BIM在跨路现浇箱梁施工管理中的应用研究

王雪颖， 张天宝， 李庆文

(1.北京科技大学 土木与资源工程学院，城市地下空间北京重点实验室， 北京 100083； 2.中建三局 基础设施建设投资有限公司， 武汉 430073)

随着信息技术快速发展及“普适性”、“高效益”特点，尤其是“5G”时代的来临，以BIM为代表的建筑信息技术越来越受国内外的关注[1]。自1975年BIM概念提出至今，国内外学者对房屋建筑领域从理论、实践、软件开发等方面进行了大量关于BIM的研究[2-5]，据统计，我国建筑信息化率为0.1%，尽管经过了近些年快速发展，总体还不到发达国家的10%[6]，相比于房屋建筑，桥梁结构异型、施工过程特殊、装备多、里程长等特点，桥梁工程施工信息化普及速度较慢，信息化率更是微乎其微，部分集中在工程量核算、施工模拟、理论方法等方面[7-11]。桥梁施工管理传统模式一般根据二维CAD图纸，凭借空间想象和施工经验进行相关计算和管理，容易出现人为主观错误。BIM技术具有可视化、协同化等特点，合理运用BIM技术进行计量、“直播式”动态施工模拟等有利于准确高效施工管理，减少失误和返工、提高桥梁施工信息化管理。

跨城市主干道现浇箱梁是联通城市道路的重要部位，其安全、高效的完成浇筑施工关乎行车路人的生命安全以及施工线路的顺利贯通，加强对跨城市主干道现浇箱梁现场施工管理至关重要。经对比，本文引入Autodesk revit系列软件对该跨城市主干道现浇梁建模分析，有效指导了施工作业，并根据施工实践经验建立了施工管理实施框架。

1 工程概况

该联现浇梁跨某城市主干道，为一联5跨连续现浇箱梁，桥跨布置(2×30+40+30+29 m)，与城市主干道斜向相交28°，周围有支路交汇。桥面宽度为20 m，梁高2.4 m，箱梁顶宽20 m，底宽13.038 m，采用单箱三室断面，顶板厚度25 cm，底板厚度25 cm，跨中腹板厚50 cm，梁端腹板厚100 cm，中横梁宽200 cm，端横梁宽150 cm。边腹板为鱼腹式斜腹板，上下倒角分别为R50 cm和R25 cm，主线桥翼缘板悬臂长度2.75 m，厚度为22～50 cm，本文只针对该联第三跨(40 m)跨路现浇梁进行研究，现浇梁施工效果图如图1。

图1 现浇梁BIM模型图

2 BIM工程实践

2.1 3D模型的构建

传统桥梁施工管理模式一般是管理人员先全面了解桥梁结构的二维图纸，通过大脑想象和工程经验对工程进行全面熟悉，进而对施工进行指导。前期看图耗费了大量的时间，如果工程量较大、结构复杂，管理人员的出错概率也可能会增大，导致施工常处于事后管理的被动状态。BIM技术以三维数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，通过n维模型对工程项目设施实体与功能特性进行数字化表达[12]，在施工过程中能过达到高效准确、实时动态的管理效果。以设计院最终确定的CAD图纸为基础，用Autodesk revit系列软件构建了该跨城市主干道的整体模型，该模型LOD为300，包括灌注桩基、跨路门洞搭设方式、鱼腹板式现浇箱梁等构件参数，方便施工过程检查和指导，具体模型如图1和2所示。

图2 桥梁构件族

2.2 施工前布控检查

施工前利用该BIM模型将主干道与周围支路进行交叉碰撞模拟，确定了该跨路门架适宜的架设位置以适应车辆人员通行，同时也优化了混凝土泵车浇筑的可行线路，以达到对浇筑面全覆盖、多个浇筑点同步施工，泵车浇筑模拟如图3所示。

图3 现场混凝土浇筑施工模拟

跨路现浇梁净空大小关系着桥下道路行车安全，规范规定城市主干道桥梁净空不得小于5 m[13]。该跨路现浇梁单幅采用3排每排6根经检测合格的钢管柱支撑加贝雷片、工字钢进行门洞支架搭设施工，由于地面标高不一，贝雷片和工字钢高度固定，通过现场设计钢管柱的长度保证桥面标高的准确，钢管柱长度精确化设计尤为重要，否则需要临时更改施工方案、严重时可能会拆除重搭。基于以上建立的BIM模型，确定钢管柱位置后，即可测量钢管柱高度，检验出有一排6根钢管柱出现计算错误，见表1。经分析发现由于桥梁横坡变坡计算时错误，最终更正。实际架设过程中没有出现较大调整，钢管柱长度合理，经测量桥梁标高符合设计要求。

表1 钢管柱高度一览表(部分)

