BIM技术在斜拉桥主塔钢锚梁预制安装中的应用研究

袁观富 李凡 王明

为践行国家“十三五”规划信息化建设精神，建筑业正在积极运用网络技术、软件开发技术、物联网技术、BIM技术等信息化工具，向信息化时代稳步迈进。BIM是建筑业信息化的创新技术，为传统施工管理带来新理念，以其深化设计、信息共享、协同管理功能，助力施工企业提高管理水平和市场竞争力，可以预见在不久的将来，BIM技术将在建筑领域发挥更加重要的作用。

本文将基于BIM建模软件AutodeskRevit对武穴长江公路大桥15#主塔钢锚梁的深化设计进行研究，探讨BIM技术在桥梁精细结构预制、安装施工中的运用。

一、工程概况

武穴长江公路大桥是《国家公路网规划（2013年～2030年）》中国道G220东营至深圳公路跨越长江的控制性工程。大桥为双塔双索面斜拉桥，北岸15#主塔上部结构高267.422m，塔柱采用空心薄壁箱型断面，双索面斜拉索每个索面26对高强钢丝，索塔端采用钢锚梁锚固，15#主塔设置4#～26#共23对钢锚梁，钢锚梁结构由锚梁和牛腿组成。

图1 钢锚梁一般构造图

钢锚梁作为斜拉索的锚固端，其作用就是锚固斜拉索。武穴长江公路大桥斜拉索每个索面共104股高强钢丝，每股钢丝的空间位置均不相同，索塔端钢锚梁空间位置和型钢尺寸也随着变化。因此，在武穴长江公路大桥上部结构施工管理中，如何工厂化精确预制钢锚梁、如何在施工现场精确吊装钢锚梁是关键环节。

二、基于AutodeskRevit软件的钢锚梁深化设计

完全依靠二维图纸理解空间复杂结构，如同盲人摸象，不同的人、不同的思维方式会得到不同的结论，很难得到正确统一的认识。BIM建模人员在深刻理解主塔、钢锚梁、钢牛腿、斜拉索施工图的基础上，通过Revit软件将主塔、钢锚梁、钢牛腿、斜拉索转换成精细化三维模型（LOD400-LOD500），分析各零件空间位置关系、分析型钢打孔参数的缘由，对各参数分析归纳总结，提炼钢锚梁各型钢零件的加工参数和加工工艺，指导钢锚梁工厂化生产预制和现场精确吊装。

1.钢锚梁细部设计

组成一个钢锚梁的锚梁N1-N23共68块型钢、边跨中跨钢牛腿N1-N11共100块型钢，在斜拉索穿过型钢的部位均有大小、角度变化的斜孔。机械地按照图纸的设计参数去加工每一个零件，再将这些零件焊接成完整的钢锚梁，过程繁杂且容易加工错误，加工完成的零件难以焊接成合格的成品。

图2 钢锚梁、斜拉索、主塔空间结构

借助Revit软件，将设计图纸提供的零件尺寸、数量、打孔位置、坐标、角度表达成三维模型，直观形象地反映各种零件的空间位置关系。模型精度高（精确到0.1mm）。在建模过程中，加深了管理人员、加工人员对设计图的理解。

2.钢锚梁加工参数分析

BIM三维模型将主要构件加工安装完成的效果呈现出来，通过建模不难发现钢锚梁不断变化的设计参数，是基于适应斜拉索空间位置变化的考虑，设计图纸提供的型钢打孔（空间斜孔）参数，是基于预留钢套筒位置的考虑。

图3 型钢打孔参数及BIM模型图

得到这个结论后，我们就可以将钢锚梁理解成锚梁的N4、N5、N6、N7、N8钢板和钢套筒在主塔竖直面绕锚固点旋转γ°角，然后在桥轴向竖直面绕锚固点旋转（90-а）°角，“实心的套筒”将所有空间碰撞的型钢打孔。钢锚梁预制过程中，以边跨和中跨锚固点为基准，加工组装所有型钢零件，辅助理解钢锚梁复杂空间结构，优化工厂加工及现场吊装方案。

经AutodeskRevit空间结构验证，空间旋转打孔位置和设计图纸参数给定的打孔位置完全吻合。由此对钢锚梁设计意图完全明确，对指导工厂化加工焊接拼装具有重要意义。

3.比较设计参数，批量加工生产

通过比较设计参数，简化图纸查阅工作量，可以实现高效的批量加工生产，具体步骤如下：

（1）通过比较钢锚梁锚固点坐标X、Y数值的变化，调整其他板件与锚固点相对位置；对照三维结构多视角观察测量，调整零件相对锚固点的位置，简化了繁杂的图纸查阅工作，能及时纠正错误。

（2）通过比较钢锚梁型钢零件尺寸、厚度变化，选择合适的零件组装焊接；分类统计相同尺寸、厚度零件数量，一次加工成型，调整零件尺寸参数，分批次加工同一编号的零件。

（3）通过比较钢套筒外径D变化，选择合适的打孔孔径。

（4）通过比较钢锚梁套筒空间角度γ、（90-а）变化，调整空间打孔角度；钢锚梁所有零件焊接完成后，依照空间打孔角度、孔径将相应型钢的斜孔一次成孔，避免了由加工误差导致的成品钢锚梁孔位错台，有效提高成品合格率。

通过以上4步，将查阅设计参数工作量减少80%，极大地提高生产效率。

三、施工图纸输出

完成主塔、钢锚梁、斜拉索模型后，可通过模型编辑各个视角的施工图，图纸包括三维视图、立面视图、俯视图、剖面视图、大样视图、多类型材质提取表、尺寸标注等，直观形象的表达繁杂的设计参数，方便工厂对照1∶1的施工图加工预制。采用三维模型进行图纸转化，降低了制图要求、简化了工作量，通过比较审核发现的错误，仅需修改模型参数，施工图与模型自动关联，修改模型参数后，图纸自动关联参数修改，无需对所有图纸一一修改，提高了工作效率。

四、结语

武穴长江公路大桥作为跨越长江的控制性工程，而钢锚梁加工安装作为大桥主塔关键工程，其优化制造对提升桥梁整体质量意义重大。本文为提升钢锚梁加工安装效率，以武穴长江公路大桥15#主塔钢锚梁为背景，基于AutodeskRevit数字建模软件和BIM技术助力施工技术研究，得到以下研究成果：

1.利用AutodeskRevit参数建模软件，将设计图纸精细复杂的参数直观表达设计思路，利用三维模型进行细部设计、图纸输出，准确将设计人员的设计意图传达给施工人员，提升了工厂预制和现场安装的管理水平。

2.在“十三五”规划国家加速发展的大背景下，桥梁设计中各种复杂造型、超大跨度不断出现，将BIM技术运用到桥梁施工领域中，形式新颖，成果显著，得到施工管理人员的青睐，在今后的施工中广泛运用BIM技术是发展的方向。AutodeskRevit软件通过不断完善桥梁领域功能，不断丰富族库内容，将会收获更多的研究成果。