BIM 技术在京雄铁路转体连续梁桥施工中的应用

彭志新

(中铁十九局集团第一工程有限公司 辽宁辽阳 111000)

1 引言

BIM 最初由建筑行业提出，后逐渐拓展到整个工程领域。 BIM 技术基于三维数字技术，可以全面管理和协调建筑物结构的整个生命周期，并以数字化方式承载和直观地表达建筑物的物理特征的功能特征。

近年来，信息技术在建筑行业中的应用发展迅速，BIM 技术已在许多建设项目中得到应用，这也表明BIM 技术在建筑领域的应用已进入相对成熟的阶段。 可以预见，BIM 在建筑领域的应用必将带动BIM 技术在其他行业的快速发展[1-2]。

目前，BIM 技术在中国铁路中的应用还处于起步阶段。 桥梁工程的管理水平和施工技术水平决定了整个项目的利益，也决定了企业的发展和市场竞争力。 BIM 技术作为信息技术快速发展的一项重大成就，它为施工企业的科学化管理和精细化管理提供了一种新的方法，已成为企业发挥竞争优势的有效途径[3]。 本文以京雄城际铁路固安特大桥工程为背景，探讨了BIM 技术在转体连续桥施工阶段的应用。

2 工程概况

京雄城际铁路工程是国家重点建设项目，这是连接北京市区、北京新机场和雄安新区的重要铁路运输线，是描绘雄安新区“千年大计”宏伟蓝图和京津冀协同发展的重要组成部分。 京雄城际铁路固安特大桥设计采用一联(72 ＋128 ＋72)m 转体连续梁，是本项目的控制性工程之一，该桥跨越廊涿高速公路，与廊涿高速公路交角39.5°，该连续梁采用边跨合龙后的不平衡转体梁＋地面滑道梁配合钢管混凝土临时支墩转体，在27＃和28＃主墩墩顶设置转动球铰，在26＃和29＃边墩侧设置牵引滑道系统，梁体在廊涿高速公路两侧旁位支架现浇，桥梁转体长度为135.85 m，转体重量分别为8 400 t，通过牵引设置在边支点和下滑道梁之间的滑道体系，使梁体绕中支点球铰转动39.5°实现合龙。

3 BIM 实施策划

该(72 ＋128 ＋72)m 转体连续梁是国内350 km高速铁路第一次采用“边跨合龙后的不平衡转体梁＋地面滑道梁配合钢管混凝土临时支墩转体”形式的连续梁，临近既有高速公路，具有较高的技术含量、较大的施工风险、工期紧等特点，因此在具体的施工中非常复杂，也非常困难，项目部决定从技术方面和管理方面扩展BIM 技术应用[4]：

(1)技术层面。 按照施工工序、施工方法等深化BIM 模型，并应用BIM 技术的三维可视化功能解决预应力管道的三维空间定位、复杂构件钢筋的三维可视化指导、钢筋的碰撞检测、现场布置等问题及虚拟仿真施工技术交底，提高施工现场的生产效率，减少施工阶段错误和返工。

(2)管理层面。 为了深入探索、挖掘BIM 在铁路施工中的应用价值，选择该转体连续梁工点开展BIM 应用，使用BIM 技术实现铁路桥梁工程集约和精细化的施工管理方法。 建立以BIM 平台为核心，以BIM 模型为载体，利用BIM 系统的直观形象、可计算分析、全生命周期管理等特点，将施工过程中进度、成本、材料、安全、质量和工艺等信息，帮助管理人员进行有效的决策和精细管理，确保诸如施工计划、进度、材料、安全、质量等管理要素是可管的和可控的，从而提升工作效率、质量，缩短工期[5-8]。

4 BIM 技术在施工阶段的应用

4.1 精细化模型

因为支架结构包含大量的各种构件，因此当各个构件在相交叉时，经常有互相冲突的情况发生，随着支架搭设，如果出现位置冲突情况发生，更改纠错将会十分麻烦，从而严重影响施工效率。 转体桥支架施工前通过BIM 技术建立三维精细化模型(见图1)。 在模型中还原各种构件的尺寸和位置，找到各构件之间相互交叉冲突的位置并以表格和视图的形式记录下来，然后提出优化建议，从而可以在搭设支架前消除隐患，并提高现场施工效率，以确保施工过程顺利进行。

