国内首条跨江重载铁路合龙 钢桥工程该如何BIM?

由中国中铁大桥院设计、中国中铁大桥局施工的荆州长江公铁特大桥顺利实现主跨钢梁精确合龙，这标志着我国首条跨江的重载铁路成功跨越长江荆江江段，蒙西至华中铁路通道（简称“蒙华铁路”）建设取得首个重要进展。

12月3日上午，随着主跨钢梁上的最后一块桥面板被精确吊装到位，由中国中铁大桥院设计、中国中铁大桥局施工的荆州长江公铁特大桥顺利实现主跨钢梁精确合龙，这标志着我国首条跨江的重载铁路成功跨越长江荆江江段，蒙西至华中铁路通道（简称“蒙华铁路”）建设取得首个重要进展。

　　承担施工的中国中铁大桥局负责人介绍说，荆州长江公铁大桥主桥采用主跨518米双塔钢桁梁公铁两用斜拉桥，大桥桥面分两层布置：上层桥面为4车道公路，桥面宽26米，斜拉索布置在上层桥面的外侧，距桥中心26.7米，下层桥面为双线铁路，线间距4.2米，设计时速为120千米。

　　主桥通航孔上部结构设为“N”字形钢桁梁，共计77个节间，总重约3.2万吨，采用焊接的整体节点，在工地现场架设时，于节点之外再使用用高强度螺栓拼接。主跨钢梁架设施工中，中国中铁大桥局建设者采取从南北两岸的两个主塔（3号塔、4号塔）两端向中间架设，在主跨中间完成最后合龙。

　　据了解，当天完成施工的合龙节点位于主跨正中的第39节间。此外，大桥还有非通航孔上部结构为4跨、各长94.5米的连续钢桁梁，共计28个节间，总重量达1万多吨。由于架设工序多，作业时间紧，精度要求高，施工难度更大，该桥钢梁架设顺利完工为我国同类桥梁的建造探索了一套成功的经验。

　　蒙华铁路北起内蒙古鄂尔多斯境内浩勒报吉南站，途经内蒙古、陕西、山西、河南、湖北、湖南、江西七省区，终至京九铁路吉安站，线路全长1814.5公里，设计为国铁Ⅰ级铁路（重载）。全线设车站85个，规划输送能力2亿吨/年以上，建设工期5年。蒙华铁路是国家“十二五”发展规划中重点交通建设项目，对优化国家能源战略布局，开发蒙陕甘宁地区煤炭资源，保障鄂湘赣等华中地区能源供应，促进西部大开发和中部崛起战略的实施，均具有重要的战略意义。

　　设计方中国中铁大桥院介绍说，荆州长江公铁大桥连接荆州市的江陵县和公安县两岸，是蒙华铁路、沙市至公安高速公路共用的过江通道和关键控制性工程，是我国长江干流上的第七座公铁两用桥，也是国内首次跨越长江的重载铁路桥梁。大桥全长6317.8米，主桥设为双塔钢桁梁斜拉桥，主跨518米为世界同类桥梁之最。

　　湖北省铁路办透露，大桥及蒙华铁路的建成，对于推进湖北“壮腰”工程，优化江汉平原腹地公路网布局，完善鄂西生态文化旅游圈交通主骨架，为湖北省打造中部崛起战略支点具有十分显著的意义。

　　中国中铁中标的荆州长江公铁特大桥和洞庭湖特大桥，是蒙华铁路全线最早动工的节点，由中国中铁委托其旗下中铁大桥局实施代建，是中国中铁参与蒙华铁路建设的“代建制”试点性项目和项目管理先进样板的目标性工程。

　　中国中铁有关负责人介绍说，其旗下中铁大桥局以在长江上主持或参建的80多桥梁建造经验为基础，运用大桥局自主研发、具有世界水平的巨型双壁钢围堰、大直径全自动化钻机、全液压爬模、大型全回转水上吊船、大吨位架梁吊机等先进建桥装备，实现了117天完成主塔全部大直径钻孔桩施工（经检测全部为优良桩）、13个半月实现两大主塔封顶、9个多半月完成主通航孔钢梁架设，创造了长江上同类型桥梁施工的新纪录，顺利实现了高精度合龙的工期目标，确保了过程安全、工程优质。

　　工程建设期间，中国中铁大桥局科技团队提出并成功实施了首条跨越长江重载铁路桥梁功的整体技术解决方案，优质地完成了钻深超过120米的变径钻孔桩施工，有效地完成了结构复杂、工期紧张的钢梁架设，解决了荆江防洪区堤防防护难题，立项了“蒙华铁路荆州长江公铁大桥关键技术研究”等五项关键技术攻关课题，截至钢梁合龙时已结题三项；同时，施工中有效组织施工方案，加强了现场施工文明管理，减少了土方开挖和回填，有效防止了水土流失，保护了生态环境，为著名的荆江防洪区的生态环境保护做出了应有贡献。


1 BIM技术在钢桥工程中的应用

　　1.1 三维建模

　　在BIM技术中，三维模型可以说是人们对其进行应用的重要基础，能够以非常准确的方式对即将施工工程的细节进行描绘。其来源主要有以下几种形式：

　　第一，是以原有的二维设计图纸作为建模基础；

　　第二，不采用二维设计，而是直接使用先进的三维建模软件对工程进行设计。

　　而在BIM技术的实际应用中，更多的是直接使用三维设计的方式进行设计，因为该种方式其不仅会对人们大脑中以往二维设计所具有的局限性进行打破，同时也能够大大地减少设计者的设计工作量，而通过三维建模软件所具有的最直观的可视化特性，也能够帮助桥梁设计者在桥梁实际设计的过程中就能够更好地把握桥梁的详细构造，避免出现因设计疏忽而出现不必要的错误。

