BIM技术在高速公路转体桥施工中的应用

李树敬

（中铁十四局集团第四工程有限公司 山东济南 250002）

1 引言

随着BIM技术的广泛应用，在桥梁设计及施工中BIM技术也在逐步推广。利用BIM技术建立三维桥梁模型［1］，直观反映在建桥梁与既有场地的位置关系，利用BIM信息管理平台实现模型与施工现场信息的传递与整合，在信息化建设中有利于提升项目建设的管理水平，实现各参建单位的无障碍交流，大大提高了对现场安全、质量、物资及进度的管控水平［2］。

2 工程概况与BIM技术

（1）工程概况

本项目位于济南市东部，是济南绕城高速公路二环线东环段工程的一部分。胶济铁路立交主桥左2＃墩、右5＃墩承台尺寸为（16.5 ×21 ×5）m，右2＃墩、左5＃墩承台尺寸为（16.5×16.5×4）m，施工位置绝大部分位于既有铁路线栅栏和坡脚外侧。采用钻孔灌注桩防护，经过现场测量，既能满足施工需要也能满足安全行车需要。

本工程在铁路两侧采用两幅T构箱梁（2×80 m T构与2×60 m T构）平行同步转体分别跨越胶济客专、胶济铁路。全桥共设4幅刚构箱梁桥，2×80 m T构桥与2×60 m T构桥并排分别设于铁路外侧，其中60 m T构桥靠近铁路侧，80 m T构远离铁路侧。采用转体施工工艺［3］，施工时同侧两幅T构平行现浇，待砼达到强度并进行张拉后，平行同步转体至设计位置，完成桥梁主体施工，见图1。

图1 胶济铁路立交主桥仿真效果图

（2）BIM技术应用目的

本转体桥线路基本呈南北走向，由北向南依次穿越胶济客运专线、胶济铁路及四五六专线，给现场施工管理［4］带来一定挑战。运用BIM技术对项目进行可视化管控，可减少返工、节约工期、积累项目数据［5］、提升管理水平。

第一，运用BIM技术将二维施工设计图转换成三维数字模型，对球铰、滑道等转体设施提前建立精准的结构模型，实现在模型中查看转动体系下的高程坐标，为测量组提供准确的测量依据，见图2。

图2 转体上下转盘结构

第二，通过配置鲁班基建系统［6］，在工程管理过程中形成有关质量、安全、进度、成本、物料、人员、机械等一些列静态或动态数据，通过鲁班BIM平台关联到工程模型上，在云端进行存储、管理。管理人员可通过电脑端或移动端设备随时随地查看现场施工情况。

通过BIM技术可预先做好风险分析、任务安排与数据查阅，确保在施工节点期内圆满完成桥梁转体任务［7］。

3 BIM在桥梁施工管理中的应用

利用Revit＋Dynamo软件建立连续梁主体结构模型，包括桥墩结构、承台结构、球铰转盘等转动系统及钢筋预应力钢束等，在既有设计图纸的基础上，通过BIM软件［8］提供三维可视化空间，进行三维碰撞检查，预测危险源与碰撞源，合理组织施工，将风险降至最低。采用参数化建模方法，依据图纸坐标定位放样，为后续转体桥转体过程中高程定位测量做准备［9］，见图 3。

图3 胶济铁路立交桥BIM模型

3.1 桥梁结构精细化建模

目前桥梁工程中，预应力变截面连续箱梁桥是较为常用的桥型。借助Civil3D绘制出转体桥桥梁中心线，通过将线划分成点的方法，把中心线变成点参数，然后通过Excel导入Dynamo进行程序运算，在Revit的自适应体量中重新生成道路桥梁中心线。

在Revit＋Dynamo桥梁建模过程中，连续梁实体通过“切片”的方式将箱梁沿道路中心线拆分成一个个单独的截面，并对截面赋予尺寸参数，包括梁高、横坡坡度、腹板及底板厚度、各倒角长度等参数。利用中心线点参数的旋转角度与各截面横坡坡度参数值赋予，创建出符合设计图纸要求的连续梁三维模型［10］，见图4～图5。

图4 箱梁截面参数化赋予

图5 Revit体量中截面布置

3.2 基于BIM三维算量

业主单位的进度款支付、施工单位的进度款申报、物资采购、对下计价等多方面均需要工程量，而工程量的准确度也关系着施工各方的成本核算。手工计算过程中由于技术人员对设计图纸理解程度不同，统计出的工程量往往有较大差别甚至出现错误，对项目工程计价管理造成一定的损失［11］。