4.2 可视化技术交底

球铰是转体的核心部件，因此对施工安装的精度要求很高，在施工过程中，安装球铰顶面任意两点误差不大于1 mm，中心纵向和横向误差不大于1 mm。为了满足球铰施工安装的精度要求，在施工前，先利用BIM 技术建立精细化的球铰构件模型(见图2)，然后对现场施工人员进行可视化的技术交底，更加简单、直接、易于理解地指导球铰的安装施工，保证了球铰的安装质量[9]。

图1 支架精细化模型

图2 球铰三维可视化模型

4.3 0＃段钢筋优化及碰撞检查

该转体连续梁0＃段具有节段长、高度高、钢筋和预应力筋纵横交错以及操作空间小，尤其支座上方钢筋密集分布，混凝土流动及振捣非常困难，容易造成支座附近混凝土不密实，甚至容易产生露筋、空洞、蜂窝麻面等质量通病，也会严重影响连续梁的质量。 本项目决定运用BIM 的新理念、新技术、新方法来研究连续梁0＃段施工，创建三维模型，使用BIM 模型的三维可视化功能，钢筋优化(见图3)、预应力管道三维布置(见图4)及0＃段振捣方案(见图5)。 同时根据优化、碰撞检查的成果，进行三维可视化技术交底，以使作业人员了解施工作业要点，提高工作效率、减少返工，并预防安全风险[10]。

图3 钢筋优化

图4 预应力钢束三维空间定位

4.4 施工过程管理应用

4.4.1 进度管理

在传统进度管理中，难以制定计划，无法掌握进度节点，无法及时发现滞后工作，经常跑工地、开会和打电话，耗时耗力。 施工前，通过BIM 施工管理平台，根据年、季度、月、周对工程进度预先计划，分析进度计划安排合理性，明确各阶段进度目标。在施工过程中，实时监控工程的进度，并通过模型的颜色反映不同进度状态(见图6)，如正常完工、延迟完工等多种状态，并全方位、多角度显示工程进度，辅助进度管理。 使用偏差分析功能可以将计划时间与实际时间进行比较和分析，找出滞后工程对工期的影响，找出产生偏差的原因，并调整计划。

图5 0＃段振捣方案

图6 三维形象进度管理

4.4.2 安全质量管理

在BIM 施工管理平台中对转体梁支架进行监测，使用该平台建立BIM 模型与设备之间的关联，并形成用于安全和质量管理的信息数据库。 通过点击模型构件，可以在平台上清晰地追踪所涉及的原材料、质量检验信息、施工过程，充分实现了安全质量信息的可追溯性，并对工程施工过程中的安全风险进行管理，包括风险查询、预警、短信提醒和应对措施等，有效提高了工程精细化管理水平。

4.4.3 BIM 和GIS 融合

BIM 和GIS 的集成应用程序实现了多层次的施工管理，该管理结合了基于GIS 的全线宏管理，基于BIM 的标段管理以及路桥精细管理(见图7)。

4.4.4 成本管理

基于工程系统分解，结合进度数据，根据清单价、劳务价、成本价等，按照预设计算公式计算某施工阶段、限定里程范围、各分部分项工程的成本，智能估算成本和产值，为成本控制、验工计价等提供参考(见图8)。

图7 BIM 与GIS 集成

图8 成本分析

5 结束语

近年来，信息技术在建筑行业中的应用发展十分迅速， BIM 技术已在建筑项目中广泛使用。 由于BIM 技术已被纳入国家科技攻关计划，越来越多的建设方和地方政府的业务需求推动了BIM 的应用政策，BIM 技术在建筑行业领域的探索、推广和应用将呈现不可阻挡的趋势。 但是，BIM 技术的应用是一个长期的连续实践过程，在铁路行业仍然需要深入的研究和思考。 BIM 技术在顶层规划设计应用更为重要，随着国家基础设施投资的不断增加，BIM 技术在高速铁路领域的应用前景广阔，“BIM ＋”在企业中的作用日益明显[11-12]。

通过将该BIM 技术应用于京雄城际铁路四标转体桥，消除了设计图纸和施工中隐患，使用BIM技术进行施工过程中的关键工序模拟和可行性验证，以总结、改进和优化施工组织方案、优化资源配置、阐明施工质量控制的要点，将研究成果直接应用于工程实践，避免了返工引起的人员、材料、设备的浪费，大大提高了项目的施工质量和安全管理水平，培养和锻炼了一批管理人员和BIM 技术的专业队伍，公司的精细化管理水平得到了极大的提高。在BIM 技术的成功应用下，实现了国内高铁的首次采用“下滑道牵引墩顶不平衡转体”连续梁的转体成功，为公司树立了良好的形象，取得了良好的社会效益和经济效益。