扬州市开发桥项目基于BIM的工程施工综合应用

薛玉波

摘要：针对扬州市开发桥项目结构复杂、质量要求高、施工难度大的特点，综合采用BIM技术，从BIM建模、施工方案模拟和优化、碰撞检查和监控平臺几个方面进行了深入研究和实践。项目实践结果表明，建立BIM模型，可减少设计中的误差，提高了构件厂的加工精度，避免由于设计和加工错误引起的工期损失。进一步将BIM模型和施工进度计划表相结合，利于项目参建各方共同发现施工进度中存在的不足。通过碰撞检查，可分析设计中的缺陷，提前处理，避免了由于碰撞问题的返工、误工。BIM监控平台的建立，可有效的解决了监控数据共享难的问题。BIM技术为开发桥项目的科学化、精细化施工提供了途径，更好的保证了施工质量，提高了施工效率，取得了良好的效果。

Abstract： The bridge of Kaifa in Yangzhou is of a complicated structure and high quality requirements. In order to manage the difficulty during construction， BIM technology was applied to this project. Modeling， simulation and optimization of the construction scheme， as well as collision inspection and monitoring platform were studied and put into practice. According to the project practice， the modeling helped to reduce design errors and improve processing precision， thereby avoiding construction time loss caused by design or processing mistakes. Furthermore， the model was combined with construction schedule to improve the progress for all parts of the construction. Besides， the collision inspection could analyze design flaws or problems and eliminate them in advance to avoid rework and delay. And the establishment of the monitoring platform resolved effectively the problem of monitor data sharing. In sum， the comprehensive application of BIM on the construction of Kaifa bridge makes scientization and refinement construction be possible， as well as a higher construction quality and construction efficiency. And the effect is satisfactory.

关键词：BIM技术；桥梁项目；施工应用

Key words： BIM technology；bridge project；construction application

中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）02-0108-03

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术是将建筑信息进行集成，并用于设计、建造和管理的方法，从2002年开始应用在建筑工程中。随着目前桥梁设计理念先进化的发展趋势，迫切需要与之相适应的施工管理模式，以达到设计和施工协同发展的目的[1]。传统的施工管理技术已不能满足这种要求，这给桥梁施工企业造成很大的困难。BIM技术的发展，为实现复杂桥梁的科学化、精细化施工管理提供了途径，能从根本上解决目前大型桥梁施工效率低、质量控制困难、设计变更多等问题[2-3]。

目前公开报道过在桥梁工程项目中采用BIM技术的有：沈阳云龙湖大桥利用BIM技术实现虚拟建造功能，对复杂的V型结构墩，建立可视化、信息元素详实的3D模型，以提高施工效率；上海市政工程设计研究总院利用BIM技术设计了江西赣江二桥；同济设计院采用BIM技术设计的宜兴范蠡大桥；广西南宁市东西—南北向快速路立交工程项目；重庆永江长江大桥采用BIM技术应用到桥梁施工的实践，四维模拟主跨钢箱梁合龙施工；江西南昌朝阳大桥；上海市奉浦大道金汇港桥在钢箱梁系杆拱桥的设计和施工中采用BIM技术，建立了详细的主体桥梁设计模型和临时施工设施模型，同时，在施工进度控制和钢箱梁预拼装上也深度应用了BIM技术。

本项目也将BIM项目应用于桥梁施工中。通过建立BIM模型，进行设计图纸的深化，利用BIM4D模拟和优化施工方案，采用碰撞检查技术避免碰撞问题影响施工。并建立BIM监控平台，实时共享监控数据和发布预警信息，保证施工安全，实现BIM技术在扬州市开发桥中的综合应用。

1 工程概况

1.1 工程介绍

扬州市开发桥项目是扬州市开发路东延跨京杭运河大桥，为一座独塔单索面不对称斜拉桥，跨径为35m+100m+135m+45m，为墩、塔、梁固结体系。主梁、主塔为钢结构，主墩为混凝土结构。主塔向边跨侧倾斜79.7°左右，顺桥向为双柱帆式造型，横桥向为竖一字形变截面塔。主梁采用封闭钢箱梁，桥面全宽39m，主梁梁高3.3m。桥梁整体造型如图1所示。

