摩洛哥布里格河谷斜拉桥应用BIM技术

摘要：在桥梁工程方面，从设计、审核到施工、监理均按照法国的规范和标准执行。设计过程中，传统的二维设计很难满足施工方和业主需求，而BIM技术的应用解决了传统二维设计遇到的难题。
技术"/>
摩洛哥布里格河谷斜拉桥应用BIM技术

应用背景：布里格里格河谷斜拉桥位于摩洛哥境内拉巴特绕城高速公路上，位于首都拉巴特市区以东30km，主桥为183m+376m+183m叠合梁斜拉桥。大桥跨越布里格里格河谷，桥位上游1km处为大坝库区。摩洛哥在历史上和法国有着千丝万缕的联系，在桥梁工程方面，从设计、审核到施工、监理均按照法国的规范和标准执行。设计过程中，传统的二维设计很难满足施工方和业主需求，而BIM技术的应用解决了传统二维设计遇到的难题。
结构设计应用BIM技术
桥塔造型设计
项目初步设计方案由法国建筑师主导确定，为使桥塔在山谷中达到挺拔、雄伟的建筑效果，采用空间双曲面的混凝土桥塔，在立面上呈梭形。塔柱在顺桥向和横桥向均分离，分为4肢，各肢柱在下塔柱通过混凝土裙板连在一起，塔柱中部设计预应力混凝土横梁，使塔柱与桥面板在该部位固结。桥塔截面从塔底到塔顶一直都在不停地变化。由于桥塔为4肢空间曲线模型，如果采用传统的二维设计，不易将结构表达清楚，也很容易出现尺寸错误。
因此，采用BIM技术设计桥塔。项目初期，投入大量人力建立全桥和桥址处地形地貌三维模型，直接应用于混凝土浇筑模板设计，实现了“头脑三维”→“数字三维”→“施工三维”的直接转化。
BIM模型二维出图
虽然在混凝土模板制作过程中实现了“数字三维”→“施工三维”的直接转化，但在设计过程中，仍有“二维图纸”存在，其作用只是用于图纸的审核和校对，并不对施工和设计产生直接影响。且大部分二维结构图直接由软件中的工程图模块绘制，使二维结构图和三维模型实现关联。在设计过程中，只需对设计表中的参数进行修改，二维工程图也可随之自动修改，同时在二维工程图中增加阴影渲染，提高二维图的可读性和识别性。
混凝土工程量精确统计
由于桥塔的造型复杂，且为空间曲线，如果采用传统二维设计，混凝土工程量的统计将会比较困难。通过BIM软件的BOM表功能对模型属性进行统计，可以很方便得出桥塔每个节段和整个桥塔的混凝土工程量。
主梁斜拉索锚块和锚槽设计
斜拉索在主梁上采用挖槽锚固，索导管处又有锚固块，由于斜拉索在顺桥向和横桥向与水平面的夹角不断变化，因此每个锚槽和锚块的尺寸都不相同，传统二维设计要通过复杂的几何计算才能得到，而借助BIM技术，在三维建模时通过参数化建模，很容易得到所有锚槽和锚块的尺寸。
挖方填方精确计算
由于桥塔采用明挖扩大基础，施工过程中会产生很大的挖方和填方量，传统二维设计中，精确计算土石方量是一项较为繁琐的工作，但通过BIM技术可能精确计算出现场的土石方量。
钢筋工程设计应用BIM技术
摩洛哥布里格里格河谷斜拉桥设计中为了方案的美学效果，构件尺寸十分轻巧，塔高将近200m，大部分塔肢壁厚仅65cm。因此，桥塔配筋率较高，塔肢分叉的L5节段配筋率更是高达400.49kg/m3，且横桥向还有预应力管道。因此，钢筋之间的碰撞、钢筋和预应力管道的碰撞问题十分突出。
钢筋加工遵循法国工程习惯，采用大直径钢筋，所有钢筋均采用工厂预制，现场拼装。施工现场不允许进行钢筋切割和弯折，所有钢筋连接均采用绑扎搭接方式，这些因素都要在设计阶段充分考虑。钢筋图设计过程中需要考虑以下因素：施工节段长度（桥塔4m一个节段进行分段浇筑）、钢筋定尺长度（钢筋出厂长度不超过12m）、钢筋搭接长度、搭接交错（接头率满足规范要求）、箍筋交错配置、钢筋安装顺序、工人操作空间、混凝土能否顺利浇筑等。
设计中，采用由BIM软件绘制精确结构图，导入AutoCAD中进行二维钢筋图绘制，钢筋长度、直径、弯曲半径、弯钩形式、弯钩长度等均按照真实尺寸绘制，避免钢筋碰撞问题。对于大部分构件，二维设计能够满足业主要求，但在某些复杂部位二维已经不能解决问题，要借助三维工具。通过自主开发的生成三维钢筋笼的插件，输入绘制好的二维钢筋图，生成三维钢筋笼，检查钢筋碰撞问题。通过检查及时发现施工中可能发生的碰撞，调整钢筋的形式和位置，提高施工效率。
钢锚箱设计应用BIM技术
作为斜拉桥主要受力构件的斜拉索，其锚固点定位精确性对全桥的受力十分重要。为提高锚固点定位精确性，桥塔锚固区方案最终采用钢锚箱方案。项目每个桥塔有20对斜拉索，全都锚固在塔顶锚固区约24m高度范围内，使斜拉索间距较小，斜拉索最小中心间距达935mm，扣除斜拉索索导管直径后，斜拉索净间距仅为390mm。因此，钢结构加工制造时，焊枪操作空间十分有限。
为了保证钢结构加工制造精度，建立钢锚箱三维BIM模型，利用BIM模型直接出图，且工程图中二维图视和三维图视相结合，使钢结构制造单位能更合理地安排钢结构的安装顺序和焊接顺序，提高了制造加工效率。
结束语
BIM技术在布里格里格河谷斜拉桥的设计工作中发挥了至关重要的作用，应用BIM技术完成了复杂造型设计、二维出图、工程量统计、碰撞检查等工作，解决了设计和施工中遇到的难题。BIM技术是一项庞大的系统工程，此次设计过程中主要偏重于BIM中M（Modeling）应用，在今后的BIM应用中对信息以及信息传递的应用要逐步加强。