BIM技术在高架桥箱梁顶推施工的应用研究

工程实践表明，高架桥施工BIM技术的应用对保证施工质量、工期和施工过程管理方面具有显著的效益。  随着城市的快速发展，高架桥的建设需求越来越迫切；随着城市交通复杂化，高架桥作为城市立体交通体系越来越复杂，高架桥施工方法多样化，随之而来的施工和工程管理也越来越大复杂。BI技术为复杂工程建设和管理的信息化开辟了一条全新的方法。运用BIM技术可以形成智能化、可视化施工，提供建筑在建筑构造、信息参数的一一对应从而达到施工信息全覆盖及动态可视化管理的目的。

目前，关于高架桥工程施工的BIM研究并不多见，本文根据目前王宗区间和龙阳大道立交桥的施工进展情况，通过BIM技术进行对龙阳大道高架桥与王宗区间地铁的分析，研究龙阳路高架桥桩基施工对已经完成初期矿山法支护结构的地铁隧道区间的影响，并提出建设的保护与控制措施。二环线龙阳大道段王家湾至宗关高架桥箱梁顶推施工，采用BIM技术进行施工进行管理，对工程量模型及动态模型进行研究，并用于指导现场施工和工程管理，确保施工工期和建设质量。

一、工程概况

本工程为北起琴台大道，与江汉二桥相接，南接墨水湖南路，与杨泗港快速通道四新段在建的陶岭立交相接的城市快速路。主线龙阳大道高架桥LYL4-LYL7联与地铁三号线王家湾地铁车站存在平面共线施工。由于钢箱梁施工一般采用钢胎架加移动式吊车吊装的方式施工，胎架及吊车对地面产生的荷载较大，对地面下方的地铁车站顶板带来一定的危险性。通过借鉴同类工程的施工验，同时结合本工程检查施工实际情况，拟采用顶推施工技术，将荷载分散于整个支架体系，减小支撑体系对地面产生的荷载，在保证安全的情况下，顺利完成钢箱梁的施工。

二、钢箱梁安装BIM建模  

由于现场施工条件及周边环境的限制，使用“∏”形门架支撑体系的架设可以使施工更加迅速安全，并且对路面的占用率最小。架设的一般顺序为先横向后纵向，最后到达一体化的“∏”形门架支撑体系。根据路下地铁站房柱的安置方位，临时支撑机构的位置与其一一对应，搁置在隧道管和隧道柱上为了确保临时支撑结构的稳定性，支柱的中间用工字钢焊接相连。 

1.横向架设 

“∏”形门架支撑体系的横向架设从中心的L段开始，然后在L1两端依次对称延伸。采用100吊车来进行吊装，务必要是L1段中心与总架设中心对齐。然后，依次吊装L2~L7节段，要注意的事项构件连接处误差≤2mm；吊装L2、L3段时，要把钢箱梁架设在主体的“∏”形门架支撑体系上；吊装L4、L5段时，要使用150t的汽车吊装；吊装L6、L7段时，由于最后一段需对之前的的吊装梁进行检测，直到对其前面的吊装后才开始下一段的架设。

2.纵向架设 

根据现场施工条件及周边环境的限制，纵向架设的一般次序为2-3-1-4，先从第2节段开始架设架设后根据上方的临时连梁和下方支座架设第3节段，最后完成“∏”形门架支撑体系初步构造，继续通过上方的临时连梁依次架设1、4节段，这样基本上完成了一段“∏”形门架支撑体系。在下一段建设之前要检测定位标记是否匹配，满足要求后才能开始下一段的架设。 

三、高架桥施工BIM管理 

1.三维模型建立  

在项目的准备阶段，根据已完成的施工图纸对其进行分析和对比，高架桥桥墩支护，高架桥桥墩是实际工程的施工图。通过BIM建模，能对施工整体结构进行宏观鸟瞰，也能预先绘出施工完毕后的效果图，通过更改模型数据，构件各部分可自动调整，方便快捷。图1为L6与L7节段施工现场，图2为高架桥整体BIM模型。  

