【bim学院】新白沙沱长江特大桥钢梁架设BIM应用

来源：头条号 艾三维BIM

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新白沙沱长江特大桥是我国高铁首批BIM设计施工试点项目之一。大桥地理环境复杂，为解决钢梁架设难题、检验施工方案可行性，利用BIM对钢梁架设方案和施工过程全面模拟，提高设计质量、降低安全风险，确保项目成功实施。

新白沙沱长江特大桥位于重庆白沙沱河段，是渝贵客货车线引入重庆枢纽重要通道，也是远期预留渝湘客车线过江通道。大桥上层为时速200km四线客运专线铁路，下层为时速120km双线货车线，是世界首座六线铁路钢桁梁斜拉桥，首座跨度最大、荷载最重的六线铁路钢桁梁斜拉桥，首座双层铁路钢桁梁斜拉桥。

2018年1月25日，新白沙沱长江特大桥上层双线客运线通车

2019年4月24日，下层货车线通车

随着新白沙沱长江特大桥建成，服役59年的老白沙沱长江大桥正式退役。未来，该线路运输能力将大幅提升，重庆—贵阳平均运行时间由10h缩短至2h内，并与兰渝、贵广铁路实现联网互通，对促进西南、西北地区经贸发展与人文交流有重要意义。

随着新白沙沱长江特大桥建成

服役59年的老白沙沱长江大桥正式退役

作为渝黔铁路控制性工程，新白沙沱大桥是中国铁路总公司批准立项的我国高速铁路建设中首批采用BIM技术设计和施工的特大型铁路桥梁试点项目之一。

施工方案

施工环境

新白沙沱大桥桥址区先后跨越重庆侧构造剥蚀丘陵地貌区、河流侵蚀地貌区、河流堆积地貌区和贵阳侧构造剥蚀浅丘地貌区，地形起伏较大，居民住宅和工厂等建筑物密集。贵阳侧主塔墩3#墩位于长江中心，桥下河段通航繁忙，处于“长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区”的缓冲区，环保要求较高。大桥多处跨越既有公路铁路运输干线。由于在施工过程中限制条件较多、地形复杂、交通不便，现场施工组织和管理难度较大。

施工方案

为减少对长江水体及河床的扰动破坏和污染，主桥基础钻孔桩施工采用大扭矩液压动力头旋转钻机，配置泥浆分离器、泥浆运输船等设备对泥浆进行循环利用和环保处理。承台施工采用特大双壁钢围堰进行封底止水和支撑围护，塔柱施工采用液压爬模及混凝土垂直泵送浇筑技术。

钢梁架设是施工难点。钢桁梁结构复杂，工地连接为高强螺栓和焊接并用，制造及安装精度要求较高，架设难度大。经反复研究比选，确定水路运输、码头吊机及浮吊配合运梁台车转运、专用提升站及全回转架梁吊机散拼安装的方案，并修建相应码头、栈桥、存梁平台等临时设施。

风险控制

由于施工环境复杂，既要保障长江航运和既有线运营安全，又要保证大桥的施工安全和工期目标，为对大桥施工安全风险进行系统的分析、识别、评价和有效控制，项目组开展专项研究，提出包括项目建设规模、气候环境、水文地质、地形地貌、桥位特征及施工工艺成熟度等桥梁整体风险评价指标，根据专家评价结果采取相应风险控制技术。

新白沙沱大桥主梁双层桥面布置方案

BIM实施

新白沙沱大桥地处艰险山区和长江天堑，环境复杂、施工场地受限，跨多条既有线，安全问题突出，每次要点时间仅2 h、工序紧凑，要采用BIM技术能够对每步工序详细模拟，检验其可行性、安全性，以便科学制定工序流程和作业组织方式，确保施工过程安全、高效。

应用方向与应用点

为充分发挥BIM技术优势，研究团队将技术难度最大、施工风险最高的重庆侧边跨钢梁架设方案研究及实施过程控制作为BIM技术应用重点，以保证钢梁架设的安全、质量、效率、成本、环保等施工目标。

在BIM应用点中，对主体结构设计模型处理主要指将设计院提供的成桥状态BIM模型按确定的施工方案进行必要的分节、分段或构件编组，并赋予时间及状态属性，使其能在后续应用中按不同工况模拟并呈现施工过程及状态，属于施工阶段BIM应用的前处理工作。

