基于BIM的装配式支线上跨桥梁施工方案优化

基于BIM的装配式支线上跨桥梁施工方案优化

刘祥胜

安徽省交通控股集团有限公司安徽合肥230001

摘要：装配式支线上跨桥中主要采用钢板组合梁的形式，具有施工效率高、施工期交通影响小、便于施工管理、环境污染少等特点，但是为了满足工业化的建造需求，达到装配式桥梁的标准化和精细化的施工目标，引入BIM技术进行施工方案优化。BIM具有可视化、信息化和参数化的特点，基于BIM模型可以动态化、直观化地展示桥梁状态。基于三维建模软件建立三维模型，结合Navisworks方案模拟软件进行施工模拟和分析，讨论施工方案的可行性，针对施工方案中存在的问题进行修改，实现施工方案的最优化。本文主要讲述了装配式桥梁基于BIM技术的应用，分析了施工模拟的优势和基于Navisworks的施工模拟流程，研究了基于BIM的支线上跨桥施工方案模拟，分析现有方案中存在的问题，同时提出解决方案，促进施工方案的优化。

关键词：BIM；施工方案；装配式桥梁；钢梁吊装

1引言

BIM模拟是对现场施工活动进行科学管理的有效手段，它决定了安装全过程的施工内容，能有效进行施工管理。BIM在越来越普遍发展的同时，应用也越来越广。但是在目前的广泛应用中，主要集中在施工阶段。

基于BIM技术利用Revit等参数化建模工具建立桥梁三维实体模型，将实际成桥效果实时动态展现，使施工人员充分了解设计思路，便于与设计单位的沟通。基于BIM模型可解决设计时的碰撞冲突，使复杂部位的展现更加直观，一旦发现问题，基于BIM模型修正，有助于减少设计变更。同时在模型中添加设计信息及其他参数化信息，有利于施工单位信息管理和数据追溯。

在施工阶段基于BIM模型的4D特性可用于施工组织管理，直观的展现施工进度信息，将桥梁BIM模型与施工进度结合，便于施工进度优化，优化资源配置。基于BIM生成动态、可视化的过程模拟，有利于对施工进展的动态监测。基于BIM的5D管理可通过结合工程量信息进行成本控制，在施工备料、人力资源安排、资金与进度控制等方面动态精细化管理，节约工程成本，提高项目收益和工程施工质量[1]。利用BIM与施工方案进行整合，能够实现桥梁施工管理优化，提前进行风险控制和施工方案优化。

预制装配式桥梁是以预制构件为主，经装配、连接而成的桥梁结构。预制构件是以基本加工单位经过工厂化制作而形成的成品构件，其最大的特点是构件大都在工厂预制，质量可控，现场只需将构件安装定位连接即可[2]。预制装配式结构在国内外都有较长的发展历史。在我国，桥梁上部结构的预制拼装技术已经比较成熟，比如先简支后连续小箱梁，已大量应用于城市高架桥梁的建设中，但是对于支线上跨桥而言，钢板组合梁桥式的跨线桥仍然应用较少。

装配式支线上跨桥，主要采用钢板组合梁的结构形式，多主梁钢板梁和新型现浇复合桥面板的受力较为复杂，下部结构设计繁琐，桥梁斜交施工难度较大，因此为了满足各构件需满足工业化建造的条件，针对施工精细化和施工组织管理的要求提出一种基于BIM技术的优化管理模式。

2BIM技术在装配式桥梁各阶段的应用优势

混凝土结构的桥梁施工分为现浇和预制拼装两种。后者相较于前者具有缩短工期、降低施工风险、提高工程质量、节约施工成本、减少施工时对现有交通的干扰等优点。

桥梁BIM应用包含从规划、设计、施工，到后期的运营管理及拆除的全生命周期。装配式桥梁中，BIM的应用优势表现在各个阶段：

①规划设计阶段

利用BIM技术在装配式桥梁构件设计阶段对设计方案进行建模，在三维状态下进行决策讨论，能够大幅优化方案效果，减少绘图工作量，提高工厂沟通时的效率，提高构件加工质量。

②构件制造阶段

对标准化构件进行建模，提高构件的准确性，提升构件加工效率，实现精细化制造。

基于BIM技术的信息管理功能，利用涵盖了工单、原料、混凝土配比、库存管理等数据信息，加强对构件制造时的信息化管理。

③构件安装阶段

基于信息化的数字化工地技术，对施工现场环境进行真实还原，便于施工场地的信息化管理。

利用BIM技术对构件吊装进行模拟，尽早发现可能发生的失重、碰撞等问题，提高吊装方案的可行性及安全性，并降低吊装成本。

装配式桥梁的最终目标及趋势是建立结构的工厂化、装配的机械化和管理的标准化的信息集成模式，运用BIM技术的信息化管理方法，有助于将工业化的智能工厂理念引入项目之中，实现装配式桥梁构件的精细化制造。基于BIM的装配式桥梁便于实现桥梁项目全生命周期的数据共享，使信息化理念贯通与整个产业链，同时为工业化建造提供技术保障，促进产业的精细化发展。

3装配式支线上跨桥BIM施工模拟流程研究

3.1基于BIM的施工模拟优势分析

施工模拟就是基于虚拟现实技术，在计算机提供的虚拟可视化三维环境中对工程项目过程按照施工组织设计进行模拟。施工模拟具有的优势有：

①预施工

在实际施工前对施工方案进行模拟论证，可以观测整个施工过程，在施工之前获得对项目完整的理解，对不合理的部分进行修改，特别是对资源和进度方面实行有效的控制。

②协调施工进度和所需要的资源。

实际施工的进度和所需要的资源受到多方面因素的影响，对其进行一定程度的施工模拟，可以更好地协调施工中的进度和资源使用情况。BIM可以很容易模拟真实施工过程，BIM模型成为连接时间、费用和其他任意数据信息的数字信息中心，使项目全局直观地呈现在人们面前，保证工程按计划顺利实施和按时交付。

