大跨度钢桁架桥BIM技术应用！

第一章、单位简介

1.1中铁十八局集团有限公司简介

中铁十八局集团有限公司，作为世界 500强中国铁建的核心企业，其前身是铁道兵第八师。为国内首家“五特五甲企业”（铁路、建筑、水利水电、市政、公路工程5项施工总承包特级资质和5项甲级设计资质）。在特桥、长隧道领域创造了多项世界、亚洲及全国第一，是国家高新技术企业，建有国家级企业技术中心、博士后科研工作站、BIM技术研发中心。  

1.2中铁十八局集团第 二 工程有限公司简介

中铁十八局集团第二工程有限公司是中铁十八局旗下子公司，国有控股的一级建筑施工企业，拥有多项特级资质及壹级资质，是中铁十八局集团特桥施工专业公司 ,公司自1994年承建八渡南盘江大桥（当时为世界V撑第一高桥）为标志，桥梁施工能力一举走到世界前列，多年以来，承建的桥梁跨度和难度在世界同类桥梁排名中第一的有南昆铁路八渡南盘江特大桥、广西梧州鸳江大桥、云桂铁路南盘江特大桥、大瑞铁路怒江特大桥等，先后建成大中小桥3000多座，解决多项世界级建桥难题，形成多套系统的桥梁施工技术，多次问鼎国优奖和鲁班奖，成为享誉业内外的建桥高手。  

公司对完成高、精、尖桥梁工程有着良好的传承和技术储备，公司拥有河北省省级企业技术中心，拥有国家认证的工程检测中心，是国家认定的高新技术企业。  

第二章、项目简介

大瑞铁路怒江特大桥位云南省施甸县与龙陵县交界处 (昔日滇西抗战著名战役松山会战遗址脚下)，是中缅国际铁路通道关键性控制工程，2017年被党和国家定位为“一带一路”重点工程。桥梁全长1024.2m，桥面最高处距江面约221m，主桥采用1-490m上承式4片肋钢桁拱桥跨越峡谷，是目前为世界上跨度最大的铁路拱桥。主桥部分用钢量达4.6万t，拱圈用钢量2.8万t，最大杆件重量达90t。余部孔跨布置为（7×41）m连续钢混结合梁（大理岸引桥）＋（14×37.2）m连续钢箱梁（拱上结构）＋（5×41）m连续钢混结合梁（瑞丽岸引桥）。  

第三章、采用 BIM技 术的原因

本项目桥位处濒临峡谷地形复杂，现场不具备杆件加工、预拼条件，只能新建临时便道接入滇缅公路，在远离桥位处选址加工。项目所处滇西地区山路崎岖、道路狭窄、转弯半径小，运输困难。采用 BIM+GIS技术有助于实现西部群山地形大型项目施工组织设计和场地布置。  

主拱圈采用提篮拱双肋四片桁结构，由 925根杆件组成，重达2.8万吨，按拱肋划分为41个节段、内倾3.6578°，轴线角度、长度精度要求达2″1mm。相邻节段需保证同一平面4片肋8个对接点精准就位；合龙时16根合龙杆件、20个合龙对位点多点合龙，对位困难大。  

桥位处全年极端温差 37.1°，最高风速 15m/s，4月-10月为雨季，且为连续降雨，给吊装及主拱线型控制带来极大困难。按原设计整节段吊装方案，加固山体的时间、经济成本巨大，缆索吊运行安全风险极高、节段及合龙段对接精度控制难度极大。  

工业化时代，桥梁技术以装备设备水平的升级代表先进方向；从工业化走向信息化，基于 BIM技术的桥梁数字建造技术理应作为智慧建造的方向深入探索实施。  

第四章、 BIM团队 介绍

黄欣，正高级工程师，现任集团公司科技管理部部长兼 BIM技术研发中心主任，天津市交通运输委员会委员、中国建筑业协会绿色施工分会专家，中国施工企业管理协会科技专家。  

获天津市科技进步二等奖 1项，学会、协会科技进步奖6项，参编省部级及以上标准6部、专著2部，发表论文11篇，获专利授权216项。  

先后获中国施工企业管理协会科学技术奖科技创新先进个人，中国铁建股份有限公司科技创新先进个人、科技工作先进个人，中国铁道 “优秀青年”， “詹天佑铁道建筑专项奖”。  

袁帅，高级工程师，现任集团公司 BIM技术研发中心技术负责人，工业和信息化部教育与考试中心BIM专业技术技能项目工作组专家，作为骨干参与的桥梁工程曾获中国铁建股份有限公司科技进步特等奖，负责怒江特大桥BIM技术应用的全过程策划、技术指导。  

