BIM 技术在公路桥梁施工模拟及监测中的应用研究

陈利伟

（中铁十八局集团第一工程有限公司， 河北 涿州 072750）

1 引言

作为桥梁悬臂施工中的方法， 虽然悬臂浇筑法经过多年的发展有了较大的进步， 但其在施工过程中仍然存在较多问题。 在当前结构建筑理论体系日趋成熟的前提下， BIM 技术应运而生， 并以其独特优势迅速占领一席之地， 形成了完整的技术应用系统［1-3］。 韩国已发布 《建筑领域BIM 应用指南》 建立施行标准。 新加坡也在2011 年公开了BIM 发展路线规划。 虽然我国的BIM 技术仍处于前期探索阶段， 但其核心内涵也已被专业人士所熟知， 在未来将会是热门方向。 综合来看， BIM 技术的应用具有一定的经济效益和社会价值。 本文根据桥梁工程中的BIM 技术应用现状进行分析， 以实现和完善BIM 模型信息的功能， 为后续类似施工提供参考。

2 工程概况

竹山大道桥长1043.8m， 主跨采用 （45+75+45） 连续刚构， 主桥主墩采用板， 墩宽与箱梁底板宽度相同， 为 12m， 墩厚 1.8m。 基础采用6D1.8m 钻孔灌注桩， 承台高度3.0m。 桥梁所处工程地质如图1 所示。

图1 竹山大桥工程地质纵断面图

该桥梁施工时采用挂篮施工， 左、 右幅各配置4 套挂篮， 主墩0# 块采用托架施工， 边跨等高梁段采用支架法施工， 合拢段采用吊架现浇施工， 采用塔吊进行垂直运输， 采用托式输送泵浇筑混凝土。 基于桥梁构造需要， 边跨预制节段共划分为18 个， 中跨预制节段共划分为31 个， 全桥共有195 个。

BIM 参数化建模能够实现参数的互联互通，有着较高的修改效率， 有效弥补传统建模的不足［4］。 考虑到该桥梁为连续刚构桥， 而使用BIM 进行建模能够将其各项信息进行有效的整合以开展施工模拟， 因而本文在相关标准和规范的基础上采用BIM 核心建模软件Revit 进行建模。在使用软件Revit 进行建模时， 应先对桥梁各构件族的基本信息进行定义。 限于篇幅， 本文仅给出部分核心族的显示图形， 如图2 所示。

图2 各族示意图

在建立完各核心族群之后， 下一步即需根据各自的高程和空间关系将各项族进行组合以形成整体模型。 最终所建立的全桥BIM 模型如图3所示。

图3 主桥BIM 模型图

3 施工动态模拟

3.1 施工模拟流程

在开展施工进度管理时， 需要将所建立模型与各施工工序进行对应， 并相应赋予施工时间等信息［5］。 具体如图 4 所示。

图4 施工模拟流程图

采用Timeline 功能开展施工动态模式过程中， 其施工流程可以通过多种方式进行定义， 本文在具体施工任务创建时选用的是导入数据源的方式。 在准备阶段， 以project 软件制作施工计划， 并将其排列成甘特图的方式。 在编制施工计划时需包括施工钻孔桩到桥梁通车的整个过程，除去主线任务的建立之外， 还需注意完善各项施工子任务。 在设置各项时间节点时， 应根据桥梁建设的总时长以及各步骤时间为参考进行设置。在拟定完施工计划之后还需将其导入Navisworks软件中， 但此时所导入的施工计划没有关联到模型信息， 为同步计划和模型的施工进程， 还需对不同类型集合进行定义。 集合定义完即可将其逐一附着到相应的施工步骤中， 完成上述步骤后，所形成的桥梁施工动态模拟主界面如图5 所示。

图5 施工动态模拟界面示意图

3.2 重要施工过程模拟

选定当前计划视图， 并对时间间隔进行设置， 通过对模拟过程的运行即可看到桥梁从施工到通车的全流程［6］。 此外， 还可对场地施工等动画进行定义。 不管施工工序多么详细， 只确保所关联的集合和计划有着准确的参数， 即可准确模拟施工流程， 且形成完整动画。 本文基于上述原则， 在成功完成桥梁施工全流程的动态模拟后，列出桩基等主要对象进行动态模拟， 具体如图6所示。

图6 桥梁运营阶段模拟示意图

4 BIM 施工监测技术应用

4.1 节段划分及编制

因该桥梁所划分的施工节段较多， 为使各节段的相关数据能够清晰表达， 需要科学编制节段规则［7］， 本文均以 “T” 构为一个单元。 本文的单元编号模式设定为L/R-编号-Y-D/X， 其中L/R 表示桥梁的左/右幅； 编号以施工图为准； Y 表示第Y 号梁段； D/X 则表示两侧桥墩同类型梁段， D 表示大桩号， X 表示小桩号， 而 0 号块和中间合拢段则以D 表示。 具体编号如表1 所示。

表1 2# 墩 “T” 构左右梁段编号

4.2 施工监测数据管理

为顺利开展施工监控数据管理， 在所建立的BIM 模型基础上， 通过建立不同测点子模型， 并添加测点编码等参数， 以实现在BIM 模型中储存监测数据。 为实现上述任务， 首先需要设置相应的项目参数， 各参数名称则根据子模型数据的需求进行储存， 根据规程、 参数的类型和分组方式的不同， 选取类别过滤器中的结构选项在模型中添加施工监控过程的参数和指标。

以主梁的标高测量监控为例介绍在BIM 模型中梁段各测量点数据的保存方法。 在上文的编号基础上， 需对所划分的主梁测点进行编码。 编码原则即确保不遗漏各预制梁段的编号， 并确保各梁段测点有着唯一的编号， 如编号为R-02-7-X的梁段， 首先需要对其梁段上的六个测点进行编号， 分别以CS1-6 进行表示， 测点三的编码为R-02-7-X-CS3， 其余测点编号与其类似。 基于该种编码原则在族类型中添加各标高测量参数，具体如图7 所示。

图7 监测数据储存示意图

根据测量主梁高程的方式， 在将其余各点实测值R-02-7-X 中输入各实测值， 根据结构计算分析的方式计算理论值， 将其以相同的方式输入到模型中， 在完成添加之后即可载入项目。

按照该种方式， 即可整合好各梁段测点的监测数据， 以形成施工监控体系， 根据其所建立的子模型即可完成监测信息的集成统一， 为实现数据分析以及其他功能创造有利条件。

5 结语

现代化进程的加快使得桥梁施工更为复杂，对其质量和安全的要求也有所提高。 本文以竹山大道桥为研究对象， 对悬臂浇筑法中应用BIM技术进行了探索， 力图实现施工监测的信息化。主要结论如下：

（1） 创建 BIM 信息模型。 结果印证了采用Revit 软件建立BIM 模型的可行性， 且其关键在于各参数的关联， 桥梁BIM 模型中工程信息的整合能够有效地避免信息杂乱以及缺失等。

（2） 完成桥梁施工动态模拟以及监控信息储存。 结果表明建立桥梁测点子模型能够进行施工监测信息的有效集成， 该方式能够有效扩展BIM模型信息覆盖范围， 且模型信息和施工监测结合的方式能够使监测工作效率得到有效提升。