利用BIM技术可实现精确建模，在软件中即可得到不同构件的工程量信息。模型工程量分类统计汇总并与图纸工程量进行对比，形成工程量校核报告，节约预算成本，提高经济效益，方便技术人员实现精细化管理［12］。

3.3 施工方案模拟与碰撞检查

利用Civil3D＋Revit＋Dynamo软件建立转体桥连续梁及支架模型，并利用体量中“UV网格分割表面”的功能，将箱梁底板的下缘曲面按照设计图纸的支架分布间距进行网格划分并显示节点，导入项目当中之后便可以查看每个节点的标高，以确保支架高度和实际支架的一致性，见图6。

图6 转体桥梁及支架模型

（1）转体桥转体过程中与墩柱碰撞检查

根据设计图纸初步判断有碰撞风险的部位，包括过渡墩1＃左右幅与6＃左右幅的墩身盖梁及相邻引桥的 34＃、35＃、28＃墩柱。

利用BIM软件动态展示转体桥转体过程，排查发现转体桥结构与1＃墩右幅、6＃墩左幅及引桥34＃墩发生碰撞；5＃墩右幅2×80 m T构顺时针旋转至57.11°、61.75°、66.88°时，箱梁与 34＃墩发生碰撞；5＃墩右幅2×80 m T构旋转至最不利位置72.65°时，与6＃-2墩柱预留钢筋发生碰撞。34＃墩柱施工时需提前控制好浇筑高度及6＃-2墩柱预留钢筋在保证质量的前提下合理避开桥体，见图7及表1。

图7 转体过程运动轨迹包络面

表1 模拟转体碰撞数据

（2）转体桥与支架碰撞检查

因转体桥两幅T构均为顺时针旋转，由BIM模型可知2×80 m连续梁底板高程较2×60 m连续梁偏低，因此2×80 m连续梁在转动过程中与相邻的支架结构有碰撞风险，包括脚手架立柱和贝雷片。

利用BIM技术将创建好的支架模型与运动轨迹包络面进行结合，包络面与支架结构如存在交叉部位即为碰撞。

在转体过程中，2＃墩左幅2×80 m大里程连续梁与2＃墩右幅2×60 m大里程支架发生碰撞，并且与1＃块处的工字钢横担有碰撞；5＃墩右幅2×80 m小里程连续梁与5＃墩左幅2×60 m小里程支架也有碰撞，见图8。

图8 支架碰撞检查

通过BIM软件筛选出碰撞的立杆并测出其标高，进而计算支架拆除的高度，见表2。

表2 支架碰撞高度范围

3.4 施工进度控制

根据项目提供的施工台账与计划进度，技术员可通过鲁班iWorks Civil平台进度管理模块将桥梁结构模型与进度进行关联，通过驾驶舱模式进行计划进度与实际进度对比，提前发现问题并进行优化，见图9。

图9 平台进度管理系统

3.5 现场管控中的BIM应用

为了体现BIM技术价值，项目布置鲁班基建系统，在工程管理过程中形成有关质量、安全、进度、成本、物料、人员、机械等一些列静态或动态数据，通过鲁班BIM平台关联至工程模型，在云端进行存储、管理。

（1）平台资料管理

由BIM驻场人员与项目资料员通过电脑端将项目施工中的技术资料（方案、图纸、试验、质检等）上传至BIM系统平台，与模型构件进行关联，并参考本项目实际需求和业主方规定对本项目资料库编制分类清单，资料按分类目录整理，以实现资料与模型按照分类逻辑进行双向查询。管理人员每日将现场施工日志、技术交底等资料上传到BIM平台，便于施工现场随时查看相关资料，见图10。

图10 平台资料管理系统

（2）移动端平台管理

通过BIM移动端平台技术，现场管理人员可利用手机实时查看模型，并可通过协作功能将现场情况上传至平台，在线填报安全质量问题，落实到责任人。BIM信息平台包含问题整改、阶段报告、方案审批等多达12个项目，管理人员即使不在施工现场，也可实时查看相关问题并进行审批修订，并通过管理平台推送至指定人员，保证现场问题及时得到解决。

4 结束语

以济南绕城高速公路二环线东环段项目为依托，应用BIM技术对跨胶济铁路立交转体桥部分开展精细化管理与施工深化研究，通过BIM管理平台，一方面提高了现场施工的工作效率及进度把控程度，另一方面实现了管理人员对现场危险源的认知和预控、管理与监督；同时还能将施工各方面信息进行集成，实现可追溯性。项目管理是企业发展的关键，项目级BIM系统平台的试点应用是公司项目精细化管理的有效途径之一，BIM技术应用定能在桥梁施工中产生可观的效益。