BIM技术在高速铁路连续梁施工中的应用与探讨

李 东

(中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250002)

0 引言

BIM即Buiding Information Modeling,意为建筑信息模型。是以建筑工程项目的各相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现工程建设管理、运营管理等全生命周期的功能。被建筑业视为继CAD之后建筑行业的第二次革命。

1 应用概述

新建牡丹江至佳木斯高速铁路客运专线全长371.622 km，技术标准为时速250 km双线电气化高速铁路。高速铁路悬臂浇筑预应力混凝土连续梁深化设计依托跨鹤大(鹤岗至大连)高速特大桥连续梁开展，该连续梁跨径(60+100+60) m。施工中安全防护工程、临时设施施工、主体各施工工序及细节施工等在施工中需重点控制。BIM技术应用总体思路如下：

1)在设计模型的基础上，按照图纸创建上部结构实体模型，准确计算节段工程量，指导箱内细部结构模板加工；

2)创建连续梁A0节段、标准段、直线段、合龙段钢筋模型，用于核查图纸工程量、指导钢筋下料；

3)创建A0节段预应力管道模型，根据预应力管道与普通钢筋的位置关系，结合预应力管道安装工艺，与钢筋班组之间讨论钢筋绑扎顺序，确保预应力管道位置准确；

4)创建全桥预应力筋模型，用于核查图纸预应力筋长度、准确计算张拉延伸量；

5)创建张拉锯齿块位置局部钢筋模型，用于现场质量控制检查；

6)创建附属结构模型，包括跨高速安全防护棚架、支架、挂篮等模型，用于计算结构稳定性，安全性；

7)为确保支座位置混凝土振捣密实，在钢筋模型基础上，最大限度的减少对钢筋的影响，布置振捣工艺需要的管道。

2 模型创建

2.1 设计模型情况

设计交付模型主要包括连续梁混凝土主体结构，需补充内部、细部构造，例如：通风孔、张拉锯齿块、中跨合龙段中隔板、边跨直线段边隔板、进人洞、防落梁挡块等，如图1所示。

2.2 施工主体模型创建

基于连续梁设计模型基础上完善模型，包括细部构造，例如张拉槽、箱内张拉锯齿块、通风孔、支座、垫石等；根据深化应用内容创建预应力管道模型、普通钢筋等模型。

2.3 施工临时设施模型

根据方案及相关图纸创建连续梁防护棚架模型、0号段、边跨直线段支架模型、模板及挂篮模型，见图2～图5。

3 BIM技术应用点

3.1 基于BIM模型工程量复核

3.1.1各节段混凝土及普通钢筋量复核

通过对连续梁各节段混凝土及普通钢筋量的复核，从对比结果反映，混凝土量最大偏差0.89%，钢筋长度最大偏差0.67%。设计图纸量很精确，如表1，表2所示。

表1 混凝土量复核表 m3

表2 钢筋量复核表 mm

3.1.2预应力钢筋工程量复核(复核锚点之间的长度)

通过对几种形状特殊，结构复杂预应力钢筋进行量的提取与复核，结果见表3。

表3 连续梁纵向预应力筋复核表 mm

根据对比表反映，M4预应力钢筋中模型提取锚点之间长度与设计长度差值最大，差值为ΔL=34.545 mm。

长度偏差值为 0.1%。图纸量很准确。

根据混凝土施工质量验收标准，预应力筋实际伸长值与计算伸长值的差值不应大于±6%，即：94%≤d1/(d2+Δd)≤106%。

公式中，d1为实际伸长值;d2为理论伸长值；Δd为模型与图纸预应力筋伸长量偏差值。Δd的值很小，几乎不影响整个公式的值，从另一方面也反映出图纸量的准确性。

3.2 基于BIM安全防护设计

3.2.1防护棚架安装

连续梁横跨依七高速，安全防护很重要，特别是在防护棚架施工过程中，一方面需考虑高速行车安全，另一方面需考虑棚架施工设备摆放及设备安全范围、施工安全等。通过综合考虑，在施工棚架时，采用分幅临时封闭道路的方法来施工。

3.2.2防护净空计算

通过对模型中防护高度计算，防护净高为5.9 m；设计图纸要求连续梁防护净高 5.5 m，从而反映出防护棚架防护净高满足要求。

3.2.3防护范围计算

通过对模型中棚架防护范围的提取，防护面积为610.9 m2，满足整个施工安全防护。

3.2.4安全距离、对挂篮干扰验证

通过对挂篮前行模拟演示，当挂篮前行至5号节段时，除防护棚架顶围栏有少许干扰外，棚架顶面板、分配梁等与挂篮均无干扰。在施工中，我们将采取将有干扰的围栏适当移动的措施来消除干扰，从一方面也反映出防护棚架方案的合理性，见图6,图7。

