BIM技术在桥梁预应力结构中的应用研究

刘中华

【摘要】预应力是桥梁施工中一种常见的施工技术，施工质量的好坏控制直接影响桥梁结构安全性和使用寿命。本文依托武汉北四环线1标项目，应用Revit2018对预应力构件进行BIM模型建立，从预应力筋下料、波纹管定位、骨架钢筋安装等方面控制，通过Navisworks2018进行碰撞检测，找出图纸问题，提出深化设计方案，同时将BIM模型及复杂细部節点导入e建筑云平台，现场管理人员可通过手机客户端对工人进行交底，将以提高预应力结构质量管控。

【关键词】BIM技术；桥梁；预应力；结构应用

武汉北四环线1标项目共有5座特大桥、2座匝道桥，其中的35联现浇箱梁、2416榀预制小箱梁、跨刘大路分离立交桥48座大悬臂盖梁及11座空心薄壁盖梁均为预应力结构，预应力施工应用范围广、结构工程量大，加上高速公路建设要求较高，预应力结构施工质量控制十分重要。项目采用Revit2018建模，指导结构预应力安装及施工；利用Navisworks2018找出碰撞点，施工前提出深化设计方案，避免返工；运用e建筑云平台，从手机端查看轻量化模型对现场构件施工进行针对性跟踪管控，达到质量管控有效性。

1、预应力控制难点

预应力在桥梁施工中应用较为普遍和广泛，其施工技术影响因素多，针对本项目工程，控制难点主要表现为以下几点：

（1）预应力现浇箱梁截面尺寸较大，曲线变化段多，腹板及横梁位置处钢筋排布密集，预应力管道和结构钢筋的相互干扰，线形控制困难。

（2）预应力体系受力复杂张拉难度大、控制不到位将影响结构施工质量。

（3）波纹管成孔的预应力管道线形定位偏差大，容易造成管道摩阻系数大。

（4）预应力结构在施工过程中，具有其不可逆性。

针对预应力结构的特点与施工需求，依托本项目预应力结构，项目开展基于BIM的预应力结构施工过程前的控制与优化、过程管控等方面研究。

2、BIM技术应用实施

2.1 应用流程

预应力结构三维模型创建→碰撞检测→施工深化设计→施工前期交底→安装过程控制

2.2 模型创建

预应力结构包括混凝土结构、预应力钢绞线、钢筋，在对设计图纸进行详细熟知后，通过revit2018+autocad进行模型创建。对于形状较为规则的预应力构件（大悬臂盖梁、门型薄壁盖梁、预制小箱梁）可以采用拉伸、放样融合等传统的方式进行创建。

变截面曲线型预应力箱梁根据测量放样出的桩位点x、y、z三维坐标，导入autocad形成三维多段线放样路径，接着将多段线通过pedit、spline命令将其转为空间样条曲线，再在自建常规族中导入cad空间样条曲线，载入箱梁体量族进行曲线型现浇箱梁模型创建，预应力钢绞线的定位布设采取同样方法操作。

2.3碰撞检查

三维模型创建完成后，利用Navisworks在模型中对预应力结构钢筋、波纹管进行碰撞检测，找出构件冲突点，进而实际施工时做好调整，便于后续施工。

2.4变更及深化设计

根据碰撞点找出影响预应力管道位置的钢筋，在不影响结构受力的情况下进行钢筋图纸变更。项目技术部利用BIM建模，对预制小箱梁进行revit建模，经过碰撞检查得知小箱梁底板8根14#钢筋同N4预应力钢束存在位置交叉点，及时向业主技术部、设计单位沟通，对其进行变更。

由于预应力现浇箱梁施工过程的繁琐，再加上项目施工工期紧张，按照现有设计单端张拉顺序无法平行施工，为确保现浇箱梁施工进度满足总工期要求，项目部对张拉顺序影响的汉施互通匝道桥及相接扇子湖特大桥现浇箱梁进行调整：CK0+152、DK0+283.060、EK0+282.17匝道桥第2联由单端张拉变更为桥面张拉，扇子湖特大桥右幅第3联、第7联、右幅第8联由左端单端张拉改为右端单端张拉，使得其相邻匝道能进行平行施工。

通过将前期建好的现浇箱梁Revit模型，导入Midas Gen，依据预应力张拉方式的不同，对模型预应力筋的开始点和结束点数量和位置、设计控制应力值σcon等进行参数设置，通过验证张拉方式变更后施工能够满足设计施工质量要求，设计院也同意项目部变更申请。

2.5施工前期交底

利用建立的模型进行工艺工序可视化模拟，对项目管理人员及劳务队进行可视化技术交底。

2.6过程控制

利用Revit建模软件对变更后的钢筋、预应力束图纸进行下料出图，用于指导现场加工，通过将过程技术资料、质量整改通知单及安全生产检查记录等信息录入至e建筑云平台，把质量、安全等管理信息在平台上整合，同时将轻量化BIM模型、细部节点信息导入，现场责任工程师和质检工程师可利用手机移动客户端进行查看，对施工过程进行控制，辅助管理。

总结：

BIM技术在桥梁施工中应用大部分还只停留在设计阶段，类似于预应力结构不同时段力学性能和变形状态、张拉压浆施工阶段质量安全检测等还没有得到有效应用，同时单一的BIM应用软件存在局限性，各种BIM软件的运用有待共同发展和相互衔接，随着BIM全寿命周期应用的推广发展，还要从软件的功能级应用，向多端系统平台、集成管理等方向进行。

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