BIM技术在部分斜拉桥施工中的应用

张 聪， 黄文武， 黄 成， 龙诚璧， 农 左

(广西路建工程集团有限公司， 广西 南宁 530000)

近年来，我国交通基础设施逐步完善，一种介于梁式桥与斜拉桥之间的新型桥梁——部分斜拉桥也随之兴起[1]，相比于普通斜拉桥，其造型优美、造价低廉，在近些年得到广泛的应用。但是此类型桥梁建造过程中也存在一些难点，比如桥梁悬浇节段多且梁段内箱有较多横隔板，导致挂篮模板施工更为复杂，桥梁建造周期更长。喀斯特地质分布区强发育岩溶地质较为常见，大桥下构施工较为困难；此类桥梁属于大型桥梁工程，建设规模大，项目整体管理协调难度大等。针对桥梁建设中的这些问题，本文依托广西培森柳江特大桥工程项目，积极探索信息化技术在大跨径宽幅部分斜拉桥施工中应用，以期摸索出提升该类型桥梁在复杂岩溶地质条件下快速绿色建造的方法，为今后类似桥梁绿色快速施工建造提供借鉴。

1 工程概况

培森柳江特大桥是贺州至巴马高速象州至来宾段关键性控制工程，大桥横跨柳江，桥长2578.9m，主桥为双塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥，跨径为(145+280+145)m，引桥为先简支后连续预应力混凝土T梁。主桥桥型布置见图1；主桥上构采用单箱三室直腹板变截面箱梁，顶板宽29 m，底板宽20 m，两侧翼板悬臂4.5 m，横断面布置见图2；主塔为柱式钢筋混凝土结构，塔高50 m；主墩为单箱双室截面薄壁空心墩，最大墩高66.568 m；基础采用矩形承台接2.5 m大桩径钻孔灌注桩基础。大桥桥位处于大深度、强发育重岩溶地质层，主墩桩位覆盖大厚度强透水松散卵漂石层，溶洞众多且尺寸大，地质情况极其复杂，下构施工难度极高；主桥长570 m，跨度大、桥幅宽、悬浇梁节段多，内部钢筋、预应力筋和预埋构件繁杂，相互之间位置冲突较多，施工控制、协调管理难度大。因此，在本桥梁施工过程中，积极应用BIM技术，以求解决施工中的一些难题。

图1 培森柳江特大桥桥型布置(单位： m)

图2 培森柳江特大桥横断面布置(单位： cm)

2 模型快速建立

本文主要采用Autodesk和Bentley两个平台软件进行建模和施工应用，其中采用Revit+Dynamo快速建立桥梁结构模型[2]，ProStructures进行钢筋精细化模型分析，Navisworks进行施工过程建造模拟和碰撞分析，Lumion进行动画漫游制作，3D max进行渲染效果出图。

2.1 三维实景模型创建

采用无人机对施工区域地形进行倾斜摄影[3]，首先确定实景航拍扫描区域，然后采集项目周边区域的地理环境数据，对施工场地及其附近原始地貌进行航拍，得到带有地理信息的数字地形文件，将文件导入实景建模软件进行处理，生成三维点云数据，处理后合成GIS地形模型，实景建模流程见图3。最后把桥梁实体模型与实景地形模型进行定位组合，形成带有地理数据信息的三维实景模型。

2.2 桥梁模型快速创建

桥梁下构传统建模方式是拼装建模，速度慢、效率低，模型精度差。因本工程桥梁的下构数量众多、截面形式单一且重复性大、设计图纸也进行多次变更，为提高建模效率，保证模型精度和质量，采用Revit+Dynamo插件进行模型的快速批量建立[4]，通过Revit定制桥梁下构的参数化标准样板族，利用Dynamo读取设计数据，控制自适应点来进行下构样板族放置。利用Revit+Dynamo插件的可视化编程功能建立BIM模型，不仅速度快、精度高，且方便模型后期批量修改。整个脚本程序可重复使用，可为日后施工和运维阶段模型的使用提供便捷。桥梁模型如图3所示。

图3 桥梁下部结构参数化建模

大桥上构箱梁纵向依次为墩顶0#块、35个悬浇段、边跨现浇段、边跨合龙段和中跨合龙段。采用Revit软件进行上部箱梁结构建模，针对异形和多曲面结构部分，采用Revit+Dynamo插件进行建模，按照箱梁浇筑顺序依次建立节段模型，最后把箱梁各个节段模型连接起来，形成整个特大桥上部箱梁结构模型。

3 基于BIM的施工应用研究

3.1 施工场地优化设计

施工场地布置是每个工程建设初期必不可少的环节，主要用来确定施工临时用地范围、生活办公和施工区域的位置以及施工用地范围内的加工、运输、储存方案等。充分利用BIM技术的可视性和动态性特点，对各个施工区域和施工场站布置进行三维设计，提前模拟出场地布置的效果，并从安全性、经济性、适用性、合理性等方面对设计方案进行比选优化，最终得到最经济、最合理的场地布置方案，为项目节约施工成本。