3.3 基于BIM施工工序模拟

3.3.1整体工序模拟

支架斜撑安装之后进行横向与纵向分配梁(分配梁均采用工字钢)，然后分级，再进行加载预压。预压完成后安装操作平台及模板(底模板采用木模，侧模采用定型钢模板)，接着开始安装钢筋、预应力孔道及各种预埋件。当0号块施工完成后安装挂篮且加载预压，消除因荷载产生的非弹性变形。当合龙段施工时，遵循先边跨后中跨的方法，边跨施工时先拆除直线段支座临时锁定装置，然后在T构两侧加水箱配重，再从顶板及底板各焊接两根工字钢，将其构成直线段刚性连接，然后进行模板、钢筋和混凝土施工，见图8～图15。

3.3.2混凝土振捣工艺布置

连续梁 A0 节段高度高，普通钢筋及预应力筋密集，操作空间小，尤其支座上方，如果振捣不到位或者混凝土未正确入模容易造成支座附近混凝土不密实，甚至露筋、空洞等质量通病。

利用 BIM 技术，我们采取以下措施来避免此问题产生。

1)混凝土下料孔布置。

在0号段腹板纵向预应力管道安装之后，腹板范围沿着竖向方向安装6个下料串筒，纵向间距为4 m，串筒固定之后安装普通钢筋。待混凝土浇筑完之后撤出串筒。

通过 BIM 应用，提前模拟下料孔的位置，避免使其与预应力筋位置的干扰，见图16。

2)混凝土振捣工艺布置。

支座顶处竖向方向布置2个振捣孔，选直径为16 cm的PVC管，与下料串筒同时安装。

支座附近混凝土由顶板竖向振捣孔、过人孔天窗等进行多孔振捣，确保混凝土密实，防止露筋、空洞。过人孔天窗待混凝土浇筑后进行封闭，见图17。

3.3.30号节段钢筋及预应力管道安装工艺模拟

通过将0号节段钢筋及预应力孔道安装顺序进行三维模拟演示，以三维技术交底形式下发于施工班组，使施工班组工人明确0号各种复杂钢筋安装顺序，避免因钢筋安装顺序不当导致返工，节省时间，提高了工作效率，见图18。

3.3.4合龙段施工模拟

边跨合龙段施工时，先解除边跨直线段支座临时锁定装置，进行体系转换，然后对T构两侧加水箱配重，两侧加水重量为完成后的整个合龙段重量，如图19,图20所示。

然后将合龙段两侧通过顶板、底板各 2 个纵向工字钢连接在一起形成刚性连接。需注意：在与预埋钢板焊接时，选择当天温度最低时进行，先同时焊接合龙段的一侧，待焊接完成后再同时焊接合龙段另一侧，避免温度变化产生的附加应力。

待钢筋模板及预应力管道安装完成后，先对纵向预应力钢筋进行 20%的预张拉；然后选择当天温度最低时进行混凝土浇筑，浇筑过程中，边浇筑混凝土，边对水箱进行卸压，待混凝土浇筑完毕时，配重水卸载完毕。

中跨合龙段施工时，先凿除临时固结混凝土，切除临时固结钢筋，完成体系转换。

对合龙段两侧加水箱配重，各水箱加水重量为完成后的整个合龙段重量的一半。然后焊接纵向连接工字钢，焊接方法及注意事项同边跨合龙段。

混凝土浇筑同边跨合龙段，先对纵向预应力钢筋进行20%预张拉，混凝土浇筑过程中，边浇筑混凝土边对水箱卸压，混凝土浇筑完毕时，配重水卸载完毕。

3.4 基于 BIM 施工质量控制

预应力波纹管精确定位工艺。

根据《铁路混凝土施工质量验收标准》要求，预应力波纹管安装位置允许偏差为4 mm，安装位置精确度尤为重要。在施工过程中，我们采取以下措施进行控制。

由测量人员放出预应力管道几个主要点的坐标，技术员根据图纸尺寸尺量复核位置，然后将定位钢筋焊接在腹板普通钢筋上，再将预应力管道安装在定位钢筋上，最后沿着管道方向均匀布置井字形架立钢筋将其固定，如图21所示。

4 总结与展望

1)通过BIM技术的模拟性和优化性，解决了连续梁支座顶混凝土容易脱空不密实的问题，有效的避免了此问题的产生。通过项目自检，连续梁0号支座处混凝土密实无孔洞。

2)通过BIM技术可视化的应用，使现场施工人员准确的对钢筋、预应力孔道进行安装，避免了安装顺序有误导致的返工，避免了部分钢筋安装遗漏。

3)通过对工程量的复核，指导施工材料准确加工制作，避免不必要的浪费。

4)通过对临时结构施工方案选取，碰撞检查，避免了临时结构的安全性以及对后续施工设备的干扰。

5)通过对重点工序模拟，可视化交底，可以提前发现施工过程中的危险区域、施工空间冲突等安全隐患，进而对安全防护方案进行优化，提前制定相应安全措施，从最大程度上排除安全隐患，避免施工过程中问题的出现，达到BIM指导施工的目的。