1.2 工程特点和难点

1.2.1 宽幅单索面主梁。钢箱梁全宽38.7m，主梁梁高3.3m，采用封闭箱梁，顶板设1.5%的横坡，底板采用流线型，整个断面与引桥斜腹板断面相匹配。全桥钢箱梁分为38个梁段进行加工制造，板材材质选用q345qD，总重6207.368t。箱梁宽度和宽跨比较大，单个节段自重较重，拉索分次张拉，分节段悬臂拼装，施工环节较多。

1.2.2 帆式异型主塔。主塔向副跨侧倾斜79.7度左右，桥面以上主塔高68.238m，顺桥向为双柱帆式造型，横桥向为竖一字形变截面钢塔。桥面以下为下塔柱（主墩身）；桥面以上为上塔柱。采用塔墩梁固结的结构体系，靠近主塔附近的主梁结构在施工过程中受力较复杂。

1.2.3 不对称悬臂施工。主塔钢结构采用分节段安装。边跨钢箱梁在支架上安装，主跨和副跨钢箱梁采用不平衡悬臂拼装。

2 BIM应用

2.1 软硬件环境

软件主要采用Tekla和Revit建模，漫游仿真和施工模拟采用Navisworks，施工监控用Visual Studio开发。硬件包括一台模型工作站（DELL Precision T7600），两台建模PC机（DELL Precision T5600），服务器租用微软Azure云。

2.2 BIM建模

采用Revit对桥梁进行建模，建模过程从构建族开始，然后用构建族建梁族，最后完成桥梁的建模。在创建构建族之前，需要先定义族参数，这样完成后的族就可以项目中进行相应的信息显示和修改。可以在构建族或梁族中根据需要定义任何族参数，这些参数会显示在项目载入族的“属性”面板或类型属性对话框中。部分完成后的构建族和梁族表1所示。

将完成的族载入到项目中，按照设计图纸的完成项目模型的构建。完成后的项目模型如图2所示。

通过BIM建模，可以进一步将图纸细化、补充和完善。通常，设计院出的施工图，在实际实施中，会达不到施工现场要求的深度。通过BIM建模，一方面可以检查设计图纸，避免图纸中不准确或者不完善的地方影响到项目的实施。另一方面，可以对重点部位进行BIM深化设计，满足实际施工中的需要。施工中的各专业分包，可以利用BIM模型，进行施工方案、施工工序的确定，清晰直观的发现后期施工中可能会出现的问题，提高施工效率，节约施工成本。

此外，本项目还将BIM模型用于预制构建的加工。本项目钢结构部分，全是从工厂预制好了运到现场安装。通常预制厂会采用传统的二维图纸来制作构件，可能会存在因为尺寸精确而造成安装误差。本项目钢结构构件较多，尺寸精度要求高。通过BIM模型，可在三维图形中产生构件加工图，避免了加工图的精度问题产生的误差。构件厂也能通过三维图纸直观的了解构件尺寸、材质等各种加工信息，以提前安排生产，确保施工进度。

2.3 施工方案模拟和优化

在完成的BIM三维模型中加入时间维度，形成BIM4D，就可以进行虚拟施工模拟[4]。利用Navisworks提供的TimeLiner模块，在场景中定义施工时间节点周期信息，并根据所定义的施工任务生成施工过程模拟动画。在进行桥梁施工过程模拟时，按照施工方案定义施工任务，包括计划开始和结束时间，然后确定施工任务类型，就可以进行施工过程模拟。并根据施工模拟结果，调整和优化施工方案。开发桥主梁吊装的施工过程模拟如图3所示。

采用动画方式来进行施工过程模拟，使得复杂的施工过程变得清晰。相比传统的甘特图表示施工过程，动画模拟能更清晰明确的展示施工过程，在方案交底的时候更加直观，有利于选出最优方案。

