基于BIM技术的异型双曲桥梁辅助安装施工方法

胥尧， 冯文博， 王崇祯， 张继鹏， 冉茂清

（中建交通建设集团有限公司）

1 引言

在成都，新规划设计的人行天桥多为造型独特的异型观赏性流线型天桥，该类天桥钢结构主体及幕墙制作与安装难度较大，定位精度要求较高，对施工单位提出了更高要求。绛溪河公园工程规划馆人行天桥为钢结构景观人行天桥，幕墙采用双曲幻彩蜂窝铝板，在规划馆人行天桥钢结构制安、双曲幻彩蜂窝铝板制安时采用了BIM 技术，成功摸索了一套基于BIM技术的异型双曲桥梁辅助安装施工方法。

2 方法特点

①采用BIM 技术，异型桥梁钢结构主体在制作与安装过程中进行可视化模拟，校验钢结构安装专项方案可实施性。

②根据桥梁主体现场成果，通过三维扫描桥梁主体结构形成模型，根据模型与幕墙设计模型匹配，进行碰撞检测和优化设计，将经优化的幕墙三维模型用于现场三维测量放样。

③通过BIM技术对双曲幻彩铝板进行尺寸精确加工，现场精确定位安装，减少制安误差，确保设计独特的艺术造型的实现。

④基于施工BIM模型，可实现场布、方案、进度、材料、设备、质量、安全现场协调动态管理[1]。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

工艺流程见图1。

图1 工作流程图

3.2 工艺及操作要点

①应用Tekla 软件，根据设计二维图纸，建立异型钢结构桥梁主体三维模型（见图2）。

图2 桥梁主体模型

②采用Tekla进行钢结构三维建模深化设计，分解模型（见图3），提取数据，确定钢构件加工顺序，以及构件尺寸大小，分析最合理的下料方式，在保证了构建精度的基础上减少了材料的浪费。

图3 构件分解图

③采用Tekla进行钢结构三维建模深化设计，通过模型分析构件的组成、力学性能、重心等，模拟受力情况、确定构件重心位置，进而确定吊耳位置，保障拼装安全。

④在编写危大方案过程中，通过Tekla外部数据模型导出精确的DXF 模型文件，导入MIDAS 有限元分析软件进行、安装辅助支架设计，并对临时支撑体系验算、合龙温度场分析，模拟临时支架的受力状态，调整合拢段余量及定位段的预偏量确保结构施工安全和保证质量。

⑤通过三维可视化可直接向作业班组进行施工方案交底和分部分项作业指导，效果更加直观、方便，提高工效，节约工期。

⑥采用莱卡rtc360三维扫描仪采集已建成桥梁主体结构数据，快速获取已完成桥梁结构实体的结构尺寸等，对比原设计理论模型，校核施工误差，以实际模型为基准对幕墙进行深化设计（见图4）。

⑦本工程桥梁幕墙为异型复杂双曲面幻彩蜂窝铝板，幕墙造型复杂、材料成本高，幕墙板块间、幕墙与桥梁主体结构间必然存在错漏碰缺。采用Rhino软件进行幕墙深化设计，建立幕墙外表面模型（见图5），并进行碰撞检测，对碰撞显示的错漏碰缺等反馈给设计单位进行协同处理，局部优化外表面线型，避免了现场大量返工整改。

图5 建立幕墙模型

⑧基于用Rhino软件搭建的精细化幕墙模型，是桥梁主体结构、幕墙按照1：1的数字化构造，并且通过了桥梁主体结构与幕墙进行了碰撞检测，幕墙模型与通过三维扫描的实体结构匹配，Rhino搭建的幕墙模型可直接用于施工，根据模型快速导出每块蜂窝铝板的加工数据及下单图纸（见图6），直接指导了工厂生产和现场安装施工。

图6 模型分解图

⑨采用Rhino 软件进行幕墙龙骨深化设计。根据铝板和桥梁的模型，设计龙骨的造型（见图7），尺寸及位置，进行碰撞检测，并复核其力学性能，局部优化调整后，提取数据形成下料图。

图7 龙骨模型

⑩运用BIM 进行空间放样，将模型定位于实际坐标系上的位置，在模型上提取各点三维实际坐标，使用全站仪测量放点定位安装。

4 材料与设备

本工程主要采用三维扫描仪进行现场实体扫描，计算机进行模型分析，因此需要配备高精度的三维扫描仪和全站仪，满足模型软件流畅运行的计算机。主要设备如表1所示。

表1 设备及软件配备表

5 质量控制

①运用BIM 技术，建立钢结构、土建钢筋模型，在模型中对钢结构孔洞位置及连接点合理设计，避免在现场割洞、补焊，既能提高工效、缩短作业时间，又能节省材料、保证构件的力学性能[2]。

②三维扫描仪在使用前应根据使用环境、厂商说明进行校准。仪器应安装在无扰动部位，避免因桥下车辆通过时的震动对扫描数据造成误差。

③在桥梁钢结构主体平台联、梯步联及扫描仪需要分段扫描的连接点处左侧两侧粘贴“标靶纸”对分段扫描的点云进行定位，便于后期数据处理时各段模型的精确对接。

④建立幕墙模型，并与土建模型整合，进行碰撞检测，调整优化铝板及龙骨设计，降低材料损耗率，避免施工过程中的窝工、返工现象。

⑤运用BIM 技术进行重大方案施工模拟，分析施工难点、重点，合理安排施资源投入，提前预见问题，在构件加工前予以解决，确保工程质量。

6 应用分析

6.1 环保效益

运用BIM 技术提前发现问题，在加工下料前予以处理，使所有钢结构、幕墙在工厂完成生产，减少现场切割、喷漆等作业，确保节约材料、不污染空气。

6.2 技术经济效益

①通过BIM 技术的运用，结合钢箱梁安装危大方案编制，确定各构件合理的起吊位置，检验方案中临时支撑体系的合理性，确保了施工方案的合理性、安全性，保证了施工进度和安全质量。

②通过BIM 技术构建的模型，提前暴露施工中可能出现的问题并处理，以免耽误工期。

③通过BIM 模型生成复杂双曲面幕墙下料参数，工厂进行信息化编号、下料、制作，现场进行可视化交底、安装，确保设计双曲线幕墙加工、安装精确。

④通过基于BIM 模型的三维放样，双曲幕墙安装的空间位置、线形得以完美实现。

⑤通过BIM 技术的应用，将材料加工信息进行模拟，有效减少了材料损耗及安装工期。

7 结语

综上，成都市城市人行桥梁设计趋于景观方向，造型非常规，基于BIM信息化技术，得到满足施工需求的施工模型，实现施工现场信息高效传递和实时共享，提高了施工管理水平[1]。