基于BIM的预制梁体钢筋模块化装配式安装工法

摘要：文章介绍了一种新型预制箱梁钢筋施工工法，在一次验收合格率以及施工安装效率上较传统的两次成型法有所提高。该工法通过BIM技术把梁片钢筋合理地分成若干个模块，每个模块集中加工成半成品，再进行二次组装，实现预制箱梁钢筋施工的平行作业。经工程验证，该工法加快了施工进度，节约了施工成本，提高了同类桥梁工程预制箱梁的施工效率。

关键词：工法；BIM；模块化；预制装配

中图分类号：U445.47   文献标识码：A

文章编号：1673-4874（2024）04-0M9-03

0 引言

现代桥梁工程施工中预制箱梁钢筋施工采用两次成型法：分别在顶板钢筋组装台架、底腹板钢筋组装台架上绑扎组装半成品钢筋，使得梁体顶板和底腹板钢筋整体骨架成型［1］；利用龙门吊将钢筋整体骨架吊装入模板内组装成型（图1）。钢筋施工两次成型法施工提高了施工位置的准确性，减少了一部分施工时间，但是在一次验收合格率以及施工安装效率上有很大的提升空间。本文提出的工法有别于传统工艺，通过BIM技术把梁片钢筋合理的分成若干个模块，每个模块集中加工成半成品，再进行二次组装，能实现预制箱梁钢筋施工的平行作业，加快施工进度，同时能在一定程度上节约施工成本，提高同类桥梁工程预制箱梁的施工效率［2］。

1 本工法的特点和适用范围

本工法特点包括模块化、平行施工、无尺化、波纹管预定位、负弯矩钢筋预成型、防撞墙钢筋预定位、胎模架制作。钢筋间距保证率高，质量控制好。适用于公路工程、市政工程、铁路工程等桥梁结构的空心板、箱梁、T梁预制施工。

2 工艺原理

2.1 利用BIM技术对所预制箱梁的钢筋进行模块化划分

依次进行钢筋建模、模块化分解、模块间钢筋对碰分析以及制图设计各个模块元件台架。根据预制梁BIM模型、钢筋间距对模块元件台架进行精准加工，使台架的凹槽应与箱梁模块元件钢筋相吻合，确保台架实现无尺化加工。

2.2 针对箱梁钢筋的施工特点以及BIM分析，对箱梁钢筋进行划分模块

（1）防撞护栏钢筋分段的模块：简化防撞墙预埋钢筋在钢筋入模后的单根调整、焊接时间。

（2）负弯矩张拉槽钢筋整体模块：负弯矩钢筋由不同尺寸的钢筋组成，整体为异形结构，将半成品钢筋在顶板组装台架上绑扎的方式，优化成钢筋整体安装，减少施工难度、时间等。

（3）波纹管预定位的腹板钢筋模块：通过波纹管位置预定位，简化传统工艺中在底腹板组装台架上人工量取波纹管高度、定位的工序。

2.3 同步改进顶板钢筋组装台架、底腹板钢筋组装台架

利用BIM技术进行模块元件拼装模拟，使预制梁体钢筋模块安装实现装配式施工。分别对顶板钢筋组装台架、底腹板钢筋组装台架进行改进：增设负弯矩张拉槽钢筋整体装配的托槽、对波纹管预定位的腹板钢筋编号进行标识。

2.4 形成标准化、平行作业的施工工艺

半成品钢筋在对应的模块台架上进行二次加工，将模块元件在顶板钢筋、底腹板钢筋组装台架上拼装成钢筋整体，整个工艺优化出多个平行的作业流程，显著提高施工效率，形成新标准化的平行施工工艺（图2）。

本工法的各模块台架使预制梁场实现从“场”到“厂”的跨越性转变。可使预制箱梁钢筋模块化加工、整体钢筋骨架无尺化整合绑扎、多道工序平行流水作业加快台座周转。绑扎完成后采用多点起吊整体入模，各工序之间实现无缝衔接。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程图（图3）

