BIM技术在预应力混凝土连续梁桥施工管控中的应用

摘要：针对大跨径预应力混凝土连续梁桥施工难以实现即时管控的现状，以某一大跨径预应力连续梁桥为例，融合BIM技术和有限元Midas Civil软件，建立参数化的BIM模型，实现对连续梁桥的4D施工模拟和施工状态监控。利用BIM中的Revit软件设计出工程信息非常完整的BIM模型，并进行过程的“碰撞检测”。通过Navisworks软件时间维度与参数模型关联，实现不同施工作业下的作业模拟和施工进程控制。通过将BIM模型与Midas Civil软件结合对梁桥施工关键节点位置和危险点进行施工状态和稳定性分析。将BIM技术应用于实际施工项目，能有效实现不同施工信息的交互和施工状态的实时监控，保证了施工质量和安全。

关键词：预应力连续梁桥；BIM；施工模拟

中图分类号：TQ172；TP391.92文献标志码：A文章编号：1001-5922（2025）01-0165-04

Application of BIM technology in construction control of prestressed concrete continuous beam bridges

MA Zhenrong1，GUO Ruie2

（1.Xi’an University of Architecture and Technology Huaqing College，Xi’an 710043，China；

2.Xi’an Siyuan University，Xi’an 710038，China）

Abstract：In view of the fact that it is difficult to achieve real-time control in the construction of large-span pre⁃stressed concrete continuous beam bridges，taking a large span prestressed continuous beam bridge as an example，combining BIM technology and finite element Midas Civil software，a parameterized BIM model was established to realize 4 D construction simulation and construction state monitoring of continuous beam bridge.The Revit software in BIM was used to design a BIM model with complete engineering information，and the process was“collisionchecked”.Through the correlation of the time dimension and the parametric model of Navisworks software，the op⁃eration simulation and construction process control under different construction operations can be realized.Bycom⁃bining the BIM model with Midas Civil software，the construction status and stability analysis of the key node loca⁃tions and dangerous points of the girder bridge construction were carried out.The application of BIM technology to the actual construction project can effectively realize the interaction of different construction information and there⁃al-time monitoring of the construction status，ensuring the construction quality and safety.

Key words：prestressed continuous beam bridge；BIM；construction simulation

传统的预应力混凝土梁桥施工中，对施工质量的要求非常严格，以确保相关施工阶段成桥的受力状态以及结构形态[1]。随着桥梁结构跨度的增大，导致对施工监控难度加大，对桥梁质量带来隐患[2]。建造信息模型（BIM）技术应用于桥梁建设项目中，通过建立数字化建筑信息模型，有效提高了工程质量和生成效率[3-4]。在桥梁设计阶段，利用信息技术对梁桥设计进行优化和仿真分析，提高设计质量和效率[5]；在桥梁施工阶段，通过数字化管理平台和信息集成系统，对桥梁施工全过程进行监控和管理[6]；在桥梁运营阶段，将管理系统和自动检测信息集成，实现桥梁的智能化、现代化管理等[7]。目前，相关学者对BIM技术的应用进行了不同研究工作，如将BIM、CAD和GIS技术融合来探讨桥梁工程快速建模、成本预测方面的应用[8]。针对桥梁全寿命周期特点，运用BIM+GIS建立梁桥三维模型，开发桥梁模型的全寿命管理平台，并应用于工程建设全过程等[9]。基于此，在相关研究的基础上，以某一工程实例为对象，采用BIM技术引入到连续梁桥设计施工监控中，通过建立BIM模型与时间进程的关系实现对施工过程进行监控，并引入Midas Civil有限元软件对关键施工点进行稳定性分析，提升施工质量和施工安全性。

1桥梁参数模型建立

1.1工程背景

A大桥长5 360.82 m，主桥设计为3跨连续梁，跨径72 m+128 m+72 m，桥面净宽12.2 m。

挡砟墙内侧净宽9.58 m，梁顶至轨底高0.71 m，轨下枕底最小道砟厚0.35 m，采用悬臂灌注法施工。梁体长273.5 m，采用单箱单室，随着跨径变化，箱梁高度和界面尺寸跟随变化，中间支点梁高9.40 m，顶板厚度达到了50 cm，底板的最薄处、最厚处分别达到了48.5 cm、180 cm，并依据圆曲线出现相应的变化。可以依据曲线径向来布置箱梁支座，纵向轮廓尺寸依据左线中心线进行测量，按照曲线半径来微调曲线内、外缘梁长度。梁桥腹板厚度由40 cm按折线过渡到70 cm，最厚处达到90 cm，全桥拱设置5个横隔板。