贺常松，高级工程师，现任大瑞铁路怒江特大桥项目经理，负责怒江特大桥 BIM技术应用的总协调与具体实施。  

田波，高级工程师，现任大瑞铁路怒江特大桥项目总工程师，负责怒江特大桥 BIM技术应用的具体实施。  

李海松，助理工程师，现任集团公司 BIM技术研发中心主管工程师，负责怒江特大桥BIM模拟仿真与实施应用。  

李海周，工程师，现任集团公司 BIM技术研发中心主管工程师，负责怒江特大桥BIM建模与实施应用。  

第五章、 BIM应用的软硬 件配置

硬件：台式机工作站 3台，笔记本工作站2台，现场缓存服务器1台，VPN专线连接天津主服务器，无人机1架，VR 设施一套 。  

软件： CATIA V6建立不同精度模型库，DELMIA V6参数化模拟施组设计、专项方案，ContextCapture生成三维数字地形，优化场布方案，DP-Modeler修饰数字地形，Fuzor优化设计方案，Lumion实现三维可视化展示，CINEMA 4D实现三维技术交底。  

第六章、 BIM技术应用情况 说明 及 BIM应用的 特点、亮点、主要成果、应用效益和创新

采用 BIM技术指导大跨度钢桁架桥顺利合龙节约了资金投入和工期，基于BIM的“大跨度钢桁架桥数字建造技术”在传统的散件吊装和整节段吊装之外探索出钢结构桥梁施工新的技术方向，申请专利25项、已获授权16 项 。项目获中国铁建股份公司课题资助， 2019年天津市人工智能重大专项已通过技术审查。  

6.1 BIM技术应用

6.1. 1、建立桥梁模型库、探索形成形成施工阶段BIM标准  

（ 1）建立桥梁不同精度模型库分别对应单杆件精细化吊装模拟、节段杆件施工方案模拟、全桥施工组织模拟。形成大跨度钢桁架桥施工阶段BIM模型精度标准、命名标准、数据标准，填补了多项IFC、IFD标准空白，该标准为同类型钢桁架桥施工提供了示范。  

（ 2）建立临时设施模型库、实现缆索吊正向设计能力  

建立缆索吊装系统全套设备模型，完善模型库。结合有限元计算实现了采用 BIM技术进行缆索吊的正向设计。  

6.1. 2、总体施工组织设计  

（ 1）基于BIM+GIS的加工、试拼场地比选  

综合采用多精度 GIS数据进加工、拼装场地选择及优化和便道设计，最大限度节约前期投入。最终加工厂在距桥位80公里处的蒲缥镇。  

（ 2）基于BIM+GIS的优化设计  

原设计下弦杆长度 21.3m，经模拟不满足道路通行条件，优化为组合式下弦杆。  

（ 3 ）基于 BIM+GIS的大临设置布置  

在三维地模上合理布置项目部、拌合站等大临建筑，充分利用红线内土地，实现不同场布方案比选及优化。  

（ 3）主拱圈施工组织设计及优选  

将主拱圈原设计整节段吊装方案优化为组合式拼装方案，仅吊装设备节约投入约 4000万。  

1）吊装斜拉扣挂系统设计  

斜拉扣挂系统采用 四 塔斜拉 分散荷载 ， 设置 108束扣锚索。  

2）起吊场地设计  

根据地形现实条件，及钢构件尺寸，在地面投影位置不同，吊装平台分级设计，以减小吊装空中距离，提高工效、减少风险。第一节段到第七节段从第一吊装平台吊装，第八节段到合龙段使用第二吊装平台。  

6.1. 3、基于BIM的主拱圈方案编制及优化  

相比单杆件吊装减少吊装次数 156次，节约工期78天。  

（ 1）标准节段  

经过比选优化，确定单件吊装顺序 ： 先吊装下弦杆后吊装上弦杆， 先吊装内侧杆后吊装外侧杆， 再对不同杆件进行模拟组合，最终形成 两侧对称杆件组合吊装， K 字型 撑组合吊装 ，单节段减少吊装次数 12次。  

（ 2）变截面段  

主拱圈拱脚处钢桁拱宽度 32m，合龙段钢桁拱宽度18m，钢桁拱宽度逐节段减小，采用3DEXPERIENCE平台参数化模拟缆索吊索鞍、缆绳及吊具横移全过程，实时掌控吊具距离，把控横移速度及时间。  

（ 3）合龙方案  

1）合龙口设置  

主拱圈拼装至合龙段时， 大、小里程截面距离 9m， 合龙段一侧的最后一个标准节段设计长度为 5m，拼装空间狭小。因此，把合龙段一侧的最后一个标准节段设置为合龙口节段 。  

