贵州大唐聚鑫建设有限公司 彭军 550025
摘要：BIM技术被誉为继画图板和CAD之后工程界的第三次革命,BIM技术在民用建筑领域已得到广泛应用,从应用效果上看,BIM技术对减少设计变更、可视化设计成果、节约建设投资等具有巨大优势。
关键词：BIM；施工
为进一步发掘BIM技术在桥梁工程施工中的应用价值,本文依托BIM技术在陆翔路-祁连山路施工中的应用研究进行阐述。
1 工程概况
陆翔路祁连山路贯通工程(I标段)是上海市宝山区重点工程项目。项目线路总长1 165.1m,包括道路、桥梁、排水工程,主桥(65 m+132 m)为平行双索面独塔斜拉桥,主跨长132 m,边跨长65 m,主塔为钢结构,边跨及主桥两侧为混凝土箱梁。
1.1 施工重难点分析
1)周边居民较多,现场施工存在扰民现场,且施工需占用临时场地、道路,受交通影响大。现场狭长,施工操作空间少,大型机械难以入场。
2)桥梁线型为三维缓和曲线,且多为异形结构,施工定位困难,BIM建模精度要求高;桥面附属设施、预埋件多。重危大方案多,管理施工复杂。
2 BIM技术在陆翔路祁连山路贯通工程施工中的应用
2.1 现场大临设施方案优化
通过BIM三维软件对构筑物进行模拟设计,可同时进行项目包装方案设计,标识标语的布置,模拟场区内实景,满足企业形象需求和安全文明标化管理。合理安排布置办公区、生活区,以提高办公效率,方便起居生活;并对人流、车流以及货流进行分析设计,以提高场地利用率,减少二次搬运,加快施工进度的同时节约了成本。
2.2 BIM模型构建与设计检讨
根据施工图纸在Revit、Inventor软件中搭建包括桩基、承台、桥墩、桥台、混凝土箱梁、箱涵等大型构件以及管道、围栏及其附属构筑物等细部构件,在tekla软件中搭建钢箱梁、钢塔、斜拉索等钢结构模型。桥台、花瓶墩、箱梁等模型如图1、图2所示。将搭建好的各构件模型在Navisworks软件中整合,通过载入族的形式将创建好的构件族、主桥及其他细部构件进行整合,得到完整的项目模型。
2.3 工程量统计
传统项目工程量的统计主要依赖二维CAD图纸进行人工计算,计算结果与个人对设计图纸的理解、施工经验、计算能力有关[6],而且需要多次核算。而且二维图纸不能与施工进度进行动态关联,也不利于总承包单位对整个工程项目的动态管理。本项目在深刻理解施工图的基础上,对桥梁下部结构墩台基础、墩身、桥台和桥梁上部结构等构件进行精准建模,然后不同施工阶段根据项目进度计划材料需求表统计出各施工阶段的工程量。特别是花瓶桥墩、桥台、缓和曲线箱梁等结构复杂部位,常规方法难以准确计算工程量,通过Revit和Inventor软件精细化建模,可快速导出各构件的混凝土工程量清单,包括构件详细尺寸、体积等信息,方便快捷,有利于项目实际施工成本管控。在施工过程中也可以根据工程量统计的动态信息,对项目进行实时的动态管理,从而实现项目安全、快速施工[7]。
2.4 斜拉桥钢结构深化设
对于结构复杂的钢结构桥梁,一些空间异形零构件往往很难用CAD明确表达[8]。本工程主梁和主塔架设构件数量多、制造精度要求高,在进度、质量、成本等方面均存在困难。用Tekla深化模型出的加工图和和工程量清单进行数字化加工,可以指导钢结构下料、加工,提高加工质量和加工精度,减少图纸问题带来的返工。同时利用TeklaStructures的自动套料排版功能直接输出数据,方便工厂加工,钢结构桥梁施工图深化流程如图3所示。由于加工工艺的复杂性,这些功能在某些情况下并不能完全替代人工,但对人工的减少和人为错误的避免效果是显著的[8]。
2.4.1 钢箱梁节点深化设计
