精细化BIM技术在白塔外环桥项目的应用研究

李东丽 杨杰 党国栋

摘要 随着计算机产业的兴起和数字技术的进步，BIM技术已广泛应用于工程领域的许多行业。由于BIM模型的建模精度不同，导致了在整个项目中的作用也不同。文章将以山东省淄博市白塔外环桥项目钢结构桥梁为背景，从设计、加工和安装项目全过程准确介绍精细化BIM模型在该项目中实际使用及发挥出的各项作用。

关键词 精细化BIM ；项目全过程；钢结构桥梁

中图分类号 TU85文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）12-0033-03

0 引言

BIM技术已逐渐进入人们的视野，并逐渐广泛应用于各类工程项目中[1]，但BIM信息模型具有不同的精度和等级，即精度越高，BIM模型的应用范围越广。如果BIM模型的精度一般，则可参考的模型信息将相对有限。综上所述，不同的项目和需求可以使用不同等级的BIM模型，模型精度越高，越能够在项目指导中发挥更多的优势。该文将通过山东省淄博市白塔外环桥项目来阐述精细化BIM技术在设计、加工及安装的全过程应用方式及创新点。

1 项目概况

白塔外环桥位于山东省淄博市博山外环路，桥梁所在道路为二级公路，路面宽18 m，为沥青混凝土路面。现有桥梁泄洪能力不满足河道防洪标准，桥梁墩台基础存在外露，缺乏安全防护措施，桥梁荷载等级不满足现行桥梁标准，该次拟将老桥拆除，在原址新建桥梁。

新建桥梁采用钢板梁桥，跨径组成为（35.5+9.0+35.5）m，全桥长80 m。上部结构为正交异形钢桥面板工字钢梁，桥墩为V形，桥台采用桩柱式桥台，见图1。

该项目需要解决的重难点列举如下：

（1）白塔外环桥钢拱造型为弧形，由此增加了加工制造和现场安装的难度。

（2）该桥上部主体结构为工字钢梁，横隔板斜交布置。因此对应的横隔板及加劲肋安装角度和斜向相交尺寸难以把控。

（3）箱体构件间采用栓接形式连接，螺栓孔空间关系复杂又密集，对制造和安装精度要求极高。

（4）现场安装跨越河流，支架摆放及定位不容易找正位置，结构受力需要重点控制。

如采用精细化BIM技术辅助加工和安装，即可解决对应的项目难点，最大限度地节约资源成本并缩短工期。

2 精细化BIM技术的应用

2.1 BIM模型精度确定

为了确保BIM模型能够对该项目存在的重难点进行施工指导，采用了等级较高的精细化模型，确保能够依据BIM技术为整个项目带来深入指导，将BIM技术落到实处，解决问题。

2.2 BIM技术在弧形钢拱中的应用

一个完整的桥梁弧形钢拱包含着复合空间曲线及变宽变高等结构参数，传统的计算方式较难准确计算，而且占用一定的时间。利用精细化BIM建模则可以完整地将这些参数包含在内，进行整体放样生成，且准确度达到毫米级别。因此，在桥梁钢拱的深化阶段利用BIM技术省去人工计算，放样过程见图2。

精细化放样后BIM模型自动提取计算弧形钢拱曲线的参数坐标，并转化为空间曲线，该空间曲线既是桥梁弧形钢拱走向的关键引导线，也是桥梁钢拱设计和安装的基准曲线。利用精细化BIM模型放样可以保证整体的准确性。

BIM模型的空间曲线是桥梁钢拱形状的基准，后期依据空间引导线可完成钢拱截面以及钢拱整体模型放样。当遇见设计变更时，可直接调整该曲线的坐标，达到快速变更的目的，提高了工作效率。

钢拱放样后，拱和梁结构存在的冲突问题很难从CAD图纸中提前检查和发现。BIM技术中应用最为广泛的功能就是碰撞检查功能，碰撞检查功能可以快速、准确地检查整个BIM模型的碰撞点，并输出结果。该功能的实现主要有软件自带的碰撞检查功能和专门的碰撞软件两种途径[2]。碰撞检查包括硬碰撞和软碰撞两种。硬碰撞是指实体与实体之间存在交叉冲突，而软碰撞则指的是实体间实际并没有交叉冲突，但间距和空间无法满足安装、维修等相关施工要求，精细化BIM模型可以直观地对干涉问题进行提前检查，规避碰撞风险。干涉检查中的应用见图3，图中阴影部位为干涉部位。

检查完钢拱和主梁模型，利用BIM软件可以直接生成碰撞报告[3]。将干涉进行分类，分析干涉形成的原因，便于设计人员及时发现问题，避免将问题帶到施工中。

2.3 BIM技术在斜交连接节点中的研究

此次所建白塔外环桥上部结构隔板为斜向相交，因此对应的横隔板及加筋肋安装角度和斜向相交尺寸难把控。

在精细化BIM模型中通过建模软件对斜交横隔板与加劲肋的节点孔进行实际配切修改，并且调整加筋孔尺寸留出余量方便在场内拼装焊接。模型修整完成后再批量深化出图，即可保证出具的图纸准确。因为BIM建立的是三维模型，所以可以测量空间任何两点的距离，通过BIM模型准确测量优化斜交尺寸，最终完成深化图纸的定稿。