合龙口吊装过程中如果采用标准节段吊装顺序， 部分杆件吊装路径和已吊杆件存在空间碰撞 ， 优化吊装顺序、吊具、对接方式， 消除碰撞。  

2）合龙段  

合龙段吊装过程中，上侧杆件 吊装路径和 已吊杆件 存在空间碰撞，所以，需把 上侧杆件提前安放在上部 存放 平台 。  

（ 4）主拱圈施工进度模拟  

结合达索 3DEXPERIENCE平台参数化优势及同类型桥梁施工大数据统计，精确模拟主拱圈施工进度，准确计算工期。  

（ 5）吊具优化  

1）增加柔性吊带，消除吊钩与上弦杆的碰撞。  

2）增加扁担梁，钢桁拱宽度逐节段缩小的过程中，采用扁担梁吊装，解决非生产因素工期延误问题；  

3 ） 高低扁担梁：合龙过程中采用高低扁担梁吊装下弦外侧，消除碰撞。  

6.1. 4、拱上立柱专项施工方案  

拱上立柱杆件拼装顺序 为： 立柱 - 交叉横联 -立柱 ，解决 了 立柱与交叉横联空间碰撞。  

6.1. 5、 拱上 钢箱梁专项施工方案  

钢箱梁 采用 吊装 ，充分利用已有设备（缆索吊），同时避免顶推过程中因拱上立柱柔性大而发生侧移的安全风险。  

6.1. 6、虚拟拼装  

（ 1）参数化虚拟预拼  

1）标准节段平联对接就位过程中，和已 成桥部位 距离小，实施监测易碰撞部位的最小距离，提高施工安全系数。  

2） 合龙口因空间狭小，上弦杆需垂直于桥向通过合龙口，而后旋转 90°对接就位，在模拟上弦杆就位过程中，实时监测杆件与已成桥部位距离（最小距离0.4m），降低施工风险。  

3） 合龙口空间狭小，在模拟上平联杆就位过程中，实时监测杆件与已成桥部位距离（最小距离 1.7m）， 有效 降低施工风险。  

（ 2）三维激光逆向建模虚拟预拼  

采用三维激光扫描仪扫描杆件进行数据采集，逆向建模，和精细化模型进行对比，寻找加工误差、制定改进措施，提高加工质量；并结合拼装方案，采用逆向模型进行虚拟拼装，减少人工拼装工作量。  

6.1. 7、三维可视化工艺交底  

（ 1）拧高栓技术交底  

对重点部位，用 3DEXPERIENCE平台的composer模块进行三维工艺交底，打通施工管理“最后一公里”，提高施工质量。  

（ 2）人机模拟  

首次在铁路施工领域实现重点工艺人机模拟，在真实场景下模拟真实工作，调整、优化人与操作对象的关系、人与环境的关系、人的工作量与强度的关系，尽量减少人工的使用，推进 “智能建造”。  

6.1. 8、可视化展示  

（ 1）全桥漫游  

（ 2）AR：AR技术对现实的增强，实现虚拟影像-全桥模型和现实影像的融合。  

（ 3）VR：VR技术的沉浸式体验让施工技术人员有如临其境的感觉，更加直观的了解施工的全过程。  

6.2 基于 BIM的项目管理

6.2. 1、三维可视化监控  

基于 4D-BIM平台底层开发三维可视化监控系统，在实现现场视频监控、与BIM模型同视角追随展示基础上，实现进度、线型及应力应变监控，该成果已申报软件著作权。  

（ 1）进度跟踪：4D-BIM平台中计划进度与实际进度进行对比：用不同颜色显示超前、滞后、正常。  

（ 2）线型监控：桥址所在地区保山，一年中温差极大，极端温差可达36.1°，受温度变化影响，已吊装钢构件的位置、尺寸不断变化，通过监测模块，实时监控已吊装钢构件的空间位置，超过阈值自动报警，辅助传统测量手段，对主拱线型、应力变化实时监控。  

（ 3）应力应变监测：监测吊装过程，对极端施工荷载下扣锚索应力变化进行有限元计算，确保施工安全。  

6.2. 2、基于BIM技术实现项目精细化管理  

计价管理：进度数据与 BIM模型关联，实时查看主拱吊装进度，核算当期工程量，对下计价有理有据。  

二维码物料管控：结合 BIM，基于二维码技术对桥梁钢构件进行加工、运输与安装全过程的跟踪管理。可协助管理人员实时掌握构件施工动态，信息化管理杆件加工状态。  

安全质量管理：融合 BIM与传统管理方法，在项目管理平台实现问题填报、问题处理、问题审核，把问题定位与BIM模型挂接，实现安全质量问题三维可视化。  

第七章、人才培养成长

依托本项目孵化了中铁十八局集团 BIM桥梁专业团队、国内铁路施工领域第一个Dassault BIM专业团队，并以此为核心成立十八局BIM技术研发中心，培养BIM专家2人、骨干7人。  

第八章、下一步 实施 BIM技术的改 进方向、措施

1、在钢桥领域，探索设计、加工、安装、交付一体化BIM标准，以满足施工阶段落地、竣工交付为核心目标，带动产业链上下游实现一模到底，信息贯通。  

2、以本项目为核心，依托十八局集团在建斜拉桥、悬索桥等特桥，完善特殊桥梁BIM综合解决方案。  

3、探索BIM软件与机器人平台打通，实现BIM虚拟场景与人工智能融合，向智能建造深入迈进。