资源配置

1 人员配置

BIM研究团队由铁路BIM联盟成员单位中铁大桥局集团有限公司BIM小组、设计事业部及项目部等技术骨干人员组成，并分为策划组、设计组、实施组，其具体分工为：

• 策划组。负责BIM技术应用的策划、督导、效果评估及应用价值研究

• 设计组。采用BIM技术进行施工方案研究、计算分析、过程模拟、成果管理等

• 实施组。负责方案实施、技术协调、监测监控及问题反馈等

2 软件配置

为与设计模型对接，采用Dassault V5系列BIM软件，软件配置见表1。

3 硬件配置

Catia等软件对运行环境的要求较高，硬件配置见表2。

初步方案

重庆侧边跨钢梁跨越3条既有铁路线，且部分钢梁侵入山体，陆上交通不具备进场条件，为解决钢梁运输难题，并保证列车运行和钢梁施工安全，提出在支架上拼装钢梁，采用同步顶推技术完成跨线段钢梁架设的施工方案，以减少跨线施工时间、降低安全风险。

重庆侧边跨钢梁拼装与跨线施工方案总布置

贵阳侧主塔墩位于长江主河槽内，钢梁架设拟采用对称悬臂拼装的方案，栈桥前端设置1座固定式提升站，在主塔墩施工期间即通过水路运输将钢梁运至主塔墩3#墩旁，由专用提升站将钢梁提升至施工平台上的运输台车，经栈桥运输至预拼场存放，后期钢梁架设时通过栈桥运输至主塔墩钢梁提升站下方，再由架梁吊机提升至桥面进行拼装架设。

BIM建模与组装

建模是开展BIM技术应用的准备工作之一，由于大桥结构复杂，施工临时设施、设备较多，除对主体结构模型按施工方案要求进行处理外，还需要完成各种临时设施及场地的建模，利用软件模拟钢梁杆件等材料吊装、运输、存放等过程的空间需求，合理布置场地。

施工临时设施建模

BIM团队分工完成各单体模型创建，再利用软件装配功能按照统一的全局坐标系组装为一个整体。由于模型精确反映结构尺寸及相对位置，能全面模拟各构件安装过程和干涉情况，消除各种设计缺陷和人为错误，提高了设计质量。

组装后的大桥主体结构、临时设施及场地布置

设计采用Catia的BOM表功能，快速统计模型中各构件材料数量，提高了统计效率，配合出图功能完成二维图纸设计，且可输出为Excel表格，便于物资部门管理材料，为工程的材料采供和备料提供准确数据。

材料统计与报表输出

方案模拟与优化

钢梁架设涉及大量起重作业，作业大多在高空或水上进行，存在较大安全风险，使用传统平面设计方法往往不够准确、全面。根据设备参数建立的施工机械模型可实现精确控制，通过定义模型的机构运动方式，模拟、验证钢梁吊装方案。

施工过程模拟主要在Delmia仿真平台进行，通过对钢梁各构件和吊装单元赋予时间属性、定义运动轨迹和显示控制，生成连续的生长动画，表达主体结构安装过程。

重庆侧边跨钢梁拼装与跨线顶推施工交替进行，设计人员根据成桥状态下各段钢梁最终位置推导该段钢梁拼装顺序，应用BIM全面模拟钢梁构件存放、运输、吊装等运动轨迹、钢梁顶推过程等。

重庆侧边跨钢梁拼装与跨线顶推施工原始方案模拟

最初架设方案，首先在主塔墩3#墩横梁拼装架梁吊机临时支架，然后拼装额定起重能力70t的360°全回转架梁吊机，再利用吊机拼装首段钢梁，架梁吊机走行至钢梁上，拆除架梁吊机临时支架，再从栈桥上取梁架设其他节间钢梁。

Delmia动态模拟发现诸多影响钢梁架设安全及拼装效率的问题，如架梁吊机在取梁与拼装状态吊机扒杆变幅角度变化过大、起吊过程中架梁吊机扒杆无法旋转过主塔等。研究决定，修改钢梁架设方案，并对其重新模拟和优化处理，有效解决安全隐患、提高作业效率，并据此制定出详细的作业流程和施工步骤，保证施工方案顺利实施。

重庆侧边跨钢梁拼装与跨线顶推施工优化后方案模拟

按照同样流程，对贵阳侧主塔墩3#墩钢梁拼装与挂索过程进行模拟，并根据各工况的计算分析和模拟中发现的问题进行优化处理。

贵阳侧主塔墩3#墩钢梁双悬臂对称拼装施工模拟

新白沙沱大桥体量庞大、结构复杂、所处环境条件较恶劣，通过实施BIM，对施工过程和方案设计细节进行预先演练和分析，证明施工方案的可行性，细化作业流程和技术控制要点，确保施工安全。特别在跨线顶推施工过程中，必须在要点时间内完成顶推工作，BIM技术在优化施工方案、加强安全控制、提高作业效率等方面发挥了巨大作用。