BIM技术在大跨径悬索桥施工中的应用

黄光辉 谢涛 宋帅

摘 要：桥梁工程项目的建设向着大跨径、大体积和更加复杂的空间结构发展，现基于二维图纸的桥梁施工已经难以满足项目建设的需求。本文借助BIM软件，以建设项目为主体，将建设现场周边地形地貌、施工设施等施工组织集成到BIM软件中，形成完整的三维模拟图，使得整个项目模型化和参数化。从而实现对项目进行碰撞检查、重难点施工方案模拟、工程量快速统计、信息交互以及完整的4D施工模拟等，有效地指导了现场施工，提供高效有序的施工管理和技术支持。

关键词：桥梁工程;BIM技术;施工模拟;悬索桥

中图分类号：TU445.4             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0155-03

随着科学技术的快速发展，人类生活需求的不断提升以及经济发展的需要，大跨径、特大型桥梁工程项目越来越多，这对桥梁设计与施工提出了更高的要求。桥梁工程项目的建设不仅涉及到复杂的空间结构、庞大的体积以及数不胜数的预埋件[1]，而且还受地形地貌、水文条件和交通疏导等因素的制约。现基于二维图纸的桥梁建设，在施工过程中对时间和空间环境因素的把握和沟通效率带来很大的阻碍，使项目不断停工或重复返工导致工期拖延。基于BIM技术在桥梁施工中的应用研究将为现有的施工管理模式开辟一条新的途径，以桥梁为主体，将现场周边地形地貌、施工设施等施工组织集成到BIM软件中，形成完整的三维数字模型，使设计人员和施工人员能直观地去分析怎么组织更合理以及该如何优化等问题，提前预测问题的产生和预防[2]。在项目建设的全过程中，利用BIM技术可以将整个项目呈现于一个统一的项目管理平台上，在这个平台内进行施工各项数据的时刻监测和及时调用，使得整个桥梁建设项目得到严格有序和科学的进行，管理人员能及时地了解施工进度情况并实现多方协同工作[3]。从而提高施工的安全性、合理性和高效性。

1基于BIM技术的施工管理

如图1所示，利用BIM技术构建建设项目的三维参数化模型，使整个桥梁施工更直观、形象地展示在施工管理项目部，方便管理人员能对施工过程中的每一个环节科学且精确的把握，对重难点施工方案实现仿真模拟以及工程量快速统计等[4]，从而对整个施工过程胸有成竹。

2 橋梁核心模型建立

2.1 工程概况

某桥采用三跨自锚式悬索桥结构，双塔双索面布置，跨径组合为44+96+44=184m，桥型布置图如图2所示。主塔采用灯塔造型，跨中主缆矢跨比为1/5.5，加劲梁为预应力混凝土结构。

2.2 主桥模型建立

如图3、图4所示分别为三维模型的立面图和平面图。某桥主梁采用的是单箱三室，该箱梁的特征在于腹板、顶板、底板的厚度以及左右翼缘板宽沿桥梁纵向都发生了变化，东侧加宽部分设有多道加肋板。桥梁结构中包含大量的横、纵复杂曲线，常规的建模方法难度大，大量的数据输入造成工程量增加，通过Autodesk Revit软件的参数化建模则大大简化了建模工作，依据复用性高低将桥梁整体结构划分为标准构件和特殊构件，精确建立变截面箱梁族。为简化模型并向实际施工靠拢，变截面箱梁的抛物线渐变方式均改为“以直代曲”的方式进行过渡[5]。对于复杂的曲线模型结构，基于指定放样截面形体和路径的方式来建立模型结构。

在Autodesk Revit软件中自带有放置钢筋的工具，可以对房屋建筑工程中各种常规构件进行配筋，比如梁和柱中钢筋的放置。但是对于桥梁工程来讲，构件大多属于不规则构件，难以进行常规钢筋配置。本座桥梁主塔顶部均为曲线线形，主梁截面为单箱三室箱形结构，钢筋结构造型复杂，线形不宜控制，所以先建立钢筋族，然后再放置到项目中。图5所示为主梁钢筋模型。

3 BIM技术在施工中的应用

3.1基于BIM技术的某桥模型碰撞检查

模型在建立后为确保尺寸结构的准确性，可以利用BIM相关软件进行配合操作进行验证。本文采用Autodesk Navisworks进行模型的碰撞检查。首先需要在Autodesk Revit中利用体量建模的配合，建出某桥三维数值模型并以nwc格式的文件导入Navisworks Manage中，如图6所示。利用其碰撞检测功能，检测三维模型是否存在碰撞点或不合理的地方，如图7为碰撞检查结果，针对有问题部位做调整或修改等，对图纸进行深化和完善提，从而提高设计图纸的质量。

碰撞检测也可用于钢筋、预应力筋以及预埋管道等深埋件的碰撞检查，故前期充分利用碰撞检查，使设计人员在一个三维空间上对桥梁构件的设计尺寸进行一个初步核实[6]，尽量减少前期设计尺寸不足或过长等问题，不把问题带到实际的施工中。

