拱桥施工管理中BIM技术的应用

2023-01-08李辉

交通世界 2022年10期

关键词：拱圈拱桥节段

李辉

（邯郸市交通运输局公路勘察设计院，河北邯郸 056001）

0 引言

BIM技术是一种数字化、信息化的三维虚拟仿真技术，将该技术应用于桥梁施工管理中，能够可视化呈现三维桥梁施工模型，实现各参建方在建筑信息系统中的数据共享，为协同管理施工过程、加快施工进度提供有力支撑。

1 工程概况

某桥梁工程为上承式箱形拱桥，全长124.08m，主跨86m，主拱轴线为悬链线，拱轴系数为1.5。桥面宽度22m，设计行车速度60km/h，使用年限100年，结构安全等级为一级。拱桥主拱圈采用轻型拱架，断面形式为单箱三室截面；拱上立柱采用两柱排架式结构，立柱底部设垫墙；引桥和拱上桥面采用钢筋混凝土实心板，板厚40cm；拱顶为钢筋混凝土结构，设26m实腹段，采用悬臂板，厚为40cm；下部结构为双柱墩接扩大基础。本工程在施工阶段采用BIM技术辅助开展施工管理，取得了良好的管理效益。

2 拱桥施工管理中BIM技术的应用

2.1 BIM建模

本工程利用BIM技术创建三维桥梁施工模型，建模流程为主拱、主梁、桥台、桥墩结构建模→钢拱支架、施工索塔建模→场地建模，本文重点介绍主体结构模型和钢拱架施工模型的构建。

2.1.1 主体结构模型

运用Revit软件中“整体→局部”的定位方式，拼装方法为零件→构件→部件→装配。在主体结构模型位置控制中，采用定位轴线和标高的控制方式，在族样板功能上建立构件组，包括主梁、桥墩、桥台、桥面板、桩基础构件，以搭积木拼装的方式，将各个构件模型添加到整体模型中，再调整高程、轴线、相对位置，创建出整体拱桥模型[1]。

2.1.2 钢拱架施工模型

本工程采用轻型钢拱架结构，在拱架上对箱形主拱圈浇筑混凝土。钢拱架采用悬链线，两拱脚铰中心的跨径为82.31m，相应矢高15.13m；本工程钢拱架部位未设预拱度，为便于施工，要预留出布置底模板、调整拱圈、垫块所需的净空，为11.5m；钢拱架断面包括基本节段5道，联结系4组，建立起三维桥梁施工模型[2]。

2.2 施工方案模拟

2.2.1 钢拱架的施工方案

（1）按照标准节段制作钢拱架，主拱圈为多段线，通过对横向垫木的相对高程优化调整形成钢拱盔，并将短连杆设置在多段线折点处，以强化连接[3]。

（2）测算横向桁架片数量，钢拱架横向连接采用联结槽钢和标准套筒螺栓等构件；在拱脚处安装铰支座，在砂筒上设施型钢分配梁支承，降低分配梁拆卸难度。

（3）吊装作业前预拼拱架，检查加工件的尺寸、折线段转角是否符合设计要求、各构件是否具备可连接性，在木支架上拼接拱架。根据拱架分段节点坐标的转换确定木支架坐标，将前后相邻段的标准节拼接到每个分段的前后端，拼接后检查前后端的连接情况。

2.2.2 钢拱架施工步骤

（1）利用Revit模拟施工工序，施工0#、7#桥台和基础，1#、6#墩身和基础，2#、5#桥墩和拱座。

（2）利用Revit模拟索塔施工，拉索对称吊装0#、1#、7#、8#阶段，形成钢拱架。

（3）按照顺序吊装钢拱架的各个节段，顺序为2#、3#、5#、6#，之后再吊装合龙钢拱架。

（4）浇筑混凝土，按照竖向分环、纵向分段的方式浇筑拱圈，保证横向与纵向对称；采用分阶段浇筑的方式，浇筑拱脚、垫梁、拱上立柱和实腹段[4]。

（5）在预制桥面板吊装中，对吊装每跨最中间的2块实体板，采用对称吊装方式，再对前面吊装的实体板加载2块板，完成全桥的对称吊装。

（6）拆除钢拱架上的节段、缆索和施工索塔，采用对称拆除的方式。

2.3 碰撞检查

在施工前，利用BIM技术检查主体结构中各构件之间、构件与主体之间的碰撞情况。传统的碰撞检查需要人工手动检查多张图纸，很难发现隐藏的问题。而采用Navisworks软件开展碰撞检查，能够直观展示碰撞情况，输出检查结果。在Revit中建立三维信息模型，将三维信息导入Navisworks中，打开软件中的ClashDetective模块，自定义相关设置，自动完成碰撞检测[5]。

2.3.1 桥梁构件结构碰撞检测

桥梁结构中的主拱圈设计采用悬链线，悬链线与施工钢拱支架存在空隙，不允许两者之间发生冲突[6]。在施工前要利用ClashDetective模块检验两部分是否发生碰撞，本工程中两个主体的测试结果显示未发生碰撞，表明结构设计合理。

2.3.2 钢拱支架碰撞检测

钢拱架施工要采用多个临时钢结构，在施工中预留出一定范围的施工作业面，满足施工活动需求。在钢拱架吊装时，要用拉索依次吊装各个节段，保证各个节段不会与主体结构发生碰撞[7]。对上述内容开展碰撞检测，利用Navisworks软件选取临时搭设的拉索、索塔、主体结构作为检测对象，根据检测结果显示，本工程拉索与混凝土2#桥墩存在冲突，冲突部分以高亮颜色直观展示。检测到碰撞信息后，用审阅工具做好该部位批注，上报到技术人员进行查看并做出调整。

2.4 施工进度管理

在本工程的施工管理中借助BIM技术开展4D进度管理，在原本3D施工模拟中引入时间维度，建立施工信息模型与时间进度之间的关系，实时动态展示拱桥施工随时间变化而更新的完工情况，为施工组织安排提供依据。4D进度管理采用Navisworks软件，该软件能够对接Revit、Auto-CAD软件，获取工程的几何数据信息。

2.4.1 施工进度图表

在本工程的施工管理中，将Revit中的桥梁结构信息、施工信息导入Navisworks软件中，打开TimeLiner工具，关联施工模型与日期的关系，制定施工工序、拆除工序，

直接显示计划开始时间、计划结束时间、实际开始时间、实际结束时间和任务类型，并显示计划进度与实际进度的偏差，生成施工进度图表。

2.4.2 施工进度与成本信息

TimeLiner工具根据桥梁工程实际情况建立施工进度表，同步自定义材料、人工、设备、分包商费用等成本数据，由TimeLiner工具自动计算出各个施工阶段的总成本，生成横道图，便于项目部提前规划施工进度，加强成本控制。在各个施工阶段，项目部利用TimeLiner工具可视化展示施工实时进度，同步显示对应阶段的成本信息数据[8]。

2.4.3 动画展示施工场景

（1）在施工管理中，利用TimeLiner工具中的Scripter模块激活施工中的动画场景，满足漫游操作需求。Scripter模块提供热点、计时器、变量、碰撞等触发功能，建立起视点与模型的位置关系，使虚拟人物可以站在任一点位观察当前工程量完工的可视化模型。

（2）在施工管理中，利用TimeLiner工具中的Animator工具，对拱桥构建动画自定义，将其设置为场景中的动画对象，在时间轴的不同点建立构件的关键帧，用关键帧表示构件位置、角度、尺寸等几何特征信息，以时间轴为主线生成动画，展示场景动画的各个节点，为调整施工进度提供依据。