马文一
中铁九局集团有限公司，辽宁 沈阳 110000
摘 要：现在高速铁路高架车站在实际的应用中越来越多，特别是多线并行站桥一体的设计方式，在车站两端咽喉区需要设置大量的道岔梁及简支箱梁结构，以满足道岔及线路铺设的要求。对于现浇道岔梁和简支箱梁高度集中的高架站咽喉区域，施工复杂程度和施工组织难度极剧增大。通过将BIM技术应用到桥梁施工中,对钢筋加工工艺进行改进、对道岔梁施工方案和现场施工组织进行优化，解决现场存在的技术问题以及优化施工组织，加快施工进度，节约施成本。另外再通过应用基于BIM+GIS技术的施工管理平台，对现场施工任务、进度和安全质量等方面进行综合管理，大大提高施工效率与管理效率，保证施工工期与工程质量。通过工程实践，形成了一套基于BIM技术的施工技术控制，施工组织优化，按期质量可控的高速铁路变截面多联并行现浇道岔梁群组施工方法,为以后高架车站道岔梁群组施工提供参考依据。
关键词：BIM技术；钢筋加工；施工管理平台；道岔梁群组施工
引言
针对高速铁路高架车站多组现浇道岔箱梁和简支箱梁施工，特别是道岔咽喉区变截面多联并行段现浇道岔箱梁的施工难题，为解决施工中的技术困难，加快施工进度，节约工期，保证工程质量。为此，本工程通过运用BIM技术对梁端锚具张拉作业空间、钢筋预应力管道碰撞、钢筋加工、施工组织优化、施工过程管理等方面展开研究，形成BIM技术在高速铁路变截面多联并行现浇道岔梁群组施工中应用的思路和方法以及具体的实施流程，对降低项目成本、提升施工进度和保证工程质量等起到非常重要的作用，实现提高施工效率，管理目标可控的目的[1]。
1工程概况
新建北京至雄安城际铁路雄安站特大桥工程全长3050米，7线并行变12线引入雄安站，12线变6线并行引出雄安站。咽喉区最宽117米，并行段最窄44米，有现浇简支箱梁149孔、道岔梁28联，其中（4*32.7）m、（6*32.7）m、（7*32.7）m等多种跨度，最大道岔梁全长228.9米，宽度25.5米，混凝土达5800立方米。线路平面图见图1。
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图1 线路平面图
2 建立全桥高精度参数化BIM模型
以施工图为依据，建立全桥的参数化BIM模型，主要包括雄安特大桥及轨道工程。模型精度符合《铁路工程信息模型交付精度标准》要求，模型精度等级采用LOD400，为BIM工程化应用创造条件，三维立体展示成桥效果，亦起到对设计图纸进行三维审核的效果。通过对桥梁基础、墩身、现浇梁等各关键部位详细的结构进行虚拟建造，全面细致的查找设计在工程量计算、钢筋布设、结构布置形式等方面存在的与现场实际不符的情况，做到提前发现问题并组织解决，为现场施工提供基础保证。工程BIM模型见图2。
图2 工程BIM模型
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3 BIM技术工程化应用
3.1 钢筋及钢绞线碰撞处理
由于道岔梁较普通连续梁长度和结构设计复杂，梁内钢筋及钢绞线数量极大，施工图纸往往不能直观的表达各种型号钢筋的安装位置及尺寸，只能抽象的展现钢筋摆放的尺寸及位置要求，在实际施工过程中经常会出现相互干扰，或因绑扎顺序不正确造成返工或窝工，例如：桥梁泄水孔、预留张拉孔道等部位，按照设计图纸设置的部位进行安装，实际施工中往往会出现与既有钢筋冲突，造成后期返工拆除或者破坏性安装。通过利用BIM技术的碰撞检查功能，按照施工工艺顺序模拟复杂部位钢筋绑扎施工顺序，对钢筋绑扎间距、布置形式进行检查，特别是针对梁体内预埋件的位置及重要复杂的钢筋位置进行模拟绑扎，对防止预埋件漏设和复杂钢筋绑扎顺序优化起到了关键作用[2]。通过对模型中已经精准定位的钢筋和钢绞线进行碰撞检查，生成碰撞报告清单，再对清单进行分析快速找出严重影响施工的部位，然后将真实信息反馈给设计单位进行调整处理。在施工前发现设计漏洞，提前解决实际问题，有效的避免了施工过程中窝工和违规操作的现象，提高了施工效率，保证了工程质量，且减少了浪费损失。
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钢筋碰撞检查
3.2 梁端空间规划
