桥梁顶推法施工中BIM技术的应用

张时钟

【摘要】二十一世纪以来，我国公路桥梁发展的进步十分迅速，BIM技术更是在公路工程中逐渐发挥它应有的优势，特别是针对一些重难点工程设计及施工，目前施工企业应用BIM技术的主要内容是碰撞检查、模拟施工、三维渲染、知识管理。BIM技术在公路桥梁施工中，对于特殊施工工艺的桥梁施工有很大的帮助，本研究主要针对跨铁大体积混凝土箱梁顶推施工中BIM的应用进行探讨。

【关键词】BIM;桥梁施工;顶推工艺;技术应用

1、工程概述及难点

1.1工程概述

某跨铁分离式立交全长566.04m，公路等级为一级，立交桥分左、右两幅。主桥跨铁路，全桥共24跨，分为七联。其中第四联为主桥段，为预应力混凝土箱梁，其中顶推段预应力混凝土箱梁长80m，顶推距离99m，共跨越七条既有铁路（客运专线上行线及下行线、电气化铁路上行线及下行线、军事专用先线、电务专用线），顶推方向与既有铁路交角为76°

1.2工程重难点

（1）本标段施工是国内高纬度地区首次跨越高铁顶推大跨度预应力混凝土箱梁，顶推距离99m，单幅重量约5000t，在国内严寒地区顶推混凝土箱梁的施工历史上尚属首次，施工难度极大。

（2）本桥跨越多条既有线，一般作业方法无法完成主桥的建设任务。在施工时间和施工区域上的限制比较多，故主桥混凝土箱梁顶推施工期间保证既有线行车安全是本工程的难点。

（3）临时墩、满堂红支架、导梁、滑道梁、拉锚器、牵引装置及限位等临时设施的受力检算、构件的制作和安装是本工程的难点。

（4）主桥混凝土箱梁顶推施工期间的施工监测（变形监测、应力监测、温度监测）是本工程的难点。

（5）主桥混凝土箱梁位于桥梁竖曲线上，竖曲线半径4500m，永久桥墩位于既有线两侧，L1号临时墩位于客运专线及电气化铁路之间，顶推施工的测量控制是本工程的难点。

（6）主桥混凝土箱梁顶推施工过程中的基础及临时受力结构的沉降观测是本工程的难点。

（7）主桥利用拖拉法顶推顶推，牵引力在后方，在混凝土箱梁在顶推过程中对横向位移限制和纠偏是本工程的难点。

2、BIM技术在顶推施工生产中的主要应用

2.1 初始数据建立

利用原有设计图纸及基础数据，进行Revit基础模型建立，为日后Navisworks（工期、施工模拟）及Lumion（动画、视频模拟）打下基础。联合设计单位，对初始施工现场进行勘察，最大程度上安排好施工前的各项准备工作，将施工区域及施工时间最优化。

2.2 建模数据完善

在初期Revit建模完成后，根据原有设计图纸进行排查工作，发现可能存在的施工与设计相冲突的部位，在施工前及时进行合理安排，最大程度上保證既有工期的顺利进行，同时也在成本管控方面进行最优化配置。如工程中存在的临时结构（平联钢管）与既有永久结构桥墩间的冲突问题，就是利用建模及碰撞工具及时发现，避免了一边施工一边补救的“尴尬”局面;随着顶推施工的不断进行，原设计图纸并未考虑到顶进过程中千斤顶与拉锚装置存在的碰撞问题，若未能及时发现，将极大延误工期，且施工时间占用临时封锁天窗，分秒必争的情况下决不允许发生错误。根据碰撞工具的及时发现，将在顶进过程中及时拆除拉锚装置及牵引所用千斤顶，由12号墩上千斤顶单独提供受力，继续顶推工程。

2.3 后期数据分析

本工程的主要难点就在于顶推部分，而如何最大程度上保证顶推部分箱梁从预制到全天候监测再到顶推施工，成了重中之重。

2.3.1 箱梁预制

利用BIM技术在临时结构的空隙处虚拟搭设碗扣式脚手架，在最大程度节约成本的情况下，保证箱梁平稳受力，集中荷载处采用步距较小的布置方式，分散荷载处采用步距较大的布置方式。搭设完成后，与临时结构共同成为预制箱梁平台，铺设模板，预制顶推段80m混凝土箱梁。

2.3.2 箱梁监测

顶推前除在箱梁预制阶段埋设应力监测单元外，还需对导梁、临时墩、12号、13号反力墩、限位装置、滑道等部位安装温度及应力监测装置，并在导梁、箱梁、L1号、10号、11号墩顶埋设位移监测装置，利用自动化位移监测仪器在顶推时进行施工监测，使用BIM技术模拟箱梁预制施工，保证了监测前期的数据采集，确保了监测的准确性、安全性、及稳定性。

