BIM技术在某悬索桥锚锭施工中的应用

杨永清， 张 琳

(西南交通大学， 四川成都 610031)

工程项目如何高效管理与实施是个经久不衰的热点问题，特别是在建筑领域，近年来，随着建设项目越做越大，无论是从结构造型复杂程度或是内部功能设施等多样化都在无形之中增加了建筑物的设计与建造难度，这样一来，工程师之间或是甲乙双方之间的有效沟通与交流也显得愈发重要，进度的重要性自不必说，然而进度滞后可以说在每个工程项目中都无法做到尽善尽美，为了保证进度按计划进行，实现勘探设计施工监理等工作的协调一致，BIM隆重登上历史舞台。

BIM技术并不是一种简单的软件或是说用来建模型的众多工具合集，而是一种进步的理念。通过BIM技术建立参数化、数字化的信息模型来实现对工程项目相关的实际信息实现有效监管与控制，各方单位再根据所需提取的信息，及时达成信息的交流与传递，进而达到建设各阶段的有效管理，提高效率与此同时降低风险，一举两得。

1 工程概况

某悬索桥北锚碇为重力式嵌岩锚，分别由锚块、散索鞍支墩扩大基础、散索鞍支墩等组成，其中支墩基础尺寸为60.0m×24.1m×6.6m，支墩尺寸为13.4m×13.1m×16.2m，锚块尺寸为60.0m×35.357m×33.064m，混凝土为C30，均为大体积混凝土。其效果图如图1所示。

图1 北锚锭3D效果

2 锚锭施工难点

(1)锚碇混凝土断面尺寸大、单次浇筑量大、浇筑时间长，分层浇筑间隔时间较长时极易因层间水分蒸发过快导致收缩开裂。锚块与支墩基础长宽比接近或大于2∶1，长宽方向膨胀收缩量不一致，容易于长边中间部位开裂。

(2)锚碇混凝土预计工期在2017年8月份～2017年12月份，既包含高温期施工，浇筑温度控制难度较大；同时又包含冬季施工，外表面保温较难控制，内表温差控制难度大。

(3)在预应力钢束进行是实体定位时的预留孔洞位置定位多而复杂，同时锚锭内部的预应力钢束、冷却水管、构造钢筋之间穿插交错，可能会发生钢筋碰撞等问题，给施工人员技术上带来困难，一旦出错可能造成后期返工甚至延长工期，那么在合理工期内，尽量减少变更带来的经济损失和工期延误，同时保证工程质量为施工难点也是重点(图2)。

图2 北锚锭预应力钢束与冷管相对位置

综合各方面因素考虑后，施工单位决定采用BIM技术来辅助施工。

3 BIM技术在锚锭施工中的具体应用

BIM技术主要应用在房建相关领域，特别是在欧洲发展已近成熟，但对于我国来说，BIM技术在桥梁方面的应用仍处于初级阶段。例如REVIT系列中诸如墙、柱、门、窗等默认构件参数无法运用到桥梁模型建设中，故而需要重新根据需要通过族或是体量建立参数化族构件，建立出想要的模型。

3.1 参数化设计(参数化可控的标准构件)

参数化设计是指通过设置多个参变量，从而通过参数调节将其反馈的信息可视化，用户则通过调节这些变量来生成自己想要的产品形态，如一个模型的建立，它自身的属性，无论是几何属性还是非几何属性，都是面向对象的。它大大减少了建模过程中的重复性工作，小到针对某一类构件，若是不符合设想，只需要在属性中略加修改便能得到想要结果。

本工程在建立锚锭时，一般构造共分为四个部分考虑：散索鞍支墩、支墩基础、锚体、后浇段。对于锚块(图3)，考虑到需要分15层进行浇筑，且每层混凝土中冷管分布两层布置，那么可建立参数化族，这样每一层混凝土边长尺寸等皆可进行调整，同时将其导入到项目中将调整好尺寸的各族进行整合成组。同理其他几部分也可由此得到。

图3 北锚锭锚块分层浇筑示意

建立冷管时如图4，有两种方法，一种是利用REVIT自带族库，建立参数化的冷管，其原理同上述分层锚块的建立方法。另外一种方法则是利用Dynamo进行简易编程，将冷管排布方式与各层混凝土之间的逻辑关系用语言的方式建立起来，然后按线生成冷管，再将冷管的各性质参数在Dynamo中赋予。

图4 北锚锭锚块分层浇筑示意

3.2 可视化编程

在建筑领域，并非每个设计工程师都能灵活运用诸如编程之类的计算机程序设计语言，若是设计工程师一旦有某些想法便能通过简单界面交互加以实现，这无疑大大提高工作效率，可视化编程无疑提供了一个很好的引导方向。可视化编程指的是在编程中无论编程进行到哪一步都可及时看到结果以便进行调整，它并不是输入一系列代码给计算机读取，而是像画流程图一样，通过逻辑思维，以一种可视化的方式建立的构造程序。简言之，通过建立若干个小盒子，再通过箭头以一定的逻辑将其连接起来，轻而易举地解决了编程的难题。

