BIM技术在大跨度中承式钢桁拱桥施工中的应用★

杨宫印 周前国 王 凯

(陕西铁路工程职业技术学院BIM技术应用研究中心，陕西 渭南 714000)

新时代，对我国经济增长方式提出新的要求，经济发展从粗放型向集约型转变成为顺应时代的必由之路[1]。新工艺、新设备、新技术成为推动产业变革的主要动力，BIM技术(Building Information Modeling)是以三维数字技术为基础，通过创建相关工程三维信息模型，利用施工管理平台协调、整合建设项目全生命周期的所有信息，实现提高项目信息化、精细化管理水平的目标[2]。2011年住建部颁布了《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》标志着BIM技术正式在我国建筑领域应用推广[3]。纵观城市基础建设发展，钢结构桥梁已成为引领桥梁建设的新风尚[4]，主要包括斜拉桥、钢拱桥、悬索桥三种类型。随着经济的快速发展，为拓展城市生活空间，我国城市桥梁建设进入新时期，整体向大跨度、多样化、个性化方向发展。桥梁建设不但满足了经济发展的需求，同时还是城市景观的主要组成部分。然而，钢结构桥梁工程建设仍存在异形结构设计施工难度大、材料量计算复杂、施工现场管理信息化水平低等问题[5]，成为行业发展的瓶颈，是国内外各建设企业、科研院所研究的重点课题之一。

1 工程概况

某渭河大桥采用三跨中承式钢桁架拱桥结构，大桥为三向四车道，全长998 m。其中主桥288 m，宽26 m，引桥710 m，宽度23 m。桥梁主桥为三跨连续钢管拱结构，引桥有现浇箱梁、预制梁、钢箱梁三种形式，桥梁系梁与桥面板采用栓接，其余均采用焊接技术。项目施工具有：1)线型控制难、施工精度高；2)钢结件类型多、工程量计算复杂；3)高空吊装、施工组织难度大；4)引桥预制箱梁结构、施工要求高等特点。为提高项目“信息化、精细化”管理水平，结合自身特点，项目创造性引入BIM技术，集成了桥梁工程周边建筑物、工程设计方案、施工工法、现场施工人员及机械行为等众多因素信息，对项目施工过程进行图纸审核、三维技术交底、钢结构测量定位、材料核算、安全质量管理等研究应用，应用成效显著。

2 BIM技术实施方案

2.1 BIM技术应用软件比选

BIM技术是利用计算机辅助设计技术，对建设工程的物理特征和功能特征的可视化展示和数字信息的承载[6]。随着BIM技术在建设行业的迅速推广，国内外BIM技术应用软件发展空间，给产业需求提供了可靠的保障。受建设行业的多样性和BIM技术发展还不够成熟等因素的影响，目前还没有一款通用性的BIM技术应用产品，不同系列BIM应用软件都有各自的特点，在相关领域发挥着重要作用。因此，在BIM技术应用准备阶段，结合项目特点，选择合适的BIM系列软件是至关重要。通过比选研究，确定以达索系列BIM软件为该项目的核心应用软件。国内外主要BIM技术系列软件对比分析如表1所示。

表1 国内外主要BIM技术系列软件对比分析

2.2 项目实施技术路线

项目以实现“信息化、精细化”管理、提高经济效益为落脚点，结合大跨度中承式钢桁架拱桥施工特点，根据项目施工需求，制定了该项目BIM技术实施方案(如图1所示)。

3 BIM技术应用价值

3.1 施工图纸审核

项目利用达索系列建模软件Catia进行全桥BIM三维模型的创建，通过数据分析、导入、建模等一系列严格、精细的信息模型创建管理体系，根据设计图纸对钢桁拱桥精准建模。实现了从方案—设计—施工图全过程的技术把关，预先消除各类设计缺陷及人为因素偏差，最大限度减少施工过程因设计造成的窝工返工问题。本次BIM技术对施工图纸、施工参数进行了全面审定，通过会审，发现图纸问题45处，及时沟通、变更，有效避免施工过程因此出现的各类质量问题。

3.2 现场三维技术交底

利用BIM技术具有良好地可视化、可模拟性对项目结构、关键节点、施工工艺进行现场三维技术交底，突破了传统面对面、书面交底、口头交底等形式的局限性，更好的适应了当前建设行业现场操作人员多为民工，专业素质较低，要求交底内容做到尽可能详尽、针对性强、具有可操作性、表达方式要通俗易懂等。BIM技术通过三维展示、动画漫游、施工信息查询等手段，对钢桁架拱桥结构信息、施工坐标、技术标准进行全面、详细的交底，确保了交底的准确性、及时性，避免了因交底不清晰导致出现各类工程质量问题。图2为A0节点钢桁架拱桥结构三维展示。

3.3 预制钢构件测量定位

传统的预制钢构安装作业，是通过人工计算各节点的空间坐标。这种作业方式存在计算工作量大、异形构件计算复杂、人员技术水平要求高等问题。利用BIM技术严格的质量体系，创建精确的三维BIM信息模型，实时提取各作业点施工坐标信息，导入全站仪，指导现场施工。保证了施工的准确性，提高了施工效率。

3.4 工程材料量核算

通过BIM技术应用可实现对施工全周期材料计划、进场验收、储存与保管、审计等进行信息化管理的目的。结合本项目特点，本次BIM技术应用主要是对预制钢构材料进行复核、结算。利用Catia软件强大的建模及拆分功能，精确提取各钢构材料量，生成报表，解决了传统核算对于异形板计算难、节点板复算等问题，为项目结算提供了可靠依据。

3.5 协同管理

BIM平台协同管理是指整个项目信息、业务、资源的协同，充分发挥整体的“战斗力”。有效的解决施工管理过程中存在“信息孤岛”“应用孤岛”和“资源孤岛”三大问题。弥补了传统“面对面”书面信息传递的不足，对于及时处理现场安全、质量、人机材等问题发挥重要作用。BIM技术大大提升了整体项目的运营效率和施工效率，实现统一管理、协调分配的精细化管理目标。

4 结语

钢结构桥梁工程建设是我国基础建设的新标杆，倍受社会各界关注。要求在施工过程进行精细化管理是必然趋势。BIM技术的研究及应用，使项目逐渐实现了从可视化、动态管理到精准化的现代化管理模式。项目将机械设计领域的CATIA建模软件应用于特大钢桁拱桥施工中，突破了曲线、变截面等精细化建模的瓶颈，同时结合BIM仿真技术实现从局部到总体的三维、四维、五维的现场施工模拟。BIM技术的应用提高了项目信息化管理水平，它代表着一种现代化项目管理的发展趋势，同时也给钢结构桥梁施工项目实现精细化、信息化管理提供了新的契机。