1.2 BIM模型创建

桥梁主梁采用单箱单室，以连续弯梁作为桥梁主体，所以要分节段对梁段模型实施处理，按照节端空间位置开展拼装工作。借助Revit软件内的常规模型，依据梁段界面尺寸开展空心、实体2种放样融合，以打造梁段族，而且把梁段的尺寸信息以及真实结构材料等赋予分段模型。

梁桥桩基采用钻孔灌注桩基础，2个边墩各8个桩，2个中墩各16根桩。因为桥墩模型以及桩基的结构非常简单，能够在Reivit软件内对相关公制常规族实施拉伸放样的方式创建出来，墩帽的创建通过嵌套族方式经过多次拉伸、放样融合，放置在指定空间位置。在创建球铰BIM模型中，需要根据不同桥形转盘直径、厚度来确定。本桥中球铰由下转盘、上转盘、转轴和滑片构成，转盘直径2.7 m，厚40 cm，根据施工图纸，采用公制模型族建立下转盘模型，首先建立空心圆盘、下转盘主体、角钢族、肋板后，按照空间位置实施嵌套，然后组合为球铰下转盘。

由于球铰结构导致上下转盘钢筋布置的复杂度大大增高，本文在Revit中创建面向各类钢筋的族，结合控件的具体位置打造相应的球铰钢筋模型，采取相同措施在公制结构基础上打造桥墩、承台、桩基等各类钢筋结构。

1.3碰撞检查

根据施工图纸，采用Revit软件将建立的桥梁三维模型导入Navisworks软件中，利用软件模块的Clash Detective工具进行模型的碰撞测试，如图1所示为0号块普通钢筋和预应力管道进行的碰撞检查，其中共发现13处碰撞点。

2 BIM在梁桥施工控制的应用

2.1控制信息平台集成

传统工程施工进度管理由于缺乏可靠的进度信息获取手段，造成信息处理低效。BIM技术实现了项目规划、设计、维护、施工、运营等多个环节的信息共享以及传递[10]。在BIM中，首先选择Revit创建控制信息集成平台，以属性类为信息管理基本框架进行梁桥模型分析，作为信息构件，并按照构件划分标准对项目模型属性添加编码，确保构件分类管理[11]。

2.2 4D施工模拟

4D施工模拟在BIM三维模型上增加时间参数，实现虚拟施工全过程。在BIM中，将建立的Revit模型以.nwc格式导入到Navisworks中，对施工全过程进行4D模拟。Navisworks中将设计、施工和其他项目数据组合在单个项目模型中，在视点利用红线标识工具进行标记，以记录、呈现相关问题，促进交流与审查工作。为快速制作动画，首先通过创建集合对构件进行拆分，将项目进度计划表加入构件模块中，系统提供了第三方程序导入和TimeLiner手动添加的方式进行项目进度计划添加。

通过4D模拟BIM施工能保证施工阶段信息的一致性，它可以供给组件的相关表格视图和属性、类型、名称，各施工产品的相关数据均可被当作自动评估竣工条件和设计之间偏差的前提。施工进度表中将每项活动完成的百分比在视图界面展示，当一项任务完成后，下一个任务可视前，可立即制定检查计划，保证质量检查过程与施工过程相一致，参与方可通过BIM技术改变进程，保证项目进程和工艺技术更准确、高效的合作。

3桥梁稳定性分析

3.1 BIM参数模型的导入

搭建好预应力连续梁桥的相关BIM模型后，为降低结构模型和BIM模型领域的重复建模，采取参数化设计环节的数据，将Revit模型转换成可以进行力学性能分析和验算的Midas Civil结构模型[12]。由于Mi⁃das Civil软件仅提供导出ifc格式模型渠道，缺少BIM模型导入Midas Civil接口，采取参数化设计的相关数据，转化结构模型与BIM模型，使建模工作减少[13]。

Midas Civil通常情况下采取梁单元开展相应的受力分析，结构模型不需要建立具体的细节构件，首先采用初始设计参数进行转化，获得相应界面间距的针对性界面轮廓簇，构建自适应族样本，采取Dynamo领域中的“创建中心线”节点包，得到梁桥中心线，采取“Curve.SplitBy Points”节点在载荷施加位置、边界约束处等特殊位置设定节点间距，然后借助“Model Curve.ByCurve”节点获得所需要的梁桥中心线。

Revit中能导出CAD格式.dxf文件，将梁桥中心线.dxf文件导入Midas Civil中，这样就创建好了节点单元，使Rvieit项目中的界面轮廓组以.dxf格式文件的形式导出，采取Midas Civil中的相关截面特性把.dxf格式转换成.sec格式的Midas Civil截面文件。在Midas Civil中将截面特征值打开，采取设计用数值截面导入.sec格式界面，创建好界面。采取相同手段来创建另外的截面模型。

