BIM在沙颍河特大桥施工中的应用*

吴明义，操文磊

(中交一公局集团有限公司，北京 100020)

1 工程概况

沙颍河特大桥地处河南省东南部，黄河冲积平原南缘，项目起点位于淮阳县刘楼南与G106平交处，终点位于商水县瓦房庄南，整体上呈东北西南走向，如图1所示。桥梁横跨沙颖河，河道宽约270m，河床标高为24.000～31.000m，河床起伏相对较大。项目主要施工内容包括桥梁、路基、交通式立交及涵洞等。

图1 项目效果

2 施工难点分析

根据环境管理体系与相关法规要求，工程施工需充分考虑施工现场环境因素，在此基础上，必须保证安全、高质、高效地完成。同时，由于作业区域水文条件复杂，需横跨沙颍河、穿越植物园等区域，具有极大环境保护压力，而且桥型广、结构异形、节点多，主桥基础施工困难，造成工程整体建造难度大。

3 BIM应用及价值

3.1 BIM深化设计与虚拟预拼装

3.1.1建立模型

利用ProStructures软件对桥塔复杂钢筋节点进行建模，优化钢筋绑扎顺序，生成钢筋大样表单，对施工人员进行可视化交底。

3.1.2构件拆分

建立3D模型可根据实际参数明确安全步骤，提高深化设计整体效率。例如，可做到充分考虑装配率、构件制作、安装工艺、空间结构及布局等问题。

针对桥梁16联变截面钢箱梁等复杂结构部位，依据施工图建立LOD300精细化BIM模型，在BIM软件中进行钢板预拼装，实现可视化技术交底，辅助施工现场钢板加工(见图2)，减少返工窝工风险，做到构件从生产到安装可追溯。

图2 钢板虚拟预拼装

3.2 BIM设计审核沟通

BIM既可有效完成碰撞检查工作，又可在检查工作结束后给出相应异常问题统计报告，为后续优化、修正提供科学依据和意见参考。

五矮塔斜拉桥为本工程施工重难点。为保证数据坐标准确无误，BIM小组通过Bentley系列软件中GC可视化程序节点调取主塔及拉索锚固点坐标进行精确建模。发现6号主塔处C1拉索齿块参数出现较大偏差。通过多方沟通，及时进行修改，提前规避施工问题。

3.3 无人机实景生成与场布优化

利用无人机倾斜摄影技术及可自动调节角度的摄像头实现现场实景模型采集和生成。无人机上搭载有云台并配备高清摄像头，通过提前预设航线并按设计的多方位角度定时定点拍摄快速获取高清影像资料，从而支持在实景模型上可直接测量坐标、面积等施工数据，有效支持交叉口及附近地理环境分析模拟等需求。如图3所示，可对交叉口进行交通导改模拟，阶段性与BIM模型做对比复核，形成完整数据资料。

图3 无人机倾斜摄影

此外，项目开工前，利用无人机录制的地貌影像制定场地布置方案，利用BIM软件对本项目施工临建设施进行布置模拟(见图4)。合理优化临建设施、材料堆场空间位置关系及运输吊装等各项工作。

图4 临建场地布置

同时，利用BIM技术对拌合站选址、建设与生产规划进行评估分析，从而按节约用地、环保节约型理念，综合考虑远离居民区、减少噪声、紧邻主桥、运距最短等需求，实现符合“六个百分百”要求的绿色拌合站选址(见图5)。

图5 拌合站建设选址

3.4 重难点工程可视化模拟与交底

通过建立河道模型，按施工方案搭建栈桥平台，分析现有航道及新建航道，主桥8～9号墩栈桥设置通航孔，模拟航道通行情况。生成三维模型场景空间几何位置、外形与相对色调，最大限度地还原真实环境(见图6)。与实际情况相符的可视化模拟与较高的细节还原度提高了专家论证决策准确性，保障了航道正常运行。

图6 航道分析

针对多塔长联混凝土矮塔斜拉桥深基坑、超长钻孔灌注桩、深水围堰、超宽幅箱梁悬臂浇筑桥梁施工的关键问题，进行工艺模拟(见图7)。同时，对示范项目预期成果，如桥面铺装“四机联动”施工技术、预制梁智能化自动喷淋养护系统、索靶定位安装施工工法。在BIM模型环境中创新优化，推动行业进步发展。

图7 重难点工程施工模拟

3.5 基于BIM的进度计划管控

将进度计划与三维模型链接绑定，构建4D-BIM模型，可令进度计划管控以动态4D模型表达。

项目采用Fuzor软件进行整体进度模拟。可根据实时情况及时调整施工进度，避免出现工期延误，为本项目如期交付保驾护航。

根据项目施工要求，利用BIM技术对主桥各节段进行工程量统计，为材料输送提供精准数据，为项目编排施工材料计划表提供数据参考。

3.6 智慧工地建设

项目部设有VR体验室，现场施工人员可对不同阶段、不同部位、不同场景，进行坠落、高空坠物、安全帽等安全体验与培训，对工地安全文明施工产生积极影响。

通过BIM技术，将全桥模型分别与图纸关联，建立成AR可视化联动模型，现场人员可使用手机客户端扫描图纸，使BIM模型跃然纸上，帮助施工人员清楚了解结构构造，提高施工安全系数。

采用720云技术，生成BIM模型全景二维码，可在PC端、手机端随时查看项目竣工模型全景视图和具体节点视图，为项目形象展示做出积极贡献(见图8)。

图8 BIM+720云展示

4 基于BIM的绿色施工实践

4.1 绿色施工理念

绿色施工以绿色化为目标，结合智慧化技术，以工业化为生产方式，以工程总承包为实施载体，实现节能环保、提高效率、提升品质、保障安全的新型工程建设方式[1]。绿色施工是实现建筑业资源节约和节能减排的关键[2-3]。绿色施工内容如图9所示，将绿色施工理念贯穿其中。

图9 绿色施工内容

4.2 组织设计程序

按GB/T 50502—2019《建筑施工组织设计规范》规定，绿色施工组织设计是对拟建工程的绿色施工活动实行科学规划和管理的综合性文件[4]。绿色施工总体框架如图10所示[2]，用于指导项目施工管理各环节。

图10 绿色施工总体框架

4.3 流程优化

运用BIM技术，结合绿色理念下的施工组织流程优化对于工程施工组织设计具有显著的指导意义。对比传统模式下的施工与运用BIM技术下的施工进度整体流程(见图11)可知，使用BIM技术可使问题提前暴露，提前制定施工安排与部署，优化资源配置与供应计划，达到安全、高效、节约的目的[5]。绿色施工理念不仅在施工过程中有着严格属性，即有着保护优先、预防为主、防治结合的原则，还充分展示了结合BIM技术后施工单位统筹全项目管理，需编制合理严格的施工方案并充分利用社会资源，减少施工临时用地，减少工程施工对当地社会、经济、生态环境不利影响，达到高效率与高效益。

图11 进度管理实施对比

5 结语

1)结合绿色施工理念，在智能化建造与管理的指引下，应用BIM技术解决了本工程中工期紧、施工安全风险高、河道环境保护要求高的难题。在工程项目中，实现了施工安排的快速、明确部署与管控，支持临时设施、材料、构件和机具等具体位置优化与场地合理利用；通过BIM深化、虚拟交底、专项模拟优化、施工管控与智慧工地应用，有效提高了项目经济效益和社会效益。

2)项目积极采用BIM技术，响应了国家推动数字化建设发展的号召，结合项目实际情况，优化资源配置，建立健全BIM技术体系，为行业同类型项目提供了方案参考。