施工场站三维设计如图7所示。

3.2 桩基地质精准判断

针对本桥复杂的桩基重岩溶地质层，采用“BIM+地震波CT+地质钻探”技术进行桩基地质情况的精准判断。首先对施工位置的地质水文情况进行现场调查，通过地震波CT技术对桩基地质进行全面扫描[5]，然后运用智能化多功能地质钻机钻探桩基范围内每根桩基地质数据资料，最后把地震波CT和地质钻探的地质数据资料通过BIM技术，进行全承台范围内逐桩地质模拟分析，生成详细的地质三维图，最终精准地判断主墩位置岩溶及其填充物情况，协助现场施工做出合理的判断和技术指导，合理选择施工工艺，大大提高桩基施工质量，缩短桩基施工时间。

3.3 大临设施深化设计

大桥施工过程中，针对大型施工临时设施，采用BIM技术进行辅助设计，包括钢栈桥及钢平台设计、钢围堰设计、0#块托架设计和大型挂篮设计等，大型临时施工设施三维设计见图5。设计流程如下，首先根据设计意图进行大临设施的初步设计，然后根据初步方案建立设施的三维BIM模型，把模型导入有限元软件进行结构受力验算，验证设施的承载能力和稳定性，最后将确定好的模型导入三维施工场景进行模拟分析，输出三维设计加工图纸和施工安装动画。在此过程中对方案进行反复优化，最终设计出安全可靠、经济合理的最优方案。

图4 基于BIM的大型临时施工设施三维设计

3.4 钢筋位置冲突分析

考虑项目箱梁体积大、截面宽，钢筋型号繁多且布置复杂，钢筋与预应力、与预埋构件之间位置重叠交错，为保证施工质量，采用BIM技术进行钢筋三维模拟，在Navisworks软件中进行位置冲突分析[6]，通过检测分析发现箱梁顶板N10a#钢筋与9a#、9b#箍筋、纵向预应力管道W1与N21a#钢筋、箱梁顶板N1#钢筋与竖向预应力张拉预埋盒等位置冲突，根据发现的问题，提前找出N10a#和N21a#钢筋位置冲突的解决方案，与张拉预埋盒位置冲突的N1#钢筋加工成弯曲钢筋，成功在钢筋安装前解决了构件位置冲突的问题，为项目建设节省了返工成本，提高了施工效率。

3.5 三维可视化技术交底

传统二维施工技术交底效率低、效果差，为提高交底效率，本项目采用三维可视化进行技术交底，提前把要交底的工程构件制作成三维模型，在模型基础上根据施工工艺制成施工交底动画，以三维模型和工艺交底动画的形式对现场人员进行技术交底，三维可视化交底如图5所示。施工模型、工艺动画和图纸还可以直接制成施工二维码，工人可直接通过手机扫描二维码来查看模型、工艺动画和图纸。三维技术交底，有效地解决了信息传递效率低的问题，提高了现场作业人员的工作效率。

3.6 预制梁场信息化管理

基于引桥预制T梁数量多、管理难度大的问题，开发了基于BIM技术的梁场管理系统。通过实时记录预制梁生产过程中的各项数据，实现了预制梁从计划下料到出库架梁可全过程追溯，记录了每片梁的全生命周期。电子沙盘设置梁场管理系统接口及数据沙盘，支持单点登录，通过梁场管理系统，实现梁场生产过程、质量和进度的管控，其主要应用功能有梁场制梁生产计划管理、制架存管理、工序质量检验台账管理、安全生产台账管理、工装设备管理、台座观测信息等。

图5 三维可视化技术交底

4 基于BIM+GIS数字化施工管理平台应用

为满足大桥在施工过程中的协调管理，研究开发了基于BIM+GIS的工程管理信息系统[7]，系统主要包括项目数据看板、质量管理、安全管理、进度管理、技术管理、BIM+GIS等6个板块，平台通过手机端、网页端对进度、质量、安全、技术、监控监测等进行管理，可直观、快速地了解各分部分项的施工进度、施工事件以及工程资料，实现项目运转高效管理。通过模型和数据更直观地了解项目整体运营情况，提高项目的管理效率。基于信息化管理平台把三维BIM模型赋予数字化信息，使整个建造过程数据信息全部保存在对于构件的模型上进行过程管理，方便实时查询某一工程构件的历史信息，同时也为项目后期的信息化运维管理提供了数字化基础，实现了BIM数据在工程项目全生命周期中的传递应用。

5 结语

以培森柳江特大桥项目为依托，探究BIM技术在大跨径宽幅部分斜拉桥施工中的应用，有效地解决了大桥施工中协调管理、大临设施三维设计、施工效率难等问题，并在设计、施工及项目管理中取得了预期效果。

1) 基于BIM技术的部分斜拉桥施工阶段应用，包括基于BIM技术的场站设计、桥位地质精准判断、大临设施深化设计、钢筋碰撞位置分析、三维可视化技术交底、预制梁场信息化管理等，可为项目提供设计及技术方面便利，解决技术难题，从而起到节约施工成本、提高施工质量作用。

2)基于BIM+GIS技术构建的数字化施工管理应用平台，成功将大跨径宽幅部分斜拉桥的施工进度、成本、质量、技术和安全结合到一起，实现了工程项目的信息化集成、分析和管理，有效提高了项目的组织协调效率，提升工程管理质量，保障了项目工期。