③可靠地预测安全风险。

在施工前已经把整个施工模拟出来，真正施工过程中一切均在计划之中。BIM对任何人而言，消除了不可预见的错误，有效管理了他们的责任。通过施工模拟，可以提前发现施工过程中可能出现的安全问题，并制定方案规避风险，同时减少了设计变更，并节省了资源[3]。

3.2基于Navisworks的施工模拟流程研究

BIM模型构建完成后，可以将模型生成二维的设计图纸，实现二维出图的目的。结合虚拟施工和BIM技术提供的参数化的设计理念，在项目的设计阶段可以及时的协调各专业信息的准确传递以及反馈，减少传统信息交流方式产生的错误。利用BIM技术构建的建筑信息模型不单单是简单的三维轮廓，构建的原理是1：1真实的还原建筑物构件。利用软件强大的参数化的功能可以将构建的建筑物的图元中的信息统计并提取出来，在虚拟施工的软件中利用每个构件的信息进行施工的模拟。具体模拟过程如下：

图3-1施工方案模拟流程

1）创建BIM模型

基于钢梁装配方案，在Revit中进行三维建模，构成完整项目实体结构模型。同时依据施工方案要求，建立相应的机械设备等构件模型，为了保证模拟效果，建立周边场地设施模型，还原现场真实环境。

2）模型拆分

根据施工阶段和施工节点划分模拟步骤，并根据动画模拟步骤将BIM模型进行拆分，保证方案模拟的真实性，便于通过三维模型展示各节点的施工状态，直观、形象地描述施工现场，论证施工方案的可行性。

3）导入Navisworks软件

BIM模拟软件选用Navisworks软件，在模型创建完成后导出为NWC格式，将NWC.文件导入Navisworks软件中，利用Navisworks中的Animator动画工具对吊车的移动站位及钢梁吊装等编制动画进行施工方案模拟，将3D模型和方案模拟动画节点有效结合起来，实现方案本身从无至有的动画模拟过程。

4）对方案进行分析和优化

施工模拟动画将施工方案动态化显示出来，项目参与人员根据施工模拟动画进行方案分析，针对不合理之处进行讨论，同时提出解决方案，进行方案优化模拟，使施工方案切实可行。

4基于BIM的支线上跨桥施工方案模拟优化

基于工业化建造的核心理念，以BIM模拟为技术手段，进行钢梁装配方案BIM模拟分析，提出优化方案，是对现场施工活动进行科学管理的有效手段。通过BIM对钢梁装配过程的施工方案模拟，通过对安装方案的分析，进行优化和改善，提高计划的可行性，提高施工效率和施工方案的安全性，降低施工成本。

以某装配式支线上垮桥为例，通过BIM模拟上跨桥整体吊装的施工方案，进行施工方案的可行性分析。

在施工方案中，钢梁拼装平台是采用现场拼装的方式，但是基于工业化建造的理念和交通影响力度最小化的要求，现行钢梁拼装平台效率较低。经过模拟及分析讨论，为了满足建造要求，拼装平台可采用贝雷架的拼装方式，不仅拆卸方便，制作简单，可以完全满足对交通干扰度低的要求。

在施工模拟中，由现场施工交通组织中可知，现场车道加宽后，将吊装工作区域布置在桥梁吊装下方，通过BIM模拟可知，拼装平台长30米，宽15米，虽然车道经过拼宽，施工区域扩大，但仍满足不了现场拼装平台的要求。经过优化分析，提出一种新的方案为可将拼装平台宽度减少，或在桥墩外侧加宽施工区域，同时调整组合梁起吊中心点。保证吊装区域满足施工区域的要求。

图4-1现场拼装平台布置对比

基于BIM技术的施工方案模拟不仅可以进行施工方案的可行性分析，还可以针对现行的施工方案提出优化建议同时进行模拟论证。

在进行施工方案模拟时既可以对整个施工方案进行模拟，研究装配式结构的吊装方案，也可以对局部的重点复杂部位进行模拟，模拟其施工过程。施工方案模拟通过三维模型，提供了一个可供项目各参与方进行有效沟通，解决涉及冲突的平台。施工方案的优化过程也是通过计算机完成的，改变了传统施工方案优化时仅仅依靠施工人员的工作习惯。

5结论

本文基于工业化建造要求，以BIM在装配式桥梁中的应用为出发点，基于BIM技术的虚拟施工等手段对施工方案的优化进行了分析。针对施工模拟的优势及基于Navisworks软件的施工模拟过程进行了研究。结合支线上跨桥的实际应用对钢梁吊装模拟中发现的施工方案中可能存在的问题进行了分析，提出了解决方案，论证整体吊装方案的可行性，促进方案的优化。为BIM在装配式桥梁中的应用提供了案例，具有很大的参考价值，为解决此类桥梁工业化建造中存在的关键性问题提供了方案。

参考文献：

[1]钱枫．桥梁工程BIM技术应用研究【J】．铁道标准设计，2015，59（12）：50-52．

[2]刘志杭，康荣玲．预制装配式桥梁的设计与施工要点【J】．交通世界，2017（23）：95-96．