BIM 技术在桥梁工程施工中的应用

张晓光，刘 冲，李 乐，靳 静

（1.中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050001；2.河北科技大学建筑工程学院，河北 石家庄 050018）

BIM 技术即建筑信息模型建造技术，是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，是用来形容以三维图形为主、与物件导向及建筑学有关的电脑辅助设计，目的在于帮助工作人员实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工直至项目终结，所有的信息都会集合在一个三维模型的信息数据库中。将BIM 技术应用在市政桥梁图纸审核、技术方案交底沟通、工程量校核、项目管理等方面，有利于交流沟通、提高质量、加快施工进度、节约成本[1]。本文基于BIM 技术在横州大桥工程施工中的应用，希望能够为该技术在悬索桥工程中的应用及推广积累经验。

1 研究现状

利用BIM 技术可以实现项目设计阶段的可视化展示，大幅提高施工图纸量，提升设计效率，达到控制项目成本并缩短工期的目的[2]。

目前，多位学者对BIM 技术进行了相关探索和研究。刘可心等[3]结合国内多位学者的研究资料分析了BIM 技术在桥梁工程全寿命周期的应用以及创造的价值，指出目前尚待解决的问题，并对其应用前景进行展望。张海龙[4]对BIM 技术在桥梁施工中的应用优势进行分析，提出了应用过程中存在的不足，从而更好地提高BIM 技术在桥梁施工中的应用效果，提高施工质量。宋冰等[5]利用软件可以快速检查桥梁工程中的设计不足之处及碰撞问题等，可以快速、精确和简单地统计实际桥梁施工中需要使用的原材料，进而开展桥梁施工管理工作。张裕超等[6]针对桥梁快速智能建造问题，基于BENTLEY 系列软件及其平台的技术支持，架构了桥梁全生命周期BIM 系统解决方案。杜一丛等[7]借助Civil3D、Revit 及其可视化编程插件Dynamo，基于模型参数化探究了正向设计在实践中的具体应用方法。姜玉龙等[8]通过对WebGL 轻量化技术、BIM 模型与GIS 技术结合的应用研究，提高了交通建设BIM 应用范围，为同类BIM 项目应用提供借鉴。杨军海等[9]基于公路工程信息模型分类与编码标准的研究框架，分析了国内外桥梁工程信息分类编码标准的现状和存在的问题。

2 工程概况

本项目计划工期915 日历天，位于广西中部地区横县境内，是G324 横县南绕城线公路（设计中）的关键节点。本项目横州大桥全桥桥跨布置为3×30+3×50+400+3×50+3×30 m，横州大桥桥长888 m，其主桥为主跨400 m 的单跨双铰钢箱梁悬索桥，主桥桥面标准宽度41.0 m（含吊索区），江南岸引桥上构采用3×30+3×50 m 预应力砼先简支后连续T 梁，蒙垌岸引桥上构采用3×50 m+3×30 m 预应力砼先简支后连续T 梁，引桥桥面标准宽度为30.5 m 和36.0 m。主缆跨径布置为172.973+400+172.973 m。中跨主缆垂跨比为1∶9，钢箱梁采用闭口偏平流线型钢箱梁、正交异性钢桥面板。桥塔为钢筋砼门式桥塔，桥塔基础为承台接钻孔灌注桩基础，锚碇为重力式锚碇，明挖扩大基础。

3 重难题分析与BIM 应用分析

施工工艺复杂，交底难度大，传统交底以文字描述为主，其交底效果一方面受制于技术员对技术工艺的描述，另一方面受制于被交底人的理解水平，采用BIM 技术三维可视化进行交底，效果直观、准确。桥塔造型复杂，各项数据准确性影响施工质量桥塔混凝土外观，从结构上来看是五边异形斜曲线型，面多且从前后左右面来看均为渐变化性面；内部还有人洞、检修通道、耐久性设备室等空腔，各项数据的测算难度大，另设有骨架，需设计深化成现场预制加工大样图。利用BIM 模型可准确得出各施工数据，进行部位设计深化出图，为施工提供依据，精细化施工，提升工程品质。主桥重力式锚碇混凝土体量大，各预埋件要求精度高，两岸主桥锚碇为大体积混凝土浇筑，构造复杂，预埋件定位精度要求高，分层浇筑方案的制定、各层工程量的计算、预埋件位置坐标设计深化等都是重难题。利用BIM 模型深化设计冷却管排布，可根据不同方案快速提取分层体量，减少重复计算，模型的坐标信息可解决预埋件位置坐标问题。主索及附属施工和箱梁吊装技术高，交叉作业多，筹划难度大，主索缆架设技术高，数据精确要求高；工序繁多，施工空间狭小，不合理设计会延长工期。应用BIM 技术补充施工信息，提供施工技术支持；三维场布，施工预演，验证优化施工方案。

设计院交付的传统二维设计图纸传达的信息量少，但悬索桥施工精度要求高。而BIM 技术能很好地为现场施工提供数据支撑，同时建立各方协同的平台。以BIM 技术为依托的数字化管理系统能有效打破各部门之间的信息壁垒，以管理换效益，满足成本、质量、进度、安全、信息等管理目标提升的需求。工程施工进入转型改革时代，尤其是“十四五”之后，BIM 技术有了新的应用场景，赋予了新的历史使命。应用BIM技术是政策导向，更是战略所需。技术的竞争归根结底是人才的竞争，推进BIM 技术应用有利于BIM 技术人才的积累，加速形成新时代新态势下的新型建筑工程人才团队，满足建筑业企业转型升级的需求。

