基于BIM技术的桥梁大跨度钢桁架施工技术分析_程毅.pdf

运输经理世界隧道与桥梁工程0引言我国桥梁施工项目较多，部分桥梁采取的大跨度钢桁架施工方案，对施工技术要求十分严格。传统大跨度桥梁项目施工技术存在不足，未能将最新的 BIM技术应用在施工中，使得项目的安全隐患十分明显，影响桥梁性能和使用寿命。现在 BIM 技术趋于成熟，有关人员将其应用在桥梁施工全过程中，通过该技术既能快速完成钢桁架拼装定位，纠正施工期间存在的碰撞等问题，同时也能够对项目施工方案进行三维模拟，确保管理人员能够做好可视化管理，使项目施工进度与质量满足桥梁施工合同要求。1研究背景随着科技的发展，社会信息化、智能化水平不断提高，近几年，信息技术的重要性逐渐为人们所熟知，各行各业纷纷借助信息技术，对原有工作模式进行优化与升级。在此背景下，BIM 技术应运而生，作为科技 发 展 的 产 物，BIM 对 建 筑 施 工 具 有 重 大 意 义，将BIM 用于大跨度钢桁架施工，有助于施工人员全面了解项目情况、潜在问题，在确定符合现场情况的支撑体系的前提下，通过对结构应力进行实时监测的方式，保证施工期间钢桁架受力合理，将发生质量问题的概率降至最低1。近几年，国内针对大跨度钢桁架所展开研究的数量较以往有所增多，现将研究所获得成果总结如下：第一，多位学者以悬臂拼装为基础，成功研发出符合大跨度钢桁架特点的悬臂架设基础，强调先利用软件建立悬臂架设模型，再借助吊机、爬行架完成施工。该技术的优点在于能够通过转换体系的方式，为无应力合龙及其他重要环节的施工效果提供保证2。第二，以普通梁体为落脚点，结合铁路桥特点，成功研发出对钢桁架加以抬升的技术，充分满足钢桁架在抬升方面具有的需求。实际施工中，先要比对不同抬升方案，确定符合项目情况的方案，再以抬升进度为依据，对轨道尺寸加以确定，结合吊重量需求，对具有行走功能的主梁进行设计，随后，在靠近钢桁架的区域配置提升吊架，由此达到连续抬升钢桁架的目的。基于此前的研究成果，本文对 BIM 应用于大跨度钢桁架所适用的施工技术进行了设计，希望能够使桥梁施工所获得工期效益、经济效益还有社会效益达到理想水平。2将 BIM 用于大跨度钢桁架施工的作用BIM 强调以大数据、计算机等先进技术为基础，根据建筑工程相关信息和数据，建立可如实反映工程情况的模型及数据库，由此为工程施工质量及速度提供有力保障。BIM 具有模拟性、可视化还有协同性等特点，将其用于工程施工，可以获得与实际情况相符的三维模型，为前期制定决策、设计方案，中期施工，后期竣工验收等工作的开展提供支持，使施工效益、质量与速度得到不同程度的提高。其中，BIM 的模拟性在于其既能够对建筑进行模拟，还可以对其他无法真实操作的事物加以模拟，包括但不限于热能传导、节能效果和日照时长等。可视化可以简单理解为通过三维模型展示二维构件，使构件位置、规格还有颜色得到具象化展示。其所拥有的协同性对项目施工具有重大意义，桥梁施工主体较多，只有各单位协调基于BIM技术的桥梁大跨度钢桁架施工技术分析程毅（浙江交工集团股份有限公司，浙江 杭州 310000）摘 要：实践经验表明，利用常规技术对大跨度钢桁架进行施工，易出现桁架应力、变形程度超出允许范围的情况，导致项目质量无法达到行业标准，将BIM用于钢桁架施工，则可以有效解决以上问题。以一桥梁项目为例，围绕BIM在大跨度桁架施工中的应用展开讨论，介绍项目的现场情况，详细分析项目的施工方案以及技术，包括如何基于BIM确定施工阶段、如何建立模型等，最后总结施工效果，指出将BIM用于项目施工，既能够保证施工质量，同时又可以提升施工速度，供相关人员参考。