图1 L6与L7节段施工现场

图2 高架桥整体BIM模型  

2.工程计量

通过使用RevitStructure软件建立了高架桥各构件模型，钻孔灌注桩配筋模型，见图3，斜腹式箱梁钢筋模型，见图4所示，在图上的列表中可以直接导出钢筋进度信息，钢筋的直径、长度、数量、弯曲角度、厂家等信息的数量一目了然，准确可靠。根据图形分析的结果，可以为甲方提前拟定一个工程预算和项目结算依据。根据已有的数据和实际的工程进度，BIM可以实现数字一体的管理模式，从而大大提高了预算成本，缩短工期，最大化地建造出项目的工程实际价值。  

图3 钻孔灌注桩配筋模型

图4 斜腹式箱梁钢筋模型

3.基于BIM的预制构件安装与采购

BIM在构件安装和采购方面也是它的强项，以为BIM都是已一个个族的形式而存在的，有相当完整的结构体系，通过族与族之间的联系与耦合，达到构件完整的拼装，为确保施工进度和质量提供了大大的技术支撑。在实际模拟中发现，钢箱梁U肋贯通横梁，若某一个U形槽尺寸偏差较大，则U肋无法贯通，对装配带来较大困难，故对于横隔板下料精度要求较高。通过共享BIM数据，厂家取得了横隔板各项尺寸的精确数据，为精密（数控、自动）切割下料提供了强力数据支撑，同时配合切割工艺实验，最终保证了切割精度。经各方检验验收，尺寸合格率达100%。

4.施工模拟  

前面介绍了BIM中使用RevitStructure软件建立三维桥梁模型对项目施工的各种好处，但是这都是静态的分析，如果我们给模型加上一个时间轴，让模型随着时间的推移而一步一步的建筑起来，这就是所谓的BIM对施工进度的模拟。通过模拟施工进度可与时间轴一一对照，这样更加方便与比较施工现场进度，也可为现场施工提供预先施工参考，让工人可以清楚的看到每一个步骤，这样施工起来既保证施工安全，又保证施工进度。 

图5 桥面预制钢筋梁模型

图6 高架桥施工过程BIM模拟

5.BIM技术应用的功效分析  

本工程龙阳大道主线桥LYL4-LYL7联受地铁交叉影响，采用顶推滑移施工工艺。且顶推距离较长，为华中地区首例。为保证施工过程中的安全管理、工期管理、成本控制等要素，项目部引进先进的BIM技术，对LYL4-LYL7联顶推施工进行了施工模拟，分析了施工过程中的安全、工期、成本管理要点，对施工部署进行了科学调整，实现了施工动态管理，并取得了较好的效果，总结如下：

（1）安全管理： 安全为现场生产的第一准则，特别是本工程涉及超长鱼腹式顶推滑移施工，施工技术难度大，且同类型可借鉴的工程经验较少，增加了安全管理的难度。通过BIM模拟施工，实现了施工过程的真实模拟，有助于安全隐患的暴漏，从而做到事先预防，及时调整。 

（2）成本控制： 顶推滑移支撑系统在满足地铁顶板承载力要求的同时，也必须做到合理设计布置。根据同类工程经验及各方参建单位建议，支撑体系计划采用ф400×8mm的钢管。在模拟施工过程中发现，全程支撑体系处于稳定安全状态。经模拟试验，将钢立柱改为ф325×8mm的钢管，支撑体系同样满足受力要求。综合成本及制作工期考虑，现场实际施工采用ф325×8mm的钢管，节约成本近500万。

四、结语 

本项目施工实施BIM技术模拟，一方面可以为工人减轻不必要的工作负担，工序一目了然，节约劳动力；另一方面，还可以对施工中可能出现的紧急情况预先告知，保障了工人的人身安全。根据BIM软件的各项风险分析，可以有效的降低工程风险，提前预知施工危险，告知预防措施，减少返工费用，经济效益显著。