摘 要： 本文通过介绍上海市浦星公路桥主桥钢结构制作、安装工艺技术，较为详细地对项目中的重点、难点、工艺特点、施工技术等进行阐述，对类似工程工艺技术选择、成本控制等具有较高的借鉴价值。本文主要包括：钢结构制作3D扫描电脑预拼装简述；拱肋支撑塔架设计安装；大跨度钢结构桥梁BIM施工技术运用；支撑系统基础沉降控制。
此项目择优选取大跨度下承式拱桥钢结构施工方案,确保了工程质量、施工安全，并因地制宜做到成本最优、工期提前，为大跨度重型钢桥安装提供了有益的参考。
关键词：国内单跨最长、最重下承式拱桥；BIM施工工况模拟；sap2000、Midas Civil施工工况验算；3D扫描电脑预拼装；多种支撑体系基础（钢管桩、高压水泥浆旋喷桩、老桥墩台）；大构件空中翻身；超大构件吊装；600吨浮吊。
引言
下承式拱桥属于无推力拱梁组合体系，具有受力合理、线条流畅、结构简洁、外形宏伟壮观等特点, 且经久耐用,是我国公路广泛使用的一种桥梁结构型式。
上海市大芦线航道整治二期工程闵行浦江段跨航道桥梁3标浦星公路桥主桥钢结构工程：是大治河通航整治提升项目之一；是大治河上跨度最大、高度最高，下承式提篮钢拱结构桥；是上海黄浦江进入大治河西入口第一桥；东向直通东海，扩容了临港自贸区通航能力。此拱桥拱肋矢高达到57.982米，跨径长达230米，是上海市单跨最长、高度最高、重量最重下承式拱桥（仅次于中承式拱桥的卢浦大桥）。并且在下承式拱桥中，跨度不仅是国内第一，也是世界第一。
本工程被列为2018年上海市交通委BIM技术应用试点项目，BIM技术贯穿于整个实施过程，在项目管线搬迁和保护、航道管理、施工工况模拟、方案预演以及工程展示方面均提供了强有力的技术支持。对其它类似钢结构桥梁安装很有借鉴意义。
0工程概况
0.1工程简况
上海市浦星公路行政等级为主要干线，设计等级为集散型一级公路，主线设计车速80km/h，辅道设计车道30 km/h。主桥为提篮式系杆钢拱桥，跨径为230米，引桥采用简支预应力小箱梁方案，桥梁断面为双向6条机动车道并设人行道和非机动车道，主桥面宽43.4米，引桥按双幅断面布置，桥面无人行道，面宽32.5米。全桥钢结构重量约：8500吨，拱肋最大分段的吊装重量为268吨。
桥面两侧钢拱肋设计高度46m，均内倾12度。每侧钢拱肋下设置27根吊杆，吊杆规格为φ15-37和φ15-31。钢绞线采用填充型环氧涂层钢绞线。钢拱肋截面为3.6*2.5米、系梁截面为：2.656*2.686米、端横梁截面为：3.756*6200米、风撑截面为：1.78*3.5米。
1拱桥施工简述
1.1施工工艺简述
230m下承式钢拱桥施工工艺与工期简述：
拱桥设计施工工艺：先梁后拱；
拱桥制做、安装施工工艺：分段制作、3D扫描整体成像预拼装，支架法施工，分段吊装、空中拼接方式；
构件运输方式：水陆两路运输；
安装吊装机械：主吊600吨级浮吊，副吊180-500吨汽车吊；
大型构件吊装数量：大构件吊装数量96件，其中超100吨构件32件，超200吨构件10件。
钢结构吊装工期：2019年7月12日—2019年9月17日（共计67天，包含台风利奇马延误工期）
工程施工重、难点是拱桥安装支撑体系设计、施工和钢拱肋吊装施工。根据该桥工程特点、设计工艺要求和地形、地势情况，结合本单位施工技术水平、机具设备等，确定该工程总体施工方案及控制要点为：
①支撑体系基础根据支架位置、现场条件和基础反力分别采用三种基础形式：1）钢管桩、2）高压水泥浆旋喷桩、3)老桥承台基础，其中桩基依据反力和地堪报告确定（其入土深度为36米，采用国内先进的ICE免共振打桩）；
②支撑体系设计采用sap2000设计、Midas Civil进行校核，重点控制支撑体系加工精度和安装垂直度；
③内倾12度钢拱肋吊装采用600t浮吊，难点为平躺运输空中翻身（拱肋带弧度、带倾角构件翻身吊耳位置确定，需避免单吊耳受力过大）；
④230m跨钢结构拱桥加工制做精度控制是工程一大难点，本工程采用3D扫描电脑预拼装技术；
⑤拱桥分段吊装，线型控制采用BIM技术中给出分段的各测量控制点三维坐标，吊装时按此坐标严格控制钢结构的空间位置。
1.2支撑体系设置
根据现场条件、拱桥结构特点，设置支撑架和拱桥分段，共设置12组支架。其中系梁支撑架七组、拱肋支撑架五组，且所有拱肋支撑架均在45度角拉侧向缆风绳。支撑体系采用1.8*1.8m格构柱塔架拼装而成，主肢为φ273*16钢管。
1.3支撑体系基础
本工程根据现场条件共设置三种支撑基础形式，分别是钢管桩基础、高压水泥浆旋喷桩基础、老桥承台基础。
(一)钢管桩基础说明
支架离河流挖方边缘较近区域，基础稳定性较差，根据现场地勘报告和支撑架桩顶反力，经验算需设置入土深度为36m的P700*12的钢管桩。桩基承载力安全系数按1.2取值，单桩顶最大反力为889.49 KN。验算结果摘要如下：