4 BIM 技术实施

规范管理，制度先行，以施工组织设计为指导，以BIM 实施方案为路径，建立健全的项目数字化管理制度体系，提前谋划BIM 技术应用，稳步推进数字化管理落地。根据项目需求和实际工程进度，建立大桥及引道的主体结构模型，优化专项施工方案、关键部位应用模型，建立BIM 各专项应用模型，具体如图1—图4 所示。该项目所用到的软件及用途如表1 所示。

图1 引桥T 梁

表1 软件及用途

图2 主桥桥塔及锚碇

图3 锚碇

图4 整体搭建

4.1 可视化设计与引用

模型漫游：将BIM 模型进行整体渲染，制作漫游动画，同时以模型的漫游动画为基础制作项目简介视频，用于讲解项目、宣传项目形象。

方案优化：用模型布置施工机械的模拟空间，来验证场地布设、施工路径选择可行性与准确性，避免塔吊对后续施工造成影响。

视频交底：利用施工技术方案交底视频技术交底，可将晦涩的技术语言直接用BIM 模型进行演示，能有效地将施工技术通过三维模型传递给施工人员，确保施工计划有序执行。

4.2 模型定位

锚碇散索系统定位：用BIM 模型进行定位，得到每点的控制坐标，从而指导现场施工，提高工程品质。

桥塔定位：本项目桥塔为空间五边形斜面异形桥塔，分层浇筑，每层稍有偏差，就会出现桥塔质量、外观问题。

劲性骨架定位：劲性骨架的定位具有很重要的作用，主要用于钢筋固定、索塔施工导向和模板巩固，对桥墩墩身的整体纠偏和控制产生影响。

4.3 深化设计与应用

布置锚碇锚体大体积混凝土冷却管时，没有给出详细施工图，用BIM 进行深化设计，辅助施工方案编制，指导现场施工；桥塔人孔可提高桥塔模型的精确度，得出每项施工中的精确数据，对现场施工具有很大的指导意义，比如桥塔上下横梁施工预压，需知道混凝土的用量，用量的精确度直接关系预压的成功和桥塔质量，而桥塔上下横梁内部的空腔体积是很难用人工进行计算的；采用BIM 技术对特殊盖梁翘头进行深化设计，得出模板加工数据，传统技术公式复杂且全靠经验所得，传承性差、人为因素大、效率低，而BIM 技术与之相比较有着效率高、准确、减少重复计算的优点；为减小桥塔在施工过程因自身质量带来的应力和轴力对桥塔施工质量带来的不利影响，用BIM模型对桥塔横撑进行设计，并用ANSYS 对各施工阶段进行有限元分析，以提高施工品质。

4.4 大异形构件工程量计算

锚碇分层量计算：解决了手工计算无法准确计算异型形状还需随方案变化进行重复计算，导致效率低下、人力浪费等问题。

桥塔分层量计算：桥塔分层浇筑，每层的混凝土量对于材料调度、人员分配、精细化施工至关重要，但本项目桥塔为异型桥塔，尤其里边还有空腔，人工无法进行精确计算，但用模型来进行解决就显得很简单，BIM 技术与实际施工循环促进，桥塔分层浇筑之后，用实际混凝土用量与BIM 模型算量进行对比，进一步验证、完善、改进BIM 模型应用，两者循环促进，使BIM 应用与实际施工更加贴合、更具有指导意义。

桥塔上下横梁内部空心结构复杂，用人工手算难度大，但其预压质量恰恰取决于混凝土的体积大小，如果人工手算误差较大，导致预压质量不足，就会导致横梁出现质量问题。

4.5 锚碇深基坑挖方算量

BIM 与三维扫描相结合：锚碇深基坑土方挖方量大，开挖土方过程中会形成不规则地平面，或遇到大型岩石体，在开挖前、开挖中用三位扫描仪扫描地形，建立BIM 模型，利用前后合模的对比，快速准确地计算每阶段的挖方量。

BIM 与无人机相结合：应用无人机对深基坑进行倾斜摄影，再与BIM 模型进行合模，精确计算土方填方数，使项目部提前规划取土场，确定现有取土场土方量够不够、还需不需要取土场等问题，做到心中有数，保证后续土方填方工作顺利进行，以免耽误工期。

5 结语

鉴于悬索桥自身的特点，某些部位工序的施工，使用传统手段很难解决，但用BIM 技术就能很好地解决，且用BIM 技术也能提升对过程的控制。在本项目中，BIM 技术在桥梁构件定位、预埋设施定位、图纸深化设计指导施工、大异复杂构件算量等方面发挥了不可替代的作用，这些也是本项目在悬索桥施工中重点推荐的应用，希望对有类似问题的项目起到一定的借鉴意义。总体来说，BIM 技术在悬索桥施工中的应用价值还是非常巨大的，当然，BIM 技术也存在很多问题，联网应力检测也是本项目悬索桥施工中最重要的应用之一，但还需和BIM 模型进一步关联，使数据的展示更加可视化、形象化、智能化，真正走向智能化建造。