2.3.3 箱梁顶推

本工程箱梁及顶推结构体系布置均为斜交76°，施工现场中均采用斜向临时墩正向布置牵引。存在着顶推力不易控制、行进不匀速、极易造成偏位现象。为保证顶推就位后施工误差为±1cm以内，确保顶推路径的精确度，应用BIM技术提前进行模拟顶推施工，多次演练工作，将施工中可能遇到的实际问题一次性解决。

除箱梁为斜交外，顶推轨道处于在竖曲线上，每个支撑滑道的都在其圆曲线轨道上，预制箱梁时在圆曲线轨道上预制，保证箱梁顶推前梁底竖曲线跟滑到连成的竖曲线拟合，在顶推前利用BIM技术计算出各滑道支撑标高，随梁的位置移动而产生变化，通过调整调整顶推使用滑块厚度方式解决了此项难题。通过采用BIM技术提前观测前导梁和箱梁可能存在的标高变化和下挠值，在实际施工中随时调整下一个支撑结构上的滑块厚度来确保顶推线路通畅。

3、BIM技术在顶推施工生产中的其他应用

3.1 BIM可视化技术交底

通过BIM模型，对项目的技术方案、关键施工工艺进行三维可视化表达，发现技术方案和施工工艺的缺陷，提前进行优化。利用BIM建模显示出截面尺寸，标高，混凝土量等工程数据，提高工作效率。

然后利用优化后的模型对施工管理人员及施工班组作业人员进行可视化的交底，提高交底的有效性，进而提升技术管理水平。

3.2 BIM场地模拟

利用BIM技术模拟现场大型机械设备、模板、预制构件的布置情况，帮助进行管理，优化施工现场总平面布置，合理利用施工场地。在保证顺利施工的情况下使工程的经济性最大化，提高工程效率。

3.3 BIM 4D施工模拟

利用BIM技术进行精细化施工模拟，对构件安装、节点连接等關键工序提前进行预演，提前预知现场安装问题。利用BIM技术结合工期，搭设整体脚手架，从施工模拟中妥善安排工期，从而达到缩减工期提高效率的目的。利用BIM技术进行现场漫游，结合4D施工模拟，进行虚拟的施工工艺展示，使施工人员更直观的了解桥梁整体。

由于前导梁较长，应力变化较大，连接处锚栓较多，利用BIM技术提前预知施工，从而保证锚固准确有效。

本项目中的顶推施工过程可以通过BIM技术结合施工方案进行提前模拟分析，优化施工方案，保证顶推施工的顺利进行。

4、BIM经验梳理

4.1 预制施工

因本桥顶推在竖曲线上，利用BIM技术提前进行模拟，调整滑道标高及底模板预拱值，解决顶推过程中出现的滑道与箱梁不拟合问题。利用BIM技术提前进行顶推模拟，预知施工。提前预知施工过程中横向偏移等问题，为实际顶推保驾护航。

4.2 安全防护

本桥跨越既有电气化铁路、客运专线、电务专用线、军事专用线等七条既有铁路，在施工时间和施工区域上的限制比较多，故主桥混凝土箱梁顶推施工期间保证既有线行车安全是本工程的难点，利用BIM技术模拟顶推，与各产权单位衔接，提前预知安全隐患，提前防护。

4.3 缩短工期

连续利用近60天高铁维修天窗施工平齐线和哈齐高铁间施工临时结构，利用BIM技术缩短工期近30天，减少对营业线行车影响。

4.4 认清BIM

BIM技术的应用，将为建筑业的发展带来巨大的效益。使得规划设计、工程施工、运营管理、乃至整个工程的质量和管理效率得到一个显著的提高。通过建筑模型使我们很直观的看到施工过程中应该注意的问题以及施工的交叉次序。BIM提供了可视化的思路，让我们将以往的线条式的构件形成一种三维的立体实物图形展示在人们的面前;在BIM建筑信息模型中，由于整个过程都是可视化的，所以可视化的结果不仅可以用来效果图的展示及报表的生成，还有项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论、决策都在可视化的状态下进行。

结语：

综上所述，本桥成功地应用BIM技术，不仅解决了实际施工中遇到的问题，更取得了良好的经济效益和社会效益。但我们依然半知半解的走在这条“康庄大道”之上。未来，在我们的共同努力下，相信BIM和实际施工的结合将会更好，BIM也将全方位的应用于实际施工之中。