(二)高压水泥浆旋喷桩基础说明
高压旋喷桩施工要求：
1、高压旋喷桩桩径均为600mm。入土深度均为12m。
2、水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥。水泥浆水灰比1:1。
3、采用单管设备进行高压旋喷桩的施工,提升速度0.2m/min,喷浆压力不小于20Mpa,直径0.6m,长度12m。
(三)老桥承台基础
因本工程为改建项目，大治河河中支架利用原有桥台基础（原有桥台基础单桩承载能力均在2500t以上），拱肋河中支架最大反力为642t，远小于桥台桩基承载能力。
1.4拱肋吊耳设置与空中翻身
拱肋由于结构形式和分段尺寸限制，采用平躺放置、甲板船运输；吊装前需翻身后，再吊装至设计位置。
因现场条件影响和工期限制，综合考虑，采用浮吊空中翻身更安全且经济。避免了在甲板船上翻身，对甲板船的不利影响，同时也避免了现场翻身作业空间的不足，减少了场地的占用时间最大限度的缩短了吊装工期。翻身吊耳设置采用Tekla读取重心分别设置于两个翻身平面
2BIM施工技术
2.1BIM在施工进度管理的应用过程
BIM施工进度管理其原理与传统施工进度管理是一致的，都是编制进度计划后根据进度计划进行进度控制。但较传统施工进度管理使工期控制更可控、更合理，使安装过程中会出现的影响因素、影响工况做到提前协调、处理并完善。
基于BIM的施工进度管理流程分为四个主要步骤：首先，收集进度计划相关资料作为分析基础；第二，结合时间进度，借助BIM软件将进度与构件挂接，编制基于BIM的进度计划；第三，项目实施过程中，实施跟踪检查；第四，根据实际资料鉴别偏差，实施过程诊断。此进度管理使本工程安装工期仅两个月零七天，其中包括支撑体系施工和8500t拱桥钢结构安装；对类似桥梁施工具有一定的借鉴意义。
(一)收集相关资料
按照施工部署要求，合理确定各阶段安装工期。
分解安装工期，列出每个单位工程的分部工程。
计算单位工程和分部工程的工程量。
确定单位工程和分部工程的持续时间。
编制初始施工总进度计划。
进行综合平衡后，编制施工总进度计划。
(二)借助4D施工模拟编制进度计划
将模型导入navisworks模拟软件。
利用编制项目进度计划的相关软件产生施工进度，应首先用WBS的分解模式将项目目标进行分解，判断并输入工期的估值，创建时间列表并按大纲的形式将其组织起来，给各个任务配置资源，决定这些任务之间的关系并指定日期，然后检查项目甘特图是否符合要求。
将BIM模型的构件与进度表联系，形成4D模型以直观展示施工进程。
在工程施工中，利用4D模型可以使全体参建人员很快理解进度计划的重要节点；同时进度计划通过实体模型的对应表示，可有利于发现施工差距，及时采取措施，进行纠偏调整；即使我们遇到设计变更、施工图更改，也可以很快速的联动修改进度计划。
4D模型在施工过程中可以应用到进度管理和施工现场管理的多个方面，主要表现为进度管理的可视化功能、监控功能、记录功能、进度状态报告功能和计划的调整预测功能，以及施工现场管理策划可视化功能、辅助施工总平面管理功能、辅助环境保护功能。
(三)项目进度跟踪检查
要求施工单位及时收集项目施工信息资料，实施进度跟踪检查。对项目实施情况进行跟踪检查的过程主要是收集项目进展信息资料的过程。项目现场实施情况应及时在BIM信息模型上进行更新，能对实际进度信息能够通过BIM模型进行直接反映。
(四)项目进度诊断
通过项目月度例会或进度专题会，以4D进度模型为协调基础，开展进度协调工作。通过实际进度与实际进度的对比，鉴别项目施工偏差，开展实施过程诊断，充分了解现场实际开展情况，发现和揭示项目施工中的问题，进行进度干预，做好进度管理工作。
33D预拼装技术运用
3.13D扫描电脑预拼装
本工程钢结构加工难度大、质量高、工期紧，常规的加工办法很难要求；故采用3D扫描电脑预拼装技术。
浦星公路桥钢结构三维扫描虚拟拼装工作内容：
（1）完成左右对称A、B钢结构的三维扫描，A、B钢结构各包括连接结构2段、拱形结构8段、直形结构6段，共计32段钢构件。
（2）对每段钢构件进行环绕三维扫描，形成精准三维点云模型，将各构件点云模型在长度方向进行虚拟拼装（预拼接），检测拼接质量，形成预拼接偏差分析报告，指导加工精度。
4支撑体系验算摘要
由于本工程属于危险性较大的分部分项工程，支撑体系的安全性是本工程成功与否的关键因素。故支撑体系采用两种计算软件进行施工工况验算，分别是：sap2000、Midas Civil。支撑体系采用1.8×1.8m格构柱与Φ600×12mm钢管组成。材质除钢管桩采用Q235钢以外，均使用Q345钢。
4.1sap2000计算取值与验算结果