3.2 基于BIM的某桥施工模拟

施工模拟是一个必需的过程，通过施工全过程模拟以及可视化的预演练，从而检查设备和工程设施在空间位置的合理性和工艺实施的可行性，提前获取项目施工过程中关键性施工过程的重要注意事项和必要的措施使用。此外使用Autodesk Navisworks对主桥进行的施工模拟，充分利用Autodesk Navisworks中动画制作的功能的配合，可在最大程度上得到清晰可见的施工模拟视频，使得施工人员可以直观、生动地了解自己施工工序的全过程、关键性施工和危险问题注意，同时还能提供项目管理人员和技术人员集中讨论和交流的依据，有利于关键技术的交底把握工作，大大提高了施工效率[7]。

如图8所示，本文对主桥部分进行了全桥的施工模拟以及重要节段处的局部模拟。桥塔的施工既是施工较难的部分，也是最为重要的结构部位，它作为整个主桥的承力点，保证其质量显得非常重要。另一方面，桥塔的施工进度也影响着全桥的施工，快速准确地进行主塔的施工成为整个项目的关键点。利用BIM模拟技术，可以最大程度上使这些问题得到解决以及可视化的监督，在可见范围内进一步确保施工的质量。

3.3 基于BIM技术的某桥施工进度模拟

结合导入到Autodesk Navisworks中的模型，实现3D模型数据与时间信息的整合，即可实现施工进度的模拟。

如图9所示，利用Navisworks中Timeline模块工具，选择直接在Autodesk Navisworks软件中手动输入桥梁构件的施工进度表，依次为各子添加构件施工的开始时间、完成时间以及构件种类，赋予3D模型进度数值信息，将处于不同状态的构件设置不同的显示颜色以及添加代码显示第几周、第几天、当前工作的完成量和正在建设的构件等信息，即完成该桥的4D进度模型。最终的施工进度信息以视频动画的形式展示，施工管理人员可以从中准确、直观地了解到不同的时间段内的正在施工的构件、全过程以及所耗时长，最低可将工作时间精确到小时，实现超精细化的进度信息管理，有利于管理人员对施工进度和施工节点的严格管理以及资源的合理分调配[8]。其次，在计划实施阶段，在维护目标计划，更新进度信息的同时，需要不断的跟踪项目进展，对比计划与实际进度，及时对施工进度暂缓或落后等问题采取相应的控制措施，并预防潜在问题。

3.4 基于BIM技术的某桥工程量快速统计

使用Autodesk Revit软件对工程对象建立BIM三维模型的过程中，提前为每个构件建立构建属性项，再依据实际施工的设计图纸及现场施工的具体情况将每个构件的实际属性进行信息录入。依据实际情况录入的信息也可在后期进行修改，通过录入的属性信息可实现实时查询到每个构件几何尺寸、材料性能、澆注/安装、几何空间位置信息等，既便于施工管理，也可利于后期运营管理。通过Autodesk Revit软件自带的明细表功能，建立、筛选构件属性信息，准确地实现对整个工程各类构件的分项统计，完成工程量的精准计算[9]。

4 结论

本文基于BIM技术在悬索桥施工过程的三维模型模拟研究，得出以下结论：

（1）BIM技术是时代发展和科技发展的必然产物，将BIM技术运用于桥梁施工过程就是不同领域结合的表现，也是桥梁建设可视化与精确化的必然需求。

（2）利用Autodesk Navisworks软件进行了施工模拟，使施工流程和施工工序更加明朗，也有利于施工方案的优化。

（3）Autodesk Revit实现实时的工程量统计和可查询功能，也将会给施工带来高效率、高精度、低成本等效益。

参考文献：

[1]陈竟翔，曾明根，孙丽明. BIM 技术在大型复杂桥梁施工方案优化中的应用探索——以范蠡大桥项目为例[J].结构工程师，33（2）：186-193.

[2]焦凤芹.基于BIM技术的信息化监理方法探讨[J].智能城市，5（04）：75-76.

[3]许强强，韩春华，卢玉韬. BIM 技术在桥梁监测中的应用与探索[J].公路，2018（1）：232-236.

[4]林光明. BIM 技术在快速公路跨河桥施工管理中的应用研究[J].公路工程，2018，43（05）：185-190+208.

[5]龙腾. 基于BIM的变截面桥体可视化施工技术应用研究[D]. 武汉科技大学， 2015.

[6]谢松林， 王起才， 王云天，等. BIM技术在拱桥施工阶段的应用初探[J]. 公路， 2017， 062（011）：79-83.

[7]方宇， 李莉. 基于BIM的城市大型桥梁安全管理系统架构[J]. 中国科技信息， 2015（24）：95-97.

[8]钱枫.桥梁工程BIM技术应用研究[J].铁道标准设计，2015，v.59;No.648（12）：54-56.

[9]马少雄，李昌宁，徐宏，etal. 基于BIM技术的大跨度桥梁施工管理平台研发及应用[J].图学学报，2017（03）：145-152.