基于BIM技术的铁路桥梁专业技术交底研究

2020-05-08张少朋杨斌卢孟凡

铁路技术创新 2020年1期

张少朋，杨斌，卢孟凡

（1.中国铁路设计集团有限公司，天津 300308；2.中国国家铁路集团有限公司工程管理中心，北京 100844；3.中铁十九局第一工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

设计交底是由建设单位组织、施工单位和监理单位参加，由设计单位对施工图设计文件和图纸文件进行讲解的一项技术活动。其目的是让施工单位、监理单位充分了解设计意图、设计内容和技术规范要求，明确质量控制的重难点［1］。在长期的技术交底实践中，传统技术交底一般依托于office 或者图纸，文字表达枯燥乏味，不够形象直观。而基于建筑信息模型（BIM）的可视化技术交底具有直观明了、易于理解等优点［2-4］。

1 方法研究

基于BIM的铁路桥梁技术交底在内容上与二维设计交底相比，交底内容和对象没有变化，变化的只是形式和手段。采用Composer、NavisWorks 等BIM 软件以及PowerPoint、Adobe Acrobat 等常规软件相结合的BIM 可视化和信息化交底方法，在虚拟数字环境下全面表达工程设计意图、技术标准和施工注意事项，提升施工单位对工程的了解，有利于建设单位对工程的全面把控［5-9］。技术交底路线见图1，不同交底方法分析见图2。

图1 技术交底路线

2 成果应用

2.1 装配式桥梁结构技术交底

新建京雄铁路部分桥梁段落采用装配式一体化设计、施工模式。装配式一体化由管桩、管桩承台、节段预制拼装圆端实体桥墩、预制无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁、装配式桥面附属和CRTS Ⅲ型先张轨道板等组成。节段预制桥墩采用场内预制和现场坐浆安装、灌浆施工方式。装配式桥梁附属采用工厂化预制和现场安装、灌浆施工方式。为了更好地指导施工，应用BIM 技术做好可视化设计交底，并做好施工组织变得尤为重要。

设计单位采用达索CATIA 建立BIM 孪生数字模型，由于达索软件3DEXPERIENCE 采用基于服务器的应用模式，模型展示尤为不便，可将模型导出为3DPDF 格式（见图3），用于施工现场技术交底。形成的3DPDF可用于设计阶段的方案汇报，辅助建设单位、相关产权单位进行相关决策。同时也可用于施工阶段的现场技术交底，使施工单位人员更好地了解设计意图。

图2 不同交底方法分析

图3 装配式结构整体模型展示

结构细部采用图片格式，能够从空间多维度反映装配式结构的构成，使参建各方能直观地理解设计方法，更好地开展现场施工组织［5］。管桩结构见图4，装配式桥墩结构图5。

2.2 拱桥钢筋技术交底

某铁路桥梁采用（110+228+110）m 预应力混凝土连续梁-拱组合结构跨越河流。该桥型具有结构刚度大、变形小、行车平顺性好等优点。梁部采用先梁后拱施工工法，主梁采用悬浇施工，拱肋在桥面上采用竖转就位。

图4 管桩结构

图5 装配式桥墩结构

连续梁-拱组合结构拱脚结构重要而且受力复杂，其预应力钢束、普通钢筋、拱脚加强钢筋及拱肋结构互相交叉干扰，通过建立BIM 模型能够指导二维设计优化钢筋布置，在此基础上进一步实现施工单位的深化应用，提高施工班组效率，保证混凝土浇筑质量。通过录制视频进行辅助现场技术交底，以可视化、多视角方式展示结构细节，使施工人员了解设计意图。连续梁-拱拱脚钢筋视频展示见图6。

图6 连续梁-拱拱脚钢筋视频展示

2.3 转体连续梁技术交底

京雄铁路桥梁跨越高速公路采用（72+128+72）m连续梁结构，其中主桥采用平面墩顶转体法施工，中墩设置转体球绞，其中上球绞设置在连续梁底部，下球绞设置在墩顶，在边墩设置临时墩、滑到梁等。利用Tekla 软件建立连续梁主体结构、桥墩结构、承台结构、转体贝雷梁支架及基础、滑道及拖拉系统等球绞精细化模型。通过建立连续梁全桥模型，BIM模型所见即所得［10］。

Tekla 模型可以友好地导出IFC 通用格式传递给Navisworks（见图7），其中Navisworks 作为解决方案支持所有项目相关方可靠地整合、分享和审阅详细的三维设计模型（见图8）。以桥梁工程BIM 模型为基础，通过Navisworks 展示软件，对桥梁工程进行构件三维显示，同时能够实现三维碰撞检查（见图9）和预应力钢束空间定位（见图10）等，可大幅度提高多方沟通效率、降低安全风险、提高施工过程管理水平、确保进度和工期。

2.4 连续梁支座技术交底

铁路连续梁球型钢支座构造复杂、结构构件多，利用达索CATIA 建立支座模型，在设计阶段可以进行碰撞检查。进一步利用Composer 软件将模型分解或者剖切，用于现场施工交底，同时可利用Composer 制作动画视频。3DVIA Composer 是达索旗下的软件，能够使创建2D、3D 图像和动画的工作大大简化，创建能力大大增强。Composer 中BIM 模型可以进行结构分解和剖切，具体见图11和图12。

图7 Tekla导出IFC

图8 IFC模型在Navisworks中展示

图9 碰撞检查结果

3 结束语

中国国家铁路集团有限公司要求以施工应用需求为主体，将BIM 技术与施工应用密切结合，实现对“BIM 工程化实施”的要求。BIM 以三维数字技术为基础，集成了工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体和工程特性的数字化表达。基于BIM 的三维可视化技术交底研究能够友好地解决设计单位与施工单位的BIM 模型传递问题，在此基础上以可视化、交互的方式与施工单位、监理单位就设计意图、重难点问题进行交底。与传统“平面+文字”方式相比，利用BIM 技术的交底效果明显提升，大大减少了因施工人员理解不到位而造成的施工偏差，可显著提升设计质量、缩短施工周期。