基于BIM技术的箱梁施工钢筋碰撞检查应用研究

冯刚敏

(中铁二十局集团第五工程有限公司 云南昆明 650200)

1 前言

恰克·伊士曼博士在1975年首次提出BIM概念，随全球信息化进程的加快和经济发展，BIM技术在欧美地区掀起了一场新的技术革命，BIM在各国和区域有着各自的含义。BIM定义由三个部分构成:(1)在BIM使用过程中，利用数字表示设备的功能性特征，另外还会用数字表示设备的实体特征；(2)BIM属于共享化知识资源；(3)BIM的信息可被不同利益相关方更新、插入、提取和修改，以支持和反映其在不同项目阶段职责的协同工作[1]。

通过综合分析BIM核心建模软件，在对BIM主要模型进行全面研究和比较之后，选择Autodesk系统为BIM的协作平台。在国内桥梁工程行业，Autodesk Revit作为一款结构建模系统，可以根据国内行业规范设定混凝土规范，还可以建立各种钢结构、混凝土结构等的数据结构[2]，并使用Navisworks进行碰撞检测。

2 工程概况

作为关中城际铁路网阎机段控制性工程，阎良至机场线泾河特大桥为跨越泾河而设，位于R＝3 000 m曲线、缓和曲线及直线上，中心里程DK48＋589，按一次双线设计，线间距4.6 m，孔跨布置为(29-32)m简支梁＋(19-64 m)简支梁＋(1-32 m)简支梁，全长2 258.94 m。

泾河特大桥64 m节段胶接拼装箱梁采用单箱、单室等高度预应力混凝土梁，梁底宽度为6.7 m，梁顶宽为12.45 m，梁高为5.8 m。在简支箱梁末端支撑部位，横梁之间间隔为5.2 m。跨中截面腹板厚52 cm、底板厚35 cm、顶板厚40 cm。根据预应力计算和布置情况，支点附近顶底板和腹板应适当加厚。梁顶设横向排水坡，坡度为2.0%。在简支箱梁两端支座处设置厚度为160 cm的带过人孔的横隔墙。每跨箱梁跨中不设接缝，对称布置，并采用奇数分块。64 m简支箱梁预制梁段分4.9 m、4.5 m和3.3 m三种长度，共计15个梁段。接缝面布置密键形式的剪力键，在腹板、顶板和底板位置均布置一定数量的梯形剪力键，剪力键根部宽15 cm，顶宽5 cm，高度为5 cm。梁体顶板、底板剪力键在顶板和底板顶面分别设置深1 cm、宽2 cm的胶体挤胶槽口。梁体腹板剪力键通过在箱梁内侧设通缝的方式，达到方便胶体顺利挤出梁体的目的。

3 BIM技术三维模型及碰撞检查

根据图纸构建箱梁模型，赋予材质定义混凝土构件，通过绘制辅助线，精准定位后在混凝土构件中添加钢筋[3]。阎机城际铁路泾河特大桥64 m节段预制胶接拼装简支箱梁预应力钢筋和普通钢筋错落交织排布，因此振捣孔布置困难，但钢筋长度和数量、振捣孔及不同钢筋之间的干扰问题可以通过BIM技术进行碰撞检查及时发现，并根据行业不同规范标准采取相关措施[4]。可通过增减钢筋间距使其符合相关规范标准，避免施工前期的干扰和不必要的返工，施工效率也能得到保障。

3.1 主要材料

根据工程实际进度、计划进度完成情况，可以及时得到各类施工材料使用数量，通过与项目进出场关联进行数据对比，得到库存数量、剩余使用天数，从而制定相应的物资、设备需求计划，进而提醒相应人员进行物资采购和作业班组领用。通过对现场设备安装的定位控制系统与平台相连接，可显示设备所处位置、目前工作状态。通过信息分析，针对某个特定工作面能快速分析施工所需人工、材料及机械数量，避免物资的浪费。