关键词：桥梁施工；BIM技术；大跨度钢桁架中图分类号：U445.4文献标识码：A93运输经理世界隧道与桥梁工程配合，才能避免出现施工碰撞或其他问题，对 BIM 加以应用，则可以提前通过碰撞检测的方式，了解当前设计方案所存在不足，确保经过修正的设计方案与现场情况高度契合3。大跨度钢桁架与普通钢桁架的区别主要体现在四个方面：一是前者的施工步骤较为复杂，二是前者所使用工艺技术极为专业，三是前者对构件的加工和安全具有严格要求，四是前者参与施工的单位数量较多。正是由于以上特点的存在，才使得大跨度钢桁架具有较普通钢桁架更高的施工难度，要想保证项目顺利竣工，施工方应对施工方式加以调整，有选择性地引入 BIM 并建立模型，此举一方面能够使设计人员对现场情况具有更加准确的了解，为制订、优化设计方案的工作提供便利，另一方面可以降低制订、比对不同施工方案的难度，确保施工方能够快速确定切实可行的方案并按照方案完成后续的施工4。3项目概况某桥梁和下方河面所形成交角为 88，桥梁主体为钢桁架，由于现场地形较为特殊，故需要对桥梁做三跨变截面设计，跨径总长度能够达到 300m，施工人员实测桥宽 62m，由左幅和右幅组成，两幅宽度相同，均为30m，中间设有 2m 宽的分隔带。主桥面板材料为混凝土，厚度控制在 30cm 左右，经过加腋处理的区域厚度在 40cm 左右。面板经由 T 形板接入钢桁架。施工方计划采取分段浇筑法，以桥面节段为依据，对桥面预应力进行张拉，确保施工效果可以达到客户方预期。4基于 BIM 技术的桥梁大跨度钢桁架施工方案与技术将 BIM 用于大跨度钢桁架施工具有极为突出的优势，要想使 BIM 的作用得到充分发挥，关键是要准确掌握钢桁架施工的特点，在此基础上，利用 BIM 开发全新施工方案与技术，具体如下：4.1 施工方案正式施工前，施工方为客户提供了两套方案。方案 A 包括五个阶段：一是吊装桥墩；二是对跨径未超过 150m 的部分展开施工；三是对跨径超过 150m 的部分进行施工；四是对跨径超过 150m 的钢桁架加以施工；五是吊装剩余钢桁架。方案 B 则包括四个阶段：第 一，对 桥 墩 结 构 展 开 施 工；第 二，对 跨 径 未 超 过150m 的桥梁进行施工；第三，对跨超过 150m 的桥梁加以施工；第四，对钢桁架进行施工。4.2 施工技术4.2.1前期准备工作（1）确定拼装场所拼装场所指的是施工现场用于拼装钢桁架的临时场所，施工人员需要在该区域完成两项工作：一是拼装钢桁架，二是设计并安装桥顶以及桥面。实际施工中，有关人员应以现场情况为依据，分析桥面所具有承载能力，加固拼装场所，同时在拼装场所附近确定堆积材料的场所，确保组装成型的钢桁架，能够尽快通过塔吊被运往桥面并完成后续的施工。实践经验表明，拼装大跨度桁架的场所，其规格应达到 42m6.2m 或以上；拼装标准桁架的场所，其规格应达到 46m4.9m 或以上；拼装桥梁顶的场所，其规格应达到 40m20m 或以上5。综上所述，该项目中，施工方应保证所选择拼装场所规格达到 42m6.2m 或以上。（2）安装钢桁架以项目结构特点为依据，通过焊接的方式，将钢桁架构架加工成符合施工要求的吊装节段，仔细检查节段规格，检查无误后，便可以采取水运的方式，将吊装节段运往施工现场。正式安装钢桁架前，先要完成桥梁施工，再由专业人员操控龙门吊安装临时桥墩，具体流程如下：第一步，基于履带吊完成桥梁施工。