平行双索面独塔斜拉桥钢箱梁零构件较多,且沿桩号前进方向上同时存在纵、横坡,其变化的桥梁线形、隔板规格和加劲肋形式使得每一单元分块结构都是不同的,同时需要对每一块横隔板的U型肋过焊孔和板条肋过焊孔进行处理以满足加工制作和现场拼装的要求。BIM钢箱梁节点深化设计的实质是基于数字化技术的一种新型设计工作模式[9]。本工程主桥采用平行双索面独塔斜拉桥,Tekla深化设计阶段分别对主塔、钢箱梁的节点和细部构造进行处理如图4、图5,使设计深化模型与工程实际最大程度的吻合,同时也要考虑钢板加工时的切割余量,为加工制作和现场安装提供高质量的详图;考虑到后期运维,需要在钢箱梁内部的横隔板上设置检修人孔,人孔的位置和构造随着桥梁线形的变化也有所差异,按设计图纸对每一个检修人孔进行合理布置,同时利用BIM的可视化和漫游功能帮助设计人员检查人孔的连贯性。另外,精细化的BIM模型包含了钢结构桥梁构件的全部几何信息和非几何信息,能够为施工建造和后期运维提供应用管理的数据基础。
2.4.2 斜拉索和锚箱节点深化设计
斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其锚固点定位的精确性对全桥的受力十分重要,为提高锚固点定位精确性[10],在进行平行双索面独塔斜拉桥节点深化设计之前,需要对索梁锚固结构锚固点的坐标和角度进行复核,提前发现问题为钢结构加工制造和安装单位的工作提供技术支撑。
全桥共计48个索梁锚固结构如图6的斜拉桥模型,其中钢箱梁和混凝土箱梁上东西两侧共计48个索梁锚固结构如图7所示,虽然每一个索梁锚固结构样式一样,但是索梁锚固结构的固定的位置和空间倾角有着细微的差别,使得每一个节点都是独一无二的;本项目利用Tekla软件对斜拉索和索梁锚固结构进行深化设计,通过建立斜拉索和钢锚箱的三维模型,按照既定的原则对锚固节点细节进行优化,保证优化后的图纸能够满足工厂生产加工的要求,为后续现场安装奠定了基础。
2.5 可视化的技术交底
利用BIM技术的可视化、可模拟特点,结合施工方案和作业指导书将施工流程以动画的形式展现,并将重点难点工序加以突出,精准快速表达施工步骤,减少或避免工程质量、安全等问题的发生,减少返工和整改次数。陆翔路项目主桥钢箱梁施工采用国内先进多点步履式顶推工艺施工,顶推部分共101块拼装段,总长125m,分三次顶推施工。事前通过BIM模拟动画以生动形象的方式展现出来能够让现场施工技术人员更好、更深入地理解施工方案,对于施工质量和施工进度的提高起到了很重要的作用。另外,工艺安装模拟也可有效控制施工安排,减少不必要的返工现象,起到节约材料和时间的作用,为控制成本、节约资源、创造绿色文明施工等方面提供了有利支撑。
2.6 基于BIM的施工进度管理
本项目BIM-4D进度管理工作是基于Navisworks软件将时间维度赋予到3D模型中进行虚拟施工,将每项工程任务按照施工进度和时程进行关联,大幅地发挥3D模型的功能以及价值。按照进度计划对施工过程进行可视化的施工模拟可随时随地直观快速地将施工计划与实际进度进行对比,获取实际进度与计划进度的偏差,同时也可根据进度计划提取已完工程量进行成本管控,方便项目各参与方对工程的各种问题和情况了如指掌。随施工进度定期更新,与目标进度计划对比,合理调控资源,实现控本增效,提高施工效率。
3 结论与展望
1)BIM技术在项目施工过程中发挥了重要的作用,实现了现场大临设施方案优化,钢结构箱梁节点的深化设计、工程量统计、可视化的施工模拟和BIM-4D进度管理等相关BIM技术应用,实现了BIM技术在市政工程中的高效应用,对其他类似市政项目具有一定的参考价值。同时,满足了业主方和施工方的要求,为公司的BIM技术应用推广打下了坚实的基础。
2)BIM技术的应用可辅助钢结构进行深化设计,对桥梁的建造安装起到较好的指导意义。桥梁数字化建造有助于推动施工信息化和工厂化,也有助于提高公司对桥梁施工的精细化管理水平和工程质量。反之,施工制造的信息化和工厂化也可有力促进BIM技术的应用和推广。
参考文献
[1] 印明.市政工程设计中BIM技术的发展前景[J].城市道桥与防洪,2012(7):347-349.
[2] 刘靓.BIM理念在市政工程设计中的应用探讨[J].科技创新导报,2015(30):78,80.
[3] 刘铭,张京,彭勃阳.BIM技术在市政工程设计中的应用[J].市政技术,2015(4):195-198.