(1)混凝土

梁体混凝土采用C60强度标准，弹性模量Ec＝3.64×104MPa。

(2)普通钢筋

工程采用普通HPB300、HRB400级钢筋，其性能条件应符合GB/T 1499.2技术要求。

(3)预应力物料

采用满足国家普通标准的低松弛钢丝作为纵向预应力钢筋，锚具应满足GB/T 14370—2007标准，千斤顶型号为YCW350B。箱梁钢束由15/17-7钢丝制成，满足JT/T 529—2016规定。纵向预应力筋为ϕ25 mm PSB预应力钢筋，锚杆为JLM-25型。

3.2 碰撞试验

利用BIM3D模型，对钢筋进行碰撞仿真，得出试验数据后以图像和报表方式进行记录。图1为普通钢筋碰撞检查显示界面。由图1可以看出，试验中普通钢筋之间未出现任何相互干涉。

3.3 预应力钢筋与普通钢筋碰撞检测

通过适当移动普通钢筋位置，但不任意截断的方式，可减少64 m节段预制胶接拼装简支箱梁梁段预应力钢筋和普通钢筋相互干扰的情况[5-6]。根据项目施工图数据创建BIM三维模型，检查各个设计专业之间的碰撞、不合理、错误、达不到设计要求或施工要求等设计问题，并向设计单位反馈问题和修改建议。

3.3.1 普通钢筋和纵向预应力钢筋碰撞检查情况

在普通钢筋与纵向预应力钢筋碰撞检测试验过程中，如发现预应力钢筋部分与普通钢筋发生碰撞(见图2)，应调整普通钢筋位置。

3.3.2 普通钢筋与竖向预应力钢筋碰撞检查情况

普通钢筋与竖向预应力钢筋碰撞检查，如发现预应力钢筋与部分普通钢筋发生碰撞的情况(见图3)，应对普通钢筋位置进行调整[7]。

3.3.3 预应力钢筋碰撞检测结果分析

对64 m分段预应力混凝土胶接拼装简支箱梁截面钢筋进行碰撞检查，如出现其纵、竖向预应力钢筋之间互相干涉的现象(见图4)[8]，在获得设计部门许可后，可对竖向预应力筋位置进行合理调整。通过检测发现，梁段范围内竖向预应力钢筋与纵向预应力筋之间未发生相互干扰[9]。

3.4 质量及安全管理

在模型中将各工序质量及安全管控要求以数据形式提前录入，施工过程中通过APP进行现场数据采集，并形成相关影像资料，将现场质量、安全信息录入至BIM对应部分，再由模型构件集成质量、安全等信息，最后以独立标签的形式反馈至前台操作窗口进行信息浏览和管理。在管理平台对质量、安全基础信息进行记录、处理，最后将质量、安全管理信息汇入总库形成竣工模型信息。

传统施工通常运用CAD平面图及文字叙述方式对施工班组进行交底，无法全面表现出结构物等空间位置状况。相关特殊及复杂节点、钢筋排布等信息平面图纸理解困难，且易产生误解，从而可能导致施工错误甚至返工等情况发生。理解错误不仅影响工期，导致工期滞后，而且也会造成材料浪费、成本增加。采用BIM三维模型不仅能实现平面图纸交底全部要求，还能将结构预埋件、钢筋、管线之间的空间排布位置进行清晰展示，更易于被交底人员正确理解，极大程度避免了施工过程造成的返工、窝工、浪费等问题，从而达到加快进度、保证质量、提高效益的目的。

4 结束语

通过创建泾河特大桥BIM三维模型，进行图纸钢筋碰撞检查，可得出以下结论:

(1)二维设计图纸存在个别钢筋数量和长度有偏差的情况，需根据实际情况进行适当调整[10]。

(2)为实现多孔振捣施工工艺，需适当调整相关普通钢筋间距，同时建议适当缩小预留振捣孔直径[11]。

(3)通过碰撞检查，64 m节段预制胶接拼装简支箱梁梁段普通钢筋之间位置合适，不存在相互干扰情况。

(4)对于相互干扰的64 m节段预制胶接拼装简支箱梁梁段预应力钢筋和普通钢筋，应适当调整普通钢筋位置[12]。

(5)对64 m分段预应力混凝土胶接拼装简支箱梁截面钢筋进行碰撞检查，梁截面纵向与垂直预拉力钢筋之间未产生相互干扰。