犀牛中有一款插件叫做Grasshopper的插件能实现该操作。但是在REVIT中，在这个BIM环境条件下，至少是在插件Dynamo出现之前并无相关软件能达到同样效果。那么既然Grasshopper能达到更好的效果，为什么要提及并不够成熟的Dynamo呢？就像前文提及的，REVIT在建筑领域独树一帜最大的优势便是它的交互平台与信息管理能力，它提供给了各参与方一个直观、清晰、可用以沟通协作的公共信息平台。尽管REVIT比不上犀牛形状的多样化，但针对目前的建筑体系已经是绰绰有余，故而Dynamo的出现便显得尤为重要，通过Dynamo提供的可视化编程界面，随心所欲编写想要的逻辑算法与程序。另一方面，将自适应构件与Dynamo结合使用，可实现对模型更为复杂和精确的控制。

锚锭中的预应力钢束的建立可以使用基于线的公制常规模型，可借助于Dynamo对于各锚拉索孔道定位，然后这里要提一下，Dynamo在进行模型建立时一般可根据各模型之间的关系，或者说相当位置关系将其确定下来，基线则是来自勘探设计院的路桥等中心线确定其绝对坐标，这样一来可利用Dynamo得出各构件的绝对坐标，并直接输出至表格，在施工时可直接将各坐标值导入全站仪进行实体定位。一方面保证了开洞定位的准确性，另一方面可节省工人人工计算输入的时间。利用BIM模型提前计算锚固槽口定位点坐标，模拟槽口模板形状、尺寸。有助于提高模板的精度，并利用BIM模型出的坐标快速定位，提高施工效率。

3.3 碰撞检测

锚锭施工过程中将会涉及到预制构件、钢筋、混凝土、大型机械设备等的进出场，冷管、预应力钢束精准定位复杂繁琐，钢筋与管道布置冲突以及钢筋的加工绑扎任务重等，这一系列问题导致向技术工人进行技术交底也存在一定的复杂性。为简化此类问题，对锚体内钢筋、防水材料、温控冷却水管、定位支架及预应力索管等进行碰撞检查，减少各构件相互之间存在碰撞干扰是十分必要的。

通过对锚锭各组成部分进行精确建模后，再利用Navisworks对所建三维模型进行碰撞检查。其中一部分检查结果如图5所示 ，可以看出预应力钢束分别与第14层和15层的水管碰撞，REVIT可以将诸如此类的问题准确地反馈给设计人员来进行方案优化，预先解决各预埋件之间的空间碰撞问题，以免影响工程进度和质量，提高施工效率。

图5 预应力钢束与冷管碰撞检测示意

3.4 工程量计量

BIM技术在工程量算量方面的应用已经十分成熟，特别是在建筑领域。在BIM技术尚未普及之前，我国的工程量计算大多以图纸为核心，根据设计人员给出的各构件信息通过人工核算来得到工程量。BIM中文为建筑信息模型，顾名思义，BIM技术的核心优势便在于对工程信息的管理并将信息存储于数据库，方便随时调用，极大的提高了计算效率，还不易出错。它的精度取决于人工建模的精度，简言之，若是我们严格按图建模，那么得到的工程量便是我们需要的工程量。

如图6所示分层后的锚块，每层混凝土所需要的工程量可以直接读取出来(表1)，特别是对于这种并不算规整的模型，根据模型的建立即可得到相应的工程量，减少人工统计带来的误差，提高工作效率，另一方面，将材料进场时间加入到Navisworks建立的4D模型中，达到及时供应，又不额外多占工地仓储的效果。简言之，通过工程算量，可使各部门通过网络共享数据，实时更新数据库，精准地统计每个阶段的工程量信息，达到对该信息模型协同管控。

图6 锚块工程量计算分层

4 结 论

在锚锭施工过程中，利用BIM技术，对工程进行可视化建模、施工模拟、碰撞分析等，达到了优化施工方案，缩短工期，从而降低成本的目的。从本文对于锚锭这一块对BIM技术的综合应用来纵观全桥可以看出，桥梁建设施工领域的应用和建筑领域还是有所不同的，单从建模来说，桥梁建模过程中的轴线定位来自于勘探设计院对实际地理位置的扫略得出，再来加以利用，在建模过程中要积累丰富的参数化截面，因为建桥并不像建房，有类似门窗梁柱等可以直接拿来用，组成桥梁的每一个构件可能都需要我们单独建好，设置成参数化留以后期备用。故而，至少在桥梁这一块BIM建模标准及管理体制应得以完善，从而提高BIM技术应用水平，推进社会信息化建设。

表1 锚块分层工程量