　　同时，对于我国目前建设的钢结构桥梁来说，通过良好三维模型的设计，不仅能够对三维构件所具有的外形进行描述，还能够以更为深入的方式细化到其中的每一个零部件细节，如柱、板、梁以及连接等，而这些基本单元都是可以独立编辑的，并且也包含了一系列非常重要的信息，设计时就能够更好的将这些基本单元模型与细节所具有的数据信息进行综合性的考虑。

　　另外，对于模型的设计也需要方便设计者对其进行维护与修改，通过更多种类型查看方式的提供，使结构设计在实际三维建模中能够具有更为方便、流畅的特征。对此，就需要设计者能够对三维建模软件进行适当的选择，目前，较为适合设计者设计钢桥工程的软件有CATIA、Tekla Structures以及Bentley等，这三种软件综合性能都能够满足设计的需要，且各具特征，需要我们根据实际需求进行科学合理的选择。

　　1.2 加工制造

　　在三维模型设计完毕之后，如何同加工制造进行良好的对接也是十分重要的一项工作，主要有三种方式，而我们在实际生产的过程中，就应当根据自身选用用的工法、制造工艺、加工自动化水平等等对下述三种方式进行适当的选择：

　　1.2.1 第一种方式，我们先从设计完毕的三维模型软件中导出二维图纸来供我们实际加工使用。对于这种方式来说，其优点就是二维图纸同三维模型之间所具有的关联性能够保证三维模型中如果发生甚至很小的改动，都能够在第一时间反映到其导出的二维图纸中，以此来最大程度的保障的二维图纸所具有的准确性。目前，市面中大部分三维建模软件都具有生成二维图纸的功能，而我们在实际应用时仅仅需要对标注位置进行适当的修改就能够投入到使用之中，可以说目前该技术已经较为成熟。同时，这种方法对于加工制造流程自动化水平不高的情况也非常适用。

　　1.2.2 第二种方式，我们通过部分自动化的功能对三维模型进行辅助加工制造，如Tekla Structures所具有的自动套料排版功能生成制造输出数据、CATIA所具有的自动生成G代码功能等等都能够满足该种方式的需求。同时，由于实际加工自身所具有的复杂性，在一般情况下这部分功能虽然具有较强的效果，但是依然不能够完全、彻底地替代人工加工的方式，可以将其作为我们人工施工的一种辅助工具，能够较大程度地减少单纯由人工加工所带来的错误，更加适合应用在具有一定自动化水平的加工制造工作之中。



　1.2.3 第三种方式，我们将设计完毕的三维模型以中间数据格式的方式同数控设备进行直接的对接。如Tekla Structures的。dstv格式就能够同Ficep以及HGG公司所生产的数控设备直接对接，并以非常高效的自动化加工方式完成对零部件的精确制造。通过这种方式，可以说能够大大降低工作量，并减少由人为因素可能带来的失误。但是，这种方式对于使用的设备也具有着较高的要求，更适合于加工制造流程自动化水平较高的情况。

　　1.3 物料管理

　　在三维模型中，每一个零部件都是独立、可编辑的，根据这种特点，能够将现实中的产品关联到相关的三维模型上。这种方式的优点，就是能够将整个物料的生产、运输、存储以及使用状态等等能够在三维模型中以非常直观的方式反映出来，且能够对物料生产任务的安排以及统一管理都可以提供非常大的帮助。另外，对于零构件的加工制造与现场安装阶段来说，其对于零构件各有不同的关注点以及侧重点，如果将两个阶段进行统一性的管理，就非常容易出现管理混乱的情况。对此，可以根据工作阶段的不同将其分为加工物料的管理以及安装物料的管理，从而以此使两者在独立、有序进行的同时不会互相产生干扰。

　　1.3.1 在加工物料管理中，其是以实际加工制造过程中不同零件作为对象。在三维模型中，对于一个类型的零件会设定其独有的编码，并在实际加工的过程中利用射频技术以及二维码技术对这个唯一编码的零件进行全程的跟踪管理，并在获取其状态信息之后能够将其以实时的方式反映到三维模型之中。

　　1.3.2 在安装物料管理中，其是以实际现场安装的构件作为对象，将一个构件视为单独零件的加工与组合。而在具体管理方面，应在模型软件中对一个类型的零件设定独有的编码，并在后续一系列过程中对其进行跟踪与管理，并以实时的方式反映到三维模型中。

　　1.4 虚拟预拼装

　　在钢桥工程结构零部件生产完毕、实际拼装的过程中，因为不同因素的影响不可避免的会发生拼装失败的情况。而为了避免这种情况的出现，可以在实际拼装之前在虚拟的环境中进行拼装测试，并以此在提前发现问题的基础上最大限度的减少返工和整改而造成的经济损失。而要想获取构件模型数据，方法大致分为单点测量和三维扫描两种，用全站仪、三维扫描仪等均可实现，难度相比于获取现场实际模型来说大大降低，只需综合考虑测量精度、测量效率和设备成本来做出选择即可。当然，对于该技术来说目前依然还在研究阶段，相信等我国相关测量技术以及数字化技术的进一步提升，则可以将此构想达成现实。

　　2 结束语

　　总的来说，钢桥工程是我国目前大力发展的基础交通设施之一，需要我们对该项工作引起充分的重视。本文对BIM技术在钢桥工程的应用进行了一定的分析与研究，而在实际应用的过程中，也需要根据实际需求，以更为科学合理的方式达成设计、施工目标。