当深化图定稿后需要采购相应的钢板，因为该项目零件结构是不规则的圆弧构造，在材料准备时如何保证准确且提高利用率一直是被关注的重点。如果采用传统的圆弧轮廓计算方式，会产生较大的钢材浪费，所以利用精细化BIM技术导出的圆弧零件轮廓既可达到精准正确，而且极大地节约成本。

当生成最优轮廓后，即可与自动化排版软件结合，保证最优轮廓合理自动排布在钢板内。

通过自动排版，可发现钢材的利用率有了明显的提高，最重要的是依托精细化BIM技术可以无遗漏地完成零部件排布，直接提升了提料布料的准确率，降低了原材的使用成本[4]。

2.4 BIM技术对栓接精度的控制

该白塔外环桥项目中梁段间连接形式大量采用栓接，因此对工厂内加工螺栓孔位精度及现场拼接螺栓孔定位精度提出了更高的要求。所以在精细化BIM模型基础之上加装了现场定位装置并自动导出加工详图，见图4，使桥梁在制造之初就保证螺栓孔的精确位置，到现场组装有基准可以参照。有效地减轻了现场拼接难度，提高现场施工效率。

在螺栓孔对位方面，根据三维可视化模型查看螺栓接头位置，避免制造及施工过程中出现的应力分布不均及螺栓间相互干涉的问题。检测无误后将模型参数数据直接导入数控激光切割机，采用激光割孔，确保孔位的加工精度。同时，为了保证数以千计的栓接板与梁段匹配，为每个栓接板都赋予了二维码，便于追溯安装箱体，做到零件与箱体完全匹配，在提高效率的同时又最大化在安装阶段保证了螺栓孔位的对正。

2.5 BIM技术在安装过程中的应用

在曲线型钢拱安装阶段，需在桥位作业前安装支架，应用精细化BIM技术在模型上能准确测量支架任意点的坐标，模型测量后，再利用GPS设备现场定位，确保位置的准确性。同时，在场外吊装作业过程中，利用BIM技术能模拟施工现场地形及支架摆放位置，并且能预先确定场地大小及作业面是否充分等情况，尽可能地减少吊装工序配合不合理及现场作业不协调的情况。

该白塔外环桥项目中桥梁钢拱先进行现场拼装后再整体吊装，拼组后首先将钢拱用履带吊立起，立起后检查钢拱变形量和履带吊情况，确认符合要求后平稳起吊至现场临时支架上。

根据上述施工工艺，将精细化BIM模型数据导入结构计算软件，施加荷载和边界条件就能计算出钢拱吊装时所受应力，同时在箱梁吊装前对支架的承载能力进行计算，确保安装过程中结构稳定安全。BIM支架结构模型计算过程的模拟分析见图5。

3 精细化BIM技术在项目中的成效

3.1 提高深化图纸效率和准确率

利用BIM技术精细化放样圆弧钢拱，之后可以导出加工详图。加工详图可直接指导施工和加工，提高了图纸的准确率。因该项目采用精细化BIM出图，并且在出图期间将干涉提前进行了处理，因此图纸正确率为100%。

3.2 重难点可视化

在加工前，对斜交横隔板BIM模型的节点进行处理，确保处理后的节点符合实际的斜交特性，无误后导出节点大样图，大样图可以对工厂进行技术交底，也可以生成切割数据进行直接加工，保证斜交節点能够准确实施。在该项目内采用BIM技术深化了斜交节点，节省拼装工期2～3日。

3.3 减少加工报废率

钢结构桥梁中存在大量带有空间曲线的构件，如该项目中的弧形钢拱，利用BIM技术建立精细化BIM模型后，直接由模型转二维图纸，避免手动计算绘制不规则轮廓构件，提高准确率，使该项目零件报废率达到0%。

4 结语

将精细化BIM技术运用到项目管理工作中，不仅可以提高工作水平，还可以为企业在各个方面节省项目成本。由于精细化BIM技术在项目的设计、制造和安装中起着指导性作用，因此使得更多的施工人员可以通过BIM模型及时了解项目的重点和难点，通过该工程的顺利验收，充分体现了BIM技术的推广价值。

在未来的项目中，精细化BIM技术对项目施工有着重要的指导意义，是工程行业发展趋势。当项目体量大、造型复杂时，可以采用细化BIM模型指导施工，做到针对性指导，精细化管控，最终节约成本，提高效率。

参考文献

[1]郝宗成. BIM技术在装配式建筑机电安装中的应用[J]. 建筑模拟， 2020（5）： 107.

[2]黄钰媛. 分析BIM技术在市政道路与桥梁设计中的应用[J]. 建筑实践， 2020（8）： 128.

[3]廖晔. BIM技术在现代建筑工程项目管理中的应用分析[J]. 建筑模拟， 2020（5）： 67.

[4]张国学. 浅析钢板——混凝土组合梁桥面模板设计[J]. 基层建设， 2021（8）： 192.