3.2 施工操作要点

3.2.1 采用BIM技术进行分解模块并制作模块台架

在BIM计算分析中，针对预制箱梁钢筋安装施工工艺组成中的防撞护栏钢筋分段的模块、负弯矩张拉槽钢筋整体模块、波纹管预定位的腹板钢筋模块，进行钢筋建模、模块化分解、模块间钢筋对碰分析，依次制作防撞护栏钢筋座槽式成型台架、负弯矩钢筋绑扎吊挂式成型台架以及波纹管预定位固定式台架，同时改进顶板钢筋组装台架、底腹板钢筋组装台架（图4～6）。

使用BIM模拟软件，根据设计图纸进行三维建模，建模效果见图7～9。

3.2.2 半成品编号管理

由于钢筋模块化划分后，半成品钢筋相对较多，对于后续组织成整体钢筋骨架便利的同时，半成品的存放需进行编号统一管理，其中主要是负弯矩绑扎前钢筋和波纹管定位后腹板钢筋。

3.2.3 半成品钢筋加工、运输

（1）钢筋去污、调直：加工前将钢筋表面清除干净。目前主要采用人工进行，今后拟研发自动除锈装备，用钢丝刷刷除铁锈等污垢。锈蚀损伤的钢筋作降级处理，严重的直接报废回收。对于粗钢筋局部弯折可自制“F”形撬棍矫正，对于细钢筋或弯曲的粗钢筋用专用多轮调直机滚直。

（2）钢筋下料：根据箱梁钢筋设计图，箱梁钢筋在钢筋切断机下料，下料时钢筋和切断机刀口要成垂线，切口应整齐。设备和人员应符合操作规程的要求，确保安全。

（3）钢筋弯曲成型：根据箱梁钢筋图，用石笔在预备弯钩位置划出，然后在钢筋弯曲机上制作成型。

（4）钢筋接长：根据下料实际情况，可以将短节钢筋接长使用。箱梁钢筋采用闪光对焊、搭接焊接长。同一截面内的钢筋，其接头数量和面积均不得超过总数的50%。接头按照要求进行抽检，经检验合格方可焊接。

（5）成型钢筋堆放：钢筋应按照设计图纸的尺寸和规格加工，然后分类堆放。钢筋下面垫枕木，设置标识牌，杜绝钢筋混用，采取措施避免钢筋长时间日晒雨淋锈蚀和遭受污染。

（6）钢筋运输：工程项目的运输条件受限，在运输过程中注意钢筋的固定，防止产生较大变形。

3.2.4 钢筋绑扎、预应力束安装

（1）底板底层钢筋绑扎：钢筋绑扎前按照设计间距摆放横向钢筋，再在横向钢筋两端和中间各摆放1根纵向钢筋，并在纵向钢筋上按照设计横向钢筋间距用石笔作标识，然后绑扎纵横向钢筋交叉处，绑扎完成后按照纵向5 m间距在横向钢筋上标识纵向钢筋间距，摆放纵向钢筋并按照梅花形绑扎，最后以50 cm×50 cm间距支垫梅花形混凝土垫块，要求纵横向成直线，腹板位置安40 cm间距布置垫块。

（2）底板顶层钢筋绑扎：通过底板预应力束钢筋定位架支撑，先摆放底板顶层纵向钢筋，再摆放底板顶层横向钢筋，最后按照设计钢筋间距绑扎钢筋，同时要绑扎底板齿块钢筋。

（3）腹板钢筋绑扎：腹板钢筋绑扎时，按照设计间距并选用设置好波纹管预定的箍筋进行摆放，先在箍筋顶穿入1根纵向钢筋绑扎定位，箍筋定位后穿入纵向钢筋并绑扎。如有施工接缝需在施工缝位置预留5 m左右腹板钢筋暂时不施工，但需要将箍筋先摆好，待腹板预应力束安装完成后再施工。

（4）腹板预应力束安装：从腹板箍筋中已定位好的波纹管位置穿入塑料波纹管，然后按照直线段100 cm间距、曲线段50 cm间距加密固定，最后人工穿入钢绞线。钢绞线挂在连接器的齿口上，并用铁丝将P锚头帮扎在连接器上，然后再将保护罩安装好，将管道外的缝隙封堵。