在Midas Civil中，可以在相应单元内拖入已经创建好的截面，运用界面组成快捷完成Midas Civil梁桥模型搭建，其中预应力筋模型可将各预应力筋坐标赋值在Midas Civil预应力中的钢束形状中，通过坐标点生成预应力筋的结构模型，建立的预应力钢束结构模型如图2所示。

3.2结构模型结构验算

根据查阅资料和现场施工情况，对于连续梁桥施工而言，转动体系由于结构和受力复杂，施工过程中难以把控施工质量和施工进程，因此，本节将建立的BIM模型导入到Midas Civil中进行结构应力状态分析。首先在Revit中建立转动体系模型，导出为.sec格式，导入到Midas Civil中，并设置模型材质、参数，进行网格划分，施加边界条件和载荷形式等，进行网格划分的转动系统模型结构如图3所示。

从设计计算的相关结果来看，因为19号墩以及20号墩二者的受力比较接近，墩顶支座受到的横向支反力达到了42 684 kN，转体结构重4 240.7 kN。因此选取19号墩为研究对象，依据具体施工轨道，在19号墩球铰下转盘正中心以及底部间隔120°都配置3个应力监控点。

3.3应力分析结果

根据应力监测布置位置，确定球铰链转动过程中的应力状态分布。本文分别选择转动前、转动角度为10°、30°和55°条件下球铰链转盘横向、纵向、竖向、第一主应力和第二主应力值分析，具体应力值见表1所示。

由表1可知，连续梁进行转动时，球铰整体上的应力状态变化基本稳定。测点1、2有所增加横向应力，但增幅在0.1 MPa以内。测点3在转体达到10°前，球铰应力状态有所下降，随后应力值上升，但变化幅度也较小。同样，连续梁转体纵向应力状态下，测点1和测点2的纵向应力呈现一个先下降后上升的趋势，但整体变化幅度在0.1 MPa以内。连续梁的竖向应力状态在转动过程中一直保持在一个很小的变化幅度内上下波动。从以上计算结果能够了解到，球铰转动时非常平稳，下承台具有可靠安全的混凝土结构，满足受压条件。

4结语

（1）通过BIM中的Revit软件建立大桥临时构件族库以及核心构件族库，按照所建立的空间位置关系以及平面坐标开展拼组工作，设计出工程信息非常完整的BIM模型，并以Navisworks软件模块的Clash Detective工具进行模型的碰撞测试和渲染处理；

（2）将BIM模型和Navisworks软件整合，通过TimeLiner建立模型构件与时间维度的4D施工模拟，将Revit软件与BIM模型和有限元软件Midas Civil结合，对梁桥施工过程中的梁单元和旋转系统进行应力分析，实现模型结构稳定性验算。

【参考文献】

[1]赵亚宁，王浩，郜辉，等.基于BIM的高铁连续梁施工应力监控方案设计及应用[J].铁道标准设计，2020，64（11）：68-73.

[2]张文胜，吴强，祁平利，等.BIM与3DGIS的集成技术及在铁路桥梁施工中的应用[J].中国铁道科学，2019，40（6）：45-51.

[3]王钊.基于实例的BIM技术在桥梁施工阶段的应用分析[J].国防交通工程与技术，2018，16（S1）：29-31.

[4]蒋平江，杨凯，曾绍武，等.BIM技术在金沙江双线特大桥施工中的应用研究[J].铁道标准设计，2018，62（8）：78-84.

[5]项沛，崔力宁，杨彤.基于桥梁改造的新旧混凝土结构植筋加固粘接技术研究[J].粘接，2023，50（11）：98-101.

[6]喻江武，雷瑜，宋超林，等.基于BIM的内罗毕国家公园特大桥施工管理系统研究[J].施工技术，2019，48（11）：1-5.

[7]李晓龙，朱辉阳，王立国，等.基于BIM的桥梁施工质量安全可视化控制技术研究[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（7）：183-185.

[8]周冬.基于BIM的桥梁全生命周期施工安全管理模型研究[J].自动化与仪器仪表，2019（2）：26-28.

[9]李志国.BIM技术在公路桥梁施工管理中的应用[J].交通世界，2019（Z2）：244-245.

[10]王蒙，李军华.BIM技术在桥梁工程施工阶段的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2018，14（10）：61-64.

[11]王竹景.BIM技术支撑下的装配整体式混凝土建筑工程施工评价分析[J].产业科技创新，2023，5（3）：91-93.

[12]乔园园，袁正武，刘年明，等.表面活性剂改性高强度钢纤维混凝土及应用效果[J].粘接，2023，50（11）：157-160.

[13]张裕超，曾绍武，杜文忠，等.基于BENTLEY的桥梁快速智能建造BIM系统解决方案研究[J].公路工程，2019，44（4）：140-148.

（责任编辑：平海，苏幔）