4.1.1验算结果摘要
支撑架结构验算模型(含桥体吊装竖向力和风荷载产生的水平力)
4.2Midas Civil计算取值与验算结果
4.2.1计算说明
(1)恒载：本次验算恒载采用 Midas Civil 整体建模分析后得出，取施工过程中支架承受恒载最大工况，挂索前工况支点反力。
(2)活载：活荷载为施工荷载，《建筑结构荷载规范》4.2.2 活荷载包括操作人员、一般工具、零星原料和成品的自重。
(3)风荷载取值：根据《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-0l-2004），本项目地表类别为 B，静阵风系数 GV取 1.35，地表粗糙度系数α取 0.16，风速重现周期为十年一遇，风速重现期系数η取 0.84，阻力系数考虑阻挡取 1.77，纵桥向阻力系数考虑阻挡取 1.82，以支架高度 0.65 倍处加集中力模拟风载。上海地区十年一遇基本风速值取 23.9m/s。拱肋与系梁在吊装时的风载传递，考虑到吊装时节段分段连接，横桥向传递风载以0.5 倍风载考虑，以横桥向集中力加上支架与拱肋接触点，纵桥向风载传递因吊装时分段连接，拱肋与支架已经形成整体刚度，拱肋上的纵桥向风载对支架的影响比较小，可以不予考虑。
在风作用下杆件单位长度上的静阵风荷载按下列公式计算：
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荷载组合
竖向设计荷载按下式进行组合：系梁支架验算构件承载力：1.2×恒载+1.4×活载+1.4×风荷载；拱支架验算构件承载力：1.2×恒载+1.4×风荷载；支架刚度验算时取荷载的标准组合，即所有的荷载分项系数为1.0；其中风荷载分为纵向风与横向风两个工况。
(1)计算模型
因主桥为提篮式拱，在分段吊装时，拱节段内倾，重心有所偏离，在受力模拟时，近似以支架点拱肋形心为重心，分配着力点的力值。在支架与拱肋接触处参考整体模型模拟拱肋对支架的水平向约束刚度。
4.2支撑架验算小结
通过验算和现场实际工况验证，结构在吊装过程中，支撑体系下挠度、水平位移，应力，均满足规范和设计安装精度要求，且在施工中经过了台风考验。
5结束语
随着我国城市建设的不断发展、交通压力的增大，超大型城市道路改造、拓宽显得尤为重要。本工程属于跨上海市大治河道路改造工程，一跨过河，跨径长达230米，目前跨度是“世界第一”的大跨度下承式钢拱桥。加工、施工中，“大胆创新”采用国际、国内先进工艺：BIM施工工况模拟、3D扫描电脑预拼装、钢管桩桩基施工采用ICE免共振液压锤、大构件空中翻身3D工况模拟、多种支撑体系基础共同作用等工艺。施工中，以先进技术指导施工，严格控制每道程序，既保证了施工质量，也降低了施工成本、提高了施工效率。
该桥的施工方案是我司坚持以科技为先导，充分发挥了自身钢结构施工经验和技术特长的代表作品；是推广成熟的施工工艺，开发新技术、新工艺的成果。本项目为同类工程提供了借鉴，对往后的钢结构桥梁施工也有着重要的意义。
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）中国建筑工业出版社，2012
[2]中冶京诚工程技术有限公司.《钢结构设计规范》（GB50017-2017）中国建筑工业出版社,2017
[3]中交公路规划设计院有限公司.《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）人民交通出版社2015
[4]沈阳建筑大学.《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》（JGJ276-2012）中国建筑工业出版社，2012
[5]中国建筑股份有限公司.中建钢构有限公司《钢结构工程施工规范》（GB50755-2012）中国建筑工业出版社2012
[6]上海建工股份有限公司 同济大学《重型结构和设备整体提升技术规范》（GB51162-2016）中国计划出版社2016
[7]黄求山，基于BIM下业主方的项目管理模式探讨[C]，安徽建筑，2013：P23-P27；
[8]美国总务管理局，General Services Administration（GAS）3D-4D BIM Program；
[9]李冰，4D-BIM 技术在千米跨度公铁两用悬索桥施工中的综合应用[J]，施工技术，2018(3)：P94-P97；
[10]杜亮，BIM 技术在洋县汉江特大桥施工管理中的应用[J]，甘肃科技，2016(11)：P99-P103；
[11]刘照球，李云贵，吕西林，基于IFC标准结构工程产品模型构造和扩展[J]，土木工程信息技术，2009(1)：P47-P53。