3.2.5 顶板、底腹板钢筋整体的整体吊装

根据工法工艺流程，钢筋模块分两段式安装，即第一段在顶板钢筋胎膜架上完成顶板钢筋整体绑扎，在底腹板钢筋胎膜架上完成底腹板钢筋整体的绑扎；第二段为分别对底腹板钢筋整体、顶板钢筋整体进行吊装并入模安装成整体［3］。

采用起吊桁架进行吊装，充分消除起吊时因钢筋整体的自重，产生下挠、扭转等导致钢筋整体变形，预防钢筋整体散架。起吊桁架应进行应力计算。

4 质量保证措施

技术工艺管理：编制《实施性的施工组织设计》时要制定《分项施工方案》，充分做好开工前的技术准备和交底工作，推广应用施工新技术；依靠科技进步提高工程质量，加快施工进度。

现场管理：施工员坚持全程到各施工点进行监督管理，确保严格按操作规程施工；应持证上岗的人员，必须具备上岗资格；做好日志和各种施工原始记录。对管理过程、生产过程、质量保证资料等要做到可查阅、可溯源。

工程质量检验：施工中严格执行检验制度，按技术规范要求，及时完成各种试验，为工程施工提供科学依据。分项工程完工后，按工程质量检验评定标准的要求进行自检评定；积极配合监理工程师对工程质量进行的抽检和联检。特别是隐蔽工程，在覆盖前必须验收合格，即在合模前、浇筑前一定要对上一道工序认真验收。

钢筋绑扎前调整横向外露钢筋长度、水平等，检查绑扎的可靠性，确保钢筋绑扎成型后紧固。

钢筋整体吊装必须采用起吊桁架，确保成型的钢筋整体出现失稳、变形等。

5 工程应用案例

（1）融水至河池高速公路五分部是广西新恒通高速公路有限公司建设项目位于广西河池市宜州区境内，项目路线全长17.108 km，于2018-01-01开工，2020-11-28正式建成通车，融水至河池高速公路五分部全线共18座桥梁的箱梁施工任务，共完成预制1 395片箱梁。分部在1 395片预制箱梁施工中，应用了本工法，实现了箱梁预制的流水线生产，极大地提高了钢筋安装效率和箱梁预制效率，成为融河高速品质攻关任务打造的重要组成部分，得到了社会各界的一致好评。该工法在同类型预制箱梁施工中，形成新的、标准化的平行施工工艺，具有一定的先进性。

（2）贺州至巴马高速公路（象州至来宾段）一分部项目位于广西来宾市象州县境内，路线全长23.54 km，于2020-04-02开工，合同工期36个月。分部的2#预制梁场承担了1 434片预制箱梁的施工任务，其中20 m箱梁228片，30 m箱梁384片，40 m箱梁822片，预制梁施工中应用了本工法，优化和改进传统的箱梁预制钢筋加工施工工艺，具有速度快、质量好的特点。在保证安全质量的前提下，极大地加快了箱梁预制速度，节约了时间和成本。同时，因采用标准化的管理，大大减少了污染，安全、质量、环保和进度效益显著，对有大型预制场的公路建设，特别是对工期紧的项目施工极具推广应用。

6 结语

本文提出的工法实现了箱梁预制的流水线生产，极大地提高了钢筋安装效率和箱梁预制效率，是品质攻关任务打造的重要组成部分，得到了社会各界的一致好评。该工法在同类型预制箱梁施工中，形成新的、标准化的平行施工工艺，具有一定的先进性。应用该工法，大大提高了施工效率，节约了大量人工费，避免了工期延误，同时取得了较好的经济效益。

参考文献

［1］熊建辉.秦沈客运专线箱梁制造与架设施工技术及施工管理［D］.成都：西南交通大学，2002.

［2］蒋昌盛.桥梁防撞墙预埋钢筋焊接定位架［P］.中国：ZL 2019 2 1858087.0，2019-10-31.

［3］赵振波.合蚌高铁简支箱梁快速制梁施工技术［J］.铁路技术创新，2013（3）：27-30.

作者简介：刘海林（1976—），高级工程师，主要从事路桥工程施工、企业生产标准化管理工作。