中老铁路磨丁站螺栓球网架采用BIM技术进行深化设计和施工流程演示，采用高空散拼方法安装，很好的克服了场地狭小、大型设备有限的问题，是很成功的网架高空散拼案例，为其他类似工程施工提供了参考和经验。根据工程特点和环境特征，选择最适合的施工方法，才可以有效的控制施工成本，确保施工过程中无安全和质量事故，创造了良好的社会效益。