第二步，根据现场情况，在恰当位置安装龙门吊（该项目所用龙门吊规格为 100t），借助履带吊、龙门吊安装临时桥墩。第三步，通过龙门吊工艺，吊装桥墩中间段、平联与横撑，对以上构件进行科学连接。第四步，吊装主桥墩、临时墩，以合龙段为载体，对浮吊加以安装。另外，由于施工现场与航道重合，因此，为避免项目 施 工 受 航 道 通 航 影 响，需 保 证 驳 船 长 度 不 超 过30m，桥梁宽度不超过 50m。第五步，借助龙门吊对合龙段展开吊装施工，期间应确保两侧门机始终处于同步运行状态。第六步，对称吊装结束后，依次吊装合龙段、横撑还有平联，至此，安装钢桁架的工作告一段落。该 项 目 中，有 关 人 员 以 安 装 钢 桁 架 的 流 程 为 依据，对实际施工期间需要注意的要点进行了说明，具体涉及以下几个方面：一是应先安装钢柱及钢梁，再装配对应网格板。二是铺筑施工开始前，通过点对点的方式弹出铺筑基准线，保证各条基准线完全重合，随后，依次固定安装板材和其他板材，用卡子加固板材连接部位，同时保证拉钩牢固、可靠，以免后续灌装混凝土期间出现渗漏，影响施工质量与进度。三是构件被运往施工现场后，尽快对底部模具、钢梁还有垂直钢筋进行焊接。四是待预铺区施工告一段落，出于提高钢筋网架所具有可靠性的考虑，可酌情对其做加固处理。4.2.2确定施工阶段分析施工阶段前，先要按照施工步骤建模，再结合施工方案建立荷载组、边界组，随后，根据所掌握资料对钢桁架所具有荷载能力加以分析，模拟施工过程并调整施工计划。待设定边界条件的工作告一段落，尽快确定边界组含义，该项目中，划分施工阶段所适用边界条件有三个：一是为保证模拟施工过程与实际相符，有关人员应综合考虑主梁荷载能力、桥墩在沉94运输经理世界隧道与桥梁工程降状态下产生的压缩力，建立桥墩模型，模型底部由数个自由度支撑，顶部通过悬臂工法连接，保证项目施工具有连续性。二是分析大跨度设计给桥梁带来的影响，明确施工期间桥梁始终需要承受一定的拉力，重点关注其受力情况，合龙边跨前，根据钢筋应力调整自由度，获得与实际情况相符的边支座模型。三是分析拆除支架对桥梁的影响，利用 BIM 建立桥墩的临时模型，通过刚性连接的方式，使主梁、临时桥墩成为一个整体，准确掌握桥墩受力情况，避免桥梁在拆除支架的过程中出现失衡或其他情况。综上所述，在条件允许的情况下，有关人员应借助有限元模型划分施工阶段并调整施工计划，对比模型结果和现场情况，通过模拟钢桁架划分的方式，获得符合项目特点的施工计划，在此基础上，基于悬臂施工法完成分段浇筑等工作，待桥梁施工告一段落，再利用 BIM 建立钢桁架模型。4.2.3建立三维模型建立钢桁架模型时，有关人员应以三维模型为基础，利用 Revit 建立可视模型，如果条件允许，还可以对云端数据库加以应用，根据数据库所储存资料，确定空间移动方向、切实可行的操作方法。获得模型后，模拟施工过程，了解施工期间可能遇到的问题并加以解决，尽量避免后续施工环节遭遇返工或其他的情况，影响施工速度及成本。该项目所选用钢桁架包含多种构件，对构件拼装精度所提出要求极高，合理选择施工所用设备设施的参数极为重要。为保证所选择参数合理，有关人员决定以样本文件为依托，针对位置关系、几何参数展开有限元设计工作。建立钢桁架模型的要点如下：第一，依 托 焊 接 箱 完 成 截 面 焊 接。第 二，钢 桁 架 高1200mm，宽 780mm，厚 度 在 2938mm 之 间。第 三，腹杆截面呈 H 形，构件高 600mm，宽 650mm，厚度在2228mm 之间。第四，根据实际情况选择强度合理的螺栓，对腹杆、主桁弦杆加以连接。此外，有