由于本桥现浇梁集中，施工工期紧张，导致梁部施工时需同步进行，但是容易造成相邻两片梁端间距预留过小，无法进行张拉作业，使得后期张拉施工难度极大。如果按照正常张拉时间要求，相邻两端又不能满足工期要求。为解决可能存在张拉作业空间不足问题，通过BIM模型对每孔梁梁端锚具的张拉空间进行测量，将操作空间小于60cm的锚穴位置进行标注并计算出合理的张拉所需的工作空间，最终将统计的数据以联系单的形式发送给桥梁设计，申请设计变更混凝土浇筑方案，适当增大混凝土后浇段的长度。通过施工前期对锚具空间的复核检查，提前发现、提前解决了张拉空间不足的问题，避免了施工时出现窝工或返工的情况，极大的提高了施工速度，节省了工期。现以7#轴施工为例。7#轴梁间张拉锚具空间检测俯视图见图3，锚具张拉空间剖面图见图4。
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3.3 基于BIM技术的钢筋加工
针对现浇道岔梁及简支箱梁比较集中的工程，钢筋型号及加工的尺寸复杂多变，这样就造成了梁体内钢筋加工的精度高，尺寸类型变化多，同一类型的钢筋需求量大的局面。针对这样的工程实际情况，为了确保施工质量，提高钢筋加工精度，缓解施工现场对半成品钢筋的需求压力，本工程采用了BIM智能钢筋加工技术，对传统钢筋加工工艺进行改进，通过基于BIM技术的钢筋数字化加工，通过运用Planbar软件对梁体所需的每一种钢筋型号及尺寸，输入自动化钢筋加工设备，设置相关参数，按照相同梁型的数量即可批量生产，从而提高生产效率及加工的精度，大大减少了人力，节约了钢筋加工作业的成本。
目前施工现场主要是利用建立好的钢筋模型，将模型数据导入Planbar软件编码模块，对钢筋模型进行唯一编码，再将钢筋模型信息转化为BVBS格式文件，钢筋模型的唯一编码信息便导入数控机床模型信息识别模块，系统将会自动解析出文件中包含的工程名称、使用部位、加工数量以及钢筋加工的边长、角度等参数信息，通过MES生产管理控制系统完成数据与设备内操作参数间的转换，驱动数字化钢筋加工设备对钢筋进行加工，具有弯曲精度高、成型速度快、自动化程度高的特点[3]。
图 钢筋智能化加工作业流程
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桥梁钢筋模型 数字化钢筋加工机械
3.4 基于BIM技术的可视化施工组织
雄安站南北咽喉区道岔梁群多联并行，施工现场作业空间受到极大限制，给施工组织带来极大困难。利用BIM技术对雄安站咽喉区道岔梁群组施工组织设计提前推演论证，以总体施工组织计划为时间轴，将每一联桥梁模型与施工计划进行关联，全面模拟现场机械走行路径，机械站位，支架搭设、模板安装、钢筋绑扎、混凝土浇筑、支撑体系拆除等工序的时间节点，与周围梁体的组织节点进行对比，从而实现整体施工组织有序合理地进行安排。通过三维动画形式展示整个施工过程虚拟建造的过程，对每一联梁各个工序完成的节点时间进行明确，关联下一步周围梁体的施工开始时间，为支架搭设、梁体预压周转、模板周转、钢筋运输等提供合理安排的周转周期，将施组中存在交通干扰、物流及工装运输通道受阻、施工顺序前后矛盾等问题和漏洞直观的展现出来，进而进一步的进行优化找到解决方案，合理安排施工组织顺序及人机配备、场地规划等，避免出现相互干扰，施工混乱等造成的工期滞后和人员设备窝工。这样一来既可以提高施工组织设计的可行性，实现施组可视化交底，又可以提前发现施工安排可能存在的问题，对现场可能存在的危险源、安全隐患等提前排查防护。
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施工组织模拟
4 基于BIM+GIS的施工管理平台应用
为更好的实现现场信息化管理，进一步提高信息化、智能化管理水平，利用基于BIM+GIS的施工管理平台重点研究施工现场实际和施工管理需求与管理平台结合，实现现场信息化管理。通过形成基于BIM+GIS的动态电子沙盘，将建筑物按照同比例尺寸建模后结合GIS坐标落实到实际地形中，形成可实时更新电子沙盘，通过进度模式展示，动态展示最新施工信息，实现施工阶段现场、进度和安全质量等方面的数据动态管理。切实做到以BIM技术为纽带，将现场管理、工程进度和质量数据进行可视化统计与分析，推进BIM在施工中的实用性[4]。
4.1 综合展示电子沙盘