2.3 工程计量

BIM技术常见的应用之一就是以明细表的方式展现模型中各种统计数据信息，包括钢筋明细表、混凝土明细表等。这正是工程造价的核心内容——工程计量。随着模型的调整，明细表数据自动调整，也能导出.txt文件再导入Excel软件或其他软件中作深入统计分析，降低了人工统计失误并节约了大量整合时间，缩短工期[14]。现浇梁中钢筋和混凝土材料作为主要材料，是成本控制的关键因素，对该跨路现浇梁钢筋、混凝土数量进行部分统计，通过与图纸复核，发现部分数量错误，见表2。通过实践说明BIM模型能够很好的帮助造价管理人员进行计量分析，快捷、准确，有利于成本管控。

表2 主材复核数量统计表(部分)

基于进度管理中的“香蕉曲线”[15]，以进度为横坐标、累计完成量为纵坐标，结合BIM三维模型，得到了施工进度管理曲线，如图4。该图实曲线表示按照施工进度计划得到的材料BIM统计累计数量，虚曲线表示实际施工过程中累计完成的材料数量。一般情况下，虚曲线在实曲线之上的部分表示材料用量超过统计数量，从BIM三维模型中能简单明了对应到实际施工部位。若实际用量超量较大，施工成本必然超额，此时需现场管理人员检查是否按要求施工，如桥梁底板施工是否未控制好间歇时间造成厚度过大，混凝土超方，横梁钢筋是否绑扎错误等。若实际用量相比BIM统计量相差不大，由于实际施工必要的工艺性损耗和废料，则属于正常范围。根据此曲线能过反应现场材料用量情况，也能追溯施工过程中的不规范操作，有利于指导现场施工管理。

图4 施工进度管理曲线

2.4 施工安全监测

现浇梁跨度较大、自重大、作业高度较高，在现浇梁施工过程中一般采用满堂支架施工作业，而支架坍塌事故也是层出不穷，对支架的安全管理十分重要。该现浇梁施工过程中配备测量人员进行支架的沉降监测，通过监测数据进行实时掌握施工过程支架的安全状况。将监测数据与BIM模型相结合，让施工管理人员更好的掌握桥梁施工最新的安全信息，直观的发现沉降突变情况，经数据管理并根据沉降红线，便可以快速有效的指导下一阶段的施工作业，避免由于安全信息数据管理不敏感、分析不及时，导致危险因素累积，甚至导致事故发生[10]。如图5是该现浇箱梁的沉降观测，在监测过程中发现沉降点3-3有较大“突变”，相关管理人员提高警惕，及时进行口头安全通知并加大该处沉降监测频率，继续观察，以后监测数据没有突变较为正常，直至施工结束。此次安全监测加强了管理人员以及施工队伍的安全意识，第一时间发现了存在突变的位置，有利于现场安全管理。

图5 实时安全监测

3 施工动态管理实施框架

桥梁施工工艺复杂，工期较长，面临着市场变动、征拆变更、天气变化、不可抗力等众多不确定性因素，为了保障现浇梁施工能够在合理弹性范围内完成节点目标，动态管理显得十分有必要。如图6，根据本工程施工经验总结，构建了现浇桥梁施工动态管理框架[5,11,16-18]。该框架呈现“施工前准备—实时动态调整—决策与预判”循环结构。核心是4D/5D BIM模型,通过BIM施工模拟将施工前期设计、场地、交通、征拆、施工方案合理性等逐一检查，统筹人员配置、材料供应链、机械设备情况、规范以及周围施工环境、天气等，纠偏和优化施工组织设计中的作业指导，达到安全、进度、质量和成本的管控。与此同时，在施工过程中，管理人员结合“人、料、机、法、环”进行决策和下一施工阶段的预判，根据变动而动态调整，完成本阶段施工，进入下一循环。

图6 施工动态管理框架

4 结论

1)通过构建现浇梁构件族，在二维CAD图纸基础上建立了跨路现浇箱梁BIM三维模型，利用BIM模型对现浇梁施工前进行了场地、钢管柱净高、主材计量等模拟测算，校核图纸中主材数量错误、优化了施工设计方案，实践证明精细度300能够满足指导施工管理的要求。

2)基于进度管理中的香蕉曲线，结合BIM三维模型，绘制出了施工进度管理曲线，该曲线可以明确参照三维实体模型，很直观地得出目前阶段的施工进度和工程计量的情况；同时将施工过程中有关安全的沉降监测数据等结合该三维模型，能快速的发现施工过程中安全隐患，增强管理人员对安全的敏感性，在一定程度上有利于避免安全事故的发生。

3)根据BIM在该工程中的实践应用，提出了现浇桥梁工程施工动态管理框架，为施工现场管理人员提供了基于BIM技术的建筑信息化管理思路。