2.4 碰撞检查

桥梁施工中预埋件较多，如预应力管道、索导管、冷凝管等。这些预埋管件容易与图纸中的其他构件产生空间冲突，可以通过模拟碰撞检测，来分析预埋件布置方案的缺陷，提前修正以避免影响实施[5]。

利用Navisworks提供的Clash Detective工具检测模型图元是否发生碰撞。Clash Detective工具可自动根据用户所指定两个选择集中的图元间，按照指定的条件进行碰撞测试，当满足碰撞的设定条件时，Navisworks将记录该碰撞结果，以便对碰撞结果进行管理。本文采用碰撞检测的方式查看桥墩冷凝管布设是否与钢筋发生碰撞，结果显示冷凝管无碰撞，设计方案符合要求。碰撞检查结果如图4所示。

2.5 施工监控

开发桥结构为多次超静定，结构受力较为复杂，影响因素多。因此，监控数据较多，施工时间周期也比较长，控制难度较大。基于BIM的施工平台管理能显著的提高施工管理效率[6]，本文采用BIM技术，建立基于BIM的开发桥监控平台，实时共享监控数据，发布预警数据。以方便参建各方动态掌握监控过程，更加精准的控制施工质量，确保施工安全。平台开发主要采用ASP.NET 4.6技术，以SQL Server 2014作为数据存储对象，并在微软Azure公共云上进行运行。

3 应用效果

在本项目的实施中，BIM技术在施工中取得了一定的成效，包括以下几个方面：

①通过建立BIM模型，减少了设计中的误差，提高了构件厂的加工精度，避免由于设计和加工错误引起的工期损失。对关键部分进行深化设计，提高设计图纸与现场实施条件的匹配度，有效解决设计与施工不一致的矛盾。各专业分包单位通过BIM模型，熟知各自的作业内容和范围，加深对图纸的理解，避免今后施工中的冲突。

②通过BIM4D模拟施工过程，直观、精确的反应开发桥的施工过程。将BIM模型和施工进度计划表相结合，利于项目参见各方共同发现施工进度中存在的不足。并根据BIM4D模型，反复调整施工过程，进行施工方案的優化。

③通过碰撞检查，分析设计中的缺陷，提前处理，避免了由于碰撞问题的返工、误工，节约了施工时间。

④通过建立基于BIM的监控平台，有效的解决了监控数据共享难的问题。将施工监控与BIM结合，可第一时间将监控数据上传到BIM模型，方便项目参见各方实时查看监控数据和预警信息，提高了施工安全，保证了施工质量。

4 总结

本文主要针对BIM技术在扬州市开发桥中的应用研究，并就应用效果进行了分析，取得了一定的效果。虽然本项目中BIM项目的应用包括了建模、施工方案优化、碰撞和监控平台等几个方面的内容，但是与全过程、全方位的BIM应用相比还是存在一定的不足，有待于更近一步的深化。随着计算机技术和云技术的发展，今后应在微信小程序、虚拟现实等技术的辅助下，更好的实现BIM的价值。

参考文献：

[1]程海根，沈长江.BIM技术在桥梁工程中的应用研究综述[J].土木建筑工程信息技术，2017，9（05）：103-109.

[2]王凤琳，冯浩，王健，缑变彩.BIM在桥梁施工中的应用分析与探讨[J].公路交通科技（应用技术版），2015，11（10）：183-185.

[3]张海华，刘宏刚，甘一鸣.基于BIM技术的桥梁可视化施工应用研究[J].公路，2016，61（09）：155-161.

[4]史瑞英，贺洪波，张现林.BIM技术在永川长江大桥施工中的应用研究[J].图学学报，2016，37（04）：556-560.

[5]王东伟，李响，王侥钢，刘博.乐清湾大桥斜拉桥索塔施工BIM技术应用[J].公路，2016，61（11）：100-104.

[6]马少雄，李昌宁，徐宏，王闯，陈存礼，赵钦.基于BIM技术的大跨度桥梁施工管理平台研发及应用[J].图学学报，2017，38（03）：439-446.