综合展示电子沙盘，融入轻量化BIM模型和倾斜模型，结合GIS地理信息模型，实现虚拟场景建造，在沙盘中直观展示工程实际环境和本工程建成后效果。可进行一系列如施工进度、工艺工法、构件属性、工程日志、检验批、工程影像、工程量等信息的查看，还可以进行标绘（虚拟场景中添加标记）、测量（测点距和面积，有坐标信息显示）、场景模拟（阳光、雨、雪）等操作。
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电子沙盘 工程影像查看
4.2 现场施工管理
按照施工管理要求，本系统通过采用电脑PC端与手机客户端联动的方式进行辅助现场施工管理，即项目管理人员在平台PC端上制定并下达具体任务到现场管理人员手机客户端，任务包含工作内容，任务标准及完成时限，实现PC端对每一项计划进行任务派发和设定任务完成的要求，现场管理人员定期反馈任务完成状态，上传任务进展信息，互联网实时同步，在平台可实时进行已派发任务状态的查询。通过系统对施工任务进行管理并留痕，有效的解决了因施工任务多造成某项工作遗忘或者进度滞后无人盯控管理等问题。
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现场施工管理台账
4.3 施工进度管理
施工进度管理作为项目管理的主线，也是项目管理中最为复杂的方面之一。通过利用施工管理平台将编制的施工计划与对应桥梁BIM模型构件进行关联，分配各工序间的逻辑关系，实现进度计划的动态管理与联动修改。实际进度信息采用从电子施工日志中自动获取，驱动平台中BIM模型进行高亮显示，已经按计划完成的显示红色，对实际进度和计划进度进行对比分析，自动计算滞后工期[5]，并进行预警，管理人员便可以根据实际进度与施工计划偏差大小对施工计划做出相应的动态调整及其它相应措施，保证总体施工进度按计划进行。
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进度管理展示
4.4 安全质量管理
为加强施工现场安全质量管理的全面性，及时性，精准性，通过BIM模型提前分析工程复杂部位和高危风险点，提前规划应对方案和管理措施。同时将安全质量管理模块关联到公司内部安全质量隐患数据库，并与其进行数据交互，自动从数据库中获取信息，再将现场发现的安全隐患、质量风险等问题定位到平台中的模型上，便于管理和查找。检查人员通过移动端录入问题并指定整改责任人进行限期整改，整改责任人通过移动端进行整改回复后，检查人员进行审核和现场复核，直至问题整改到位后问题消除归档。
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5 结束语
BIM技术的应用在建筑行业得到了越来多的认可，特别是BIM技术将二维图纸转变为三维模型，将图纸数据高度整合，让技术人员与施工人员清晰直观的了解工程的每一个部位信息，精细化的对工程进行剖析和研究，拓展了技术人员的思考空间和创新思路，极大的提高了施工效率和施工进度，有效的弥补传统施工过程存在的不足和缺点。通过应用基于BIM+GIS的施工管理平台，将项目管理指令、进度、安全质量和现场管理等多维度信息高度集成，让项目每一个管理者清晰准确的掌握工程动态和存在的问题，实现各方信息高效流通，现场生产与数据高度协同，有效的避免了因为信息孤岛导致工作效率低和落实不到位等现象。对于加快决策速度，降低项目成本和提升工程进度等起到非常重要的作用，给工程建设精细化管理提供了可靠的基础。
参考文献
[1] 刘玉秀.BIM 高速铁路建设中现浇道岔连续梁施工技术[J].江西建材，2017（9）：205-207.
[2] 包晓英，BIM 技术在桥梁施工中的应用[J].黑龙江交通科技，2021（2）：236-237.
[3] 刘 洋，基于BIM技术的高速铁路钢筋工程智能制造关键技术研究[J].铁路科技创新，2019（4）：106-110.
[4] 秦 利，赵 科，李鹏云.BIM + GIS 技术在桥梁工程施工中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2017（5）：56-61.
[5] 张海华，刘宏刚，甘一鸣.基于BIM技术的桥梁可视化施工应用研究[J].公路，2016（9）：155-160.
第一作者：马文一（出生年1982—），男，工程师。E-mail：103191852@qq.com