BIM技术在牡佳客专128m钢拱桥中的应用

BIM技术在牡佳客专128m钢拱桥中的应用

文/ 赵忠文西安建工集团有限公司，中铁一局集团第二工程有限公司

卜东平,张琪玮,郭子飞 ,赵忠文

1  工程概况

牡佳客专上跨哈同高速公路的128m钢拱桥全长131.2m，拱桥中心线与高速公路中心线夹角131°51′。主桥上部结构采用128m尼尔森吊杆体系，简支钢拱，拱肋采用悬链线，在横桥向内倾8°呈提篮式，拱肋横断面采用哑铃形钢管截面。拱肋间设1道一字撑和6道K撑。拱桥系梁全长131m，梁端采用矩形实心混凝土截面，宽19.3m、高2.5m，两端实心段均长8m。普通段采用单箱三室混凝土截面，宽18.5m、高2.5m、长115m。其平面及立面如图1所示。

图1 128m钢拱桥

2 采用钢结构BIM技术的必要性

1)外部干扰多该工程上跨繁忙国道哈同高速公路，车流量大，交通导改难度大。

2)施工要求高牡佳客专对施工质量精度、施工安全、环境保护等要求高。

3)施工场地狭窄该桥位处施工现场环境复杂，施工只能在桥梁投影线下征地范围内展开，场地狭窄。

4)施工工期紧本工程位于全线架梁关键线路上，是全线架梁的控制性节点工程。

5)技术含量高本工程施工技术复杂，采用BIM技术辅助实施，技术含量高。

3  钢结构BIM模型创建

根据施工设计图纸及建模思路对128m简支钢拱桥的建模顺序进行分解。建模过程主要分为7个步骤，如图2所示。最后合并创建整体的三维信息BIM模型，如图3所示。便于后期细化工程量，为后续项目信息化管理提供数据保障。

图2钢拱桥各构件模型

图3钢拱桥BIM精细化模型

4  钢拱桥BIM成果应用

??深化图纸设计

根据钢拱桥BIM精细化模型，通过BIM+VR技术模拟施工过程中的每个步骤。针对原有排布施工空间利用率不高、多处碰撞等问题进行优化。就建模发现的图纸问题，给出详细的图纸编号、问题描述、位置、图纸与模型显示以及建模建议和处理方案，如图4所示。与设计单位进行沟通，进行设计图纸深化，避免后续施工过程中产生不必要的设计变更，从而加快施工进度。

图4深化设计图纸示意

??三维可视化技术交底

针对项目施工过程中的重点工序，如拱脚安装施工、钢管加工安装施工、吊杆施工等工序，结合BIM技术制作工序卡，建立二维码信息库，将二维码张贴在现场对应区域或对应构件上，供管理人员和作业人员使用手机随时扫描查阅。扫描对应的二维码，可形成电子影像化、3D可视化的技术交底，可查看每个工序的“施工模拟”三维视频讲解。如图5所示，以拱脚三维技术交底单独作为“施工模拟”应用点。重点是基于拱脚三维信息模型，随时测量模型表面任何位置钢筋、尺寸、混凝土工程量等信息，详细阐述拱脚的施工顺序，包括预埋管安装、钢筋绑扎顺序、在钢筋加工中的应用。

图5三维技术交底

??工程数量复核

本项目BIM建模时采用精细化模型，可精确算量，快速提取工程量，如图6所示。

图6工程数量复核

??空间坐标提取

根据钢拱桥BIM精细化模型，将模型中总平面布置图的关键点坐标系与大地坐标系统一，可在模型中得到拱桥任意位置的精确坐标，如图7所示，提高测量放线的精确度和效率。

图7坐标提取（单位：mm）

??钢拱肋深化加工安装

对拱肋进行详细BIM建模，如对加强板、加强肋、加劲钢筋、吊杆、预埋管等细部构造建模，可通过碰撞检查提前发现问题，并将问题汇总，用于指导厂家进行拱肋加工，避免运到现场无法安装，造成不必要的返工。拱肋采用钢管卷制，厂内集中加工制成，由直线管节焊接拼装成 8～10m长度，运到现场后在拼装支架上组拼成型。如图8所示，钢管拱主拱肋分13个节段制造，左、右各6个节段对称加工，中间设合龙管节。

图8钢拱肋深化加工安装

??施工方案模拟

根据钢拱桥BIM精细化模型，加入施工方案中的大型临时设施，对128m钢拱桥主梁采用支架法现浇施工。首先进行钢管立柱条形基础混凝土浇筑，再进行钢管柱安装，如图9a所示。拼装纵向贝雷梁，如图9b所示。

图9施工方案模拟1～3

临时支架预压，如图9c所示。安装模板系统。竖向钢管采用ф630×10无缝钢管，上下采用法兰连接。横、纵向均采用I18剪刀撑进行连接。钢管立柱及横向分配梁安装完毕后进行贝雷片纵梁安装。贝雷纵梁安装横向间距分别为45，90cm，采用螺栓和销子连成整体。利用已创建的BIM模型，在Navisworks中进行施工过程模拟，通过BIM+VR技术展示施工全过程，进行各工况下的细部分析，并形成电子影像化、3D可视化的技术交底，以便全过程指导现场施工。

??交通导改模拟

根据相关要求，跨越高速公路施工区域设置警告区、上游过渡区、缓冲区、作业区、下游过渡区、终止区等。在高速公路上加设锥形交通路标、安全带、围栏、施工隔离墩、防撞桶等施工安全交通隔离措施。施工范围夜间设置照明灯、施工警告信号灯，在防护棚架及立柱立面位置（迎车驶来方向）布置反光带，增强警示效果。根据钢拱桥BIM精细化模型，可通过三维渲染软件以真实场景渲染图形式表达，产生三维漫游动画，在Navisworks中进行交通导行模拟，如图10所示。

图10交通导改模拟

5  结语

1)对大桥的各工序提前模拟施工真实场景，对关键施工工序、机具组织安排进行仿真，对特殊位置的人员操作进行模拟，辅助规划施工组织设计方案，并输出相应的漫游视频及图片。

2)根据大桥的主拱骨架实际拼装质量检测数据，调整实际BIM模型参数，得到累积误差计算模型，将计算模型与设计模型做对比，分析累积误差的计算结果。

3)提供大桥施工现场指导材料，形成三维交互式动态材料，结合图文、图纸、视频等内容进行集中浏览和展示。

4)通过模型确定设计图纸中未明确的钢筋长度，避免出现加工的钢筋不能用，提高工效。

5)通过对该桥的关键工序进行施工模拟，优化施工方法，避免出现由于工序错误导致施工效率低及返工情况。

6)通过模拟施工工序进行三维交底，加深技术人员对图纸的理解，更加有效地保证施工质量。

7)通过模型提前发现图纸设计问题，提前与设计方沟通，避免施工过程中产生不必要的变更。

8)通过模拟跨越高速公路施工区域，确定锥形交通路标、安全带、围栏、施工隔离墩、防撞桶等施工安全交通隔离措施是否合理。

9)本项目BIM技术应用产生了很好的实施效果，在施工过程中未出现设计变更，施工进度提前完成，受到业主方表扬。