BIM技术在桥梁现浇箱梁施工中的应用研究

张晓明

（广东省水利水电第三工程局有限公司 广东东莞 523710）

0 引言

随着我国对基础设施领域加大建设力度，桥梁建设迅速发展，现浇箱梁作为混凝土结构大跨径桥梁的主要结构形式。现今，交通流量逐渐增大，为缓解交通压力桥面宽度往大截面设计，加上现浇箱梁存在体积大、重量大、结构复杂等特点，在施工阶段采用传统方式进行管理，难以实现可视化精准控制施工进度［1］。本文依托广东省某跨河景观大桥工程现浇箱梁施工中BIM 技术的应用情况，在施工准备、可行性分析、快速算量、进度管控等等方面加以应用，利用BIM 技术特点优势为现浇箱梁施工提供精准的技术支撑和高效的管理系统［2］，补全传统管理方式的短板，让项目的工期、质量、安全得到了保障，为相同类型桥梁现浇箱梁施工BIM 应用提供指导。

1 工程概况

广东省某跨河景观大桥工程项目的南引桥轴线8#～11#段与已建的环岛路成87°立交，该跨越环岛路段设计为双幅单联三跨现浇预应力混凝土连续箱梁，箱梁全长96.5 m，跨径组合为右幅（30.0 m+35.7 m+30.8 m），左幅（30.0 m+34.3 m+32.2 m），桥面顺桥向纵坡为4%，现浇箱梁设计纵断面如图1所示。箱梁标准横断面为单箱双室截面，截面尺寸为顶板宽1 574 cm、底板宽815 cm、高180 cm，设计标准横断面构造如图2 所示。箱梁在9#、10#花瓶墩顶处设两道实心混凝土中横梁，并设置横向预应力钢绞线，在箱梁两端8#、11#墩顶处设两道实心混凝土边横梁，梁两端翼板处均设伸缩缝托梁。

图1 现浇箱梁设计纵断面Fig.1 Design Profile of Cast-in-situ Box Girder

图2 单幅现浇箱梁设计标准横断面Fig.2 Design Standard Cross Section of Single Cast-in-situ Box Girder （cm）

2 BIM技术应用

2.1 三维施工场地布置

现浇箱梁施工场地狭窄且横跨环岛路，使得施工场地规划布置受限，使用CAD进行区域划分和机械设备站位仅是二维上平面布置，不够形象直观以及不易发现尺寸偏差碰撞导致布置不合理问题［3］。利用BIM技术“所见即所得”的可视化特点，使用Revit 核心建模软件根据1∶1比例建立承台、墩柱、盖梁的信息模型族库，并将构件族载入已导入桥型平面布置图的建筑样板项目中，严格按照图纸要求将相关结构族模型放置于指定空间位置，保证现浇箱梁段下部结构模型位置信息贴合施工现场，为现浇箱梁施工三维场布提供精准的结构边线，其余围挡内空间为使用BIM 技术进行三维场地布置的主要信息空间。先进行施工道路布置，根据施工机械设备尺寸、机械错车确定道路宽度数值，并结合场外交通情况确定场内施工道路进出口及线路，通过放样命令创建施工道路模型。随后进行材料堆放区划分，首先创建尺寸较大的临时结构模型，如贝雷架、格构柱、分配梁、模板等构件模型，将临时结构模型在施工道路外侧空间放置，在模型放置过程中可视化地发现堆放区不合理导致材料碰撞现象，及时通过调整得出最优化材料堆放区域，注释模型文字标记堆放区编号。贯穿现浇箱梁从支撑体系搭设到混凝土浇筑整个过程，施工机械主要有汽车吊、天泵、混凝土罐车，依据设备参数信息创建机械模型，以减少吊车、天泵移位，机械设备作业幅度满足覆盖施工区域的原则，结合材料堆放区和施工区域相对空间位置在施工道路上放置机械模型，借助BIM 模型进行机械作业过程仿真预演来发现二维平面无法判断的碰撞问题，得出施工机械合理节能站位、臂长、仰角等信息。最后，利用Revit 软件可出图性特点导出施工场地布置图，三维施工场地布置如图3 所示。通过使用BIM 技术精准便捷地优化了施工场地布置，得出合理的场地布置施工方案，使现浇箱梁施工有序、高效［4］。

图3 三维施工场地布置Fig.3 3D Construction Site Layout

2.2 支撑体系设计

综合考虑现浇箱梁段施工区域为软基地质和横跨环岛路的工程概况，故采用梁式支架作为箱梁施工的支撑体系，梁式支架顶部支撑细部构件多、繁杂，采用BIM 技术设计可以在建模过程中将复杂构件可视化，避免构件缺漏现象，保证支撑体系完整性，使施工班组直观了解支撑体系构造，提高施工效率［5］。项目BIM 团队成员先进行箱梁结构永久荷载和施工活荷载换算，组合荷载对架体进行承载力计算确定支架材料规格和布置跨径，以及模板系统主、次楞尺寸和间距等相关关键参数，结合现浇箱梁底部标高使用BIM建模软件创建3 m、9 m钢管格构柱和排架参数化族模型，满足不同标高下的支撑高度要求，同时创建落架砂箱、柱顶分配梁、321标准贝雷架、主楞、次楞、模板、内支撑等标准件族模型，保存在族库中，将支撑体系构件族文件载入到三维施工场地布置模型项目中，按照相应族的空间位置关系进行嵌套，完成支撑体系的BIM 模型，完成后的模型如图4 所示。在支撑体系的现场搭设过程中，利用该模型对工人进行可视化技术交底，作业人员可全面掌握各施工部位的技术特点，结合三维模型精准指出潜在的安全隐患部位并展开讨论优化支撑体系，提高了支撑体系安全系数，降低返工率。

图4 支撑体系BIM模型Fig.4 BIM Model of Supporting System

2.3 碰撞协调优化

在支撑体系设计完成基础上创建现浇箱梁模型，并根据施工设计要求将两大模块模型整合，形成施工体系模型，利用BIM 技术可碰撞检查提前发现问题的特点，来分析施工体系模型中存在的缺陷［6］。因此，在Revit 中将三维模型导出NWC 格式文件，并用Navisworks 软件打开，使用Clash Detective 工具对支撑体系和现浇箱梁模型进行碰撞检查，根据施工精度要求碰撞类型设置为硬碰撞，公差为5 mm，碰撞标准选择自相交，然后运行检测得出碰撞结果并导出碰撞报告，碰撞检测结果如图5 所示，共发现了4 个碰撞部位，均为盖梁的预埋件与现浇箱梁底模板的碰撞，分别分布在现浇箱梁左右幅两端处，及时对预埋件位置信息进行复核和调整，在施工前将不合理的设计进行修正优化，使方案具备可行性。

图5 碰撞检测结果Fig.5 Collision Detection Results

2.4 工程量统计

工程量统计是制定材料进场计划的基础，材料进场计划是影响施工进度的重要因素之一，精细的材料进场计划可保障工期和控制成本，可见工程量统计在施工管理中至关重要，依靠二维图纸统计工程量的效率和准确率较低，而BIM 模型搭载工程信息，模型中储存构件的长度、面积、体积几何信息，在模型完成后可由计算机快速统计各个专业工程量，提取出的工程量准确、可靠［7］。利用BIM 技术在工程量统计上优点，对本项目现浇箱梁施工所含工程量实时统计，主要工程量为支撑体系和混凝土两部分，在revit软件中使用明细表功能，添加族类型、材质、数量、密度、重量、体积等为明细表字段，并设置相关字段的计算值公式，明细表属性中勾选总计和勾除逐项列举每个实例，形成支撑体系和混凝土模型构件工程量统计明细表，工程量统计如表1、表2 所示。通过BIM 技术精准地统计工程量，制定了精准合理的材料进场计划，保证了现场材料供应跟施工进度同步，避免了因材料浪费造成的经济损失问题。

表2 混凝土工程量明细Tab.2 Detailed List of Concrete Quantities

2.5 施工进度模拟

现浇箱梁施工工程量大且工期紧，为在指定工期内完成建设，借助BIM 技术，将空间信息三维模型与时间信息施工进度计划关联，形成3D+Time 的4D 模型辅助进度计划制定［8］。项目BIM 成员将现浇箱梁施工模型添加时间维度，基于Navisworks 软件的“TimeLiner”工具创建施工进度计划表，施工计划节点附着相关模型。支撑体系和交通疏导等临时结构模型，在搭设施工、拆除阶段的任务类型分别定义为临时、拆除，箱梁结构模型的任务类型定义为构造，定义完毕运行进度计划三维模拟，在模型按时间维度顺序生长过程中，可直观发现施工进度计划中的交叉作业工序冲突和顺序作业工序衔接不合理等问题，技术员可以直接在“Time Liner”工具修改施工进度计划表，根据计划对附着模型做出调整，继续运行模拟，反复模拟和逐步优化，得出了合理、高效的施工进度计划，切合现浇箱梁施工要求的施工进度模拟如图6 所示。施工前组织施工班组依据该施工进度模拟方案展开三维可视化施工计划部署，班组快速领会了施工进度计划关键线路内容，有效提高了现浇箱梁施工效率，如期完成施工任务。

图6 施工进度模拟Fig.6 Construction Progress Simulation Chart

2.6 施工进度管理

现浇箱梁结构施工如实按照经模拟后合理的施工进度计划推进，基于Navisworks 软件“Time Liner”工具创建的施工进度计划表在模拟状态下可显示出各个时间点的工序进展情况和工程量数据［9］。项目管理人员实时查询进度计划节点的工程量和进度模型生成状态，根据包含工程量信息的进度模型对比现场施工进度情况，现浇箱梁在顶板模板支架安装施工阶段存在进度滞后，该施工阶段的进度模拟信息查询如图7所示，现场施工进度如图8所示，可知现场顶模板支架施工率为0，滞后37.5%支架工程量。项目管理人员及时组织施工班组召开生产会议，对影响施工进度的因素进行分析，调整资源配置计划，加大劳动力、材料、机械投入力度，增大施工强度，及时解决了施工进度滞后问题，精确控制了总工期不变，避免工期延误。通过BIM-4D 技术在施工进度管理应用，可直观监管现场进度与进度模型同步情况，提高了项目进度管理效率，确保了施工进度可控［10］。

图7 施工进度模拟信息查询Fig.7 Query of Construction Progress Simulation Informationr

图8 现场施工进度Fig.8 Site Construction Progress

3 结语

通过对桥梁现浇箱梁施工进行BIM 技术应用，得出以下结论：

⑴应用BIM 技术设计现浇箱梁支撑体系，直观的建模过程可规避构件缺漏、放置位置不合理问题，降低了图纸错误率。且通过参数化建模，缩短了建模时间，提高了支撑体系的设计效率；

⑵应用BIM 技术进行碰撞检查，快速发现现浇箱梁结构模型和支撑体系模型组合后的碰撞点，通过导出的碰撞报告精准找到碰撞点位置信息，对碰撞部位进行协调，二次优化支撑体系，使施工方案具有可行性，降低了返工率。

⑶应用BIM 技术进行施工场地布置、可视化技术交底、工程量统计、施工进度模拟、施工进度管理，很大程度上优化作业空间，保证施工机械站位合理，提高技术交底效率，使施工安全有序开展，材料进场计划精准，避免了材料浪费，提高施工进度管理力度，保证了项目经济效益，为同类型的桥梁现浇箱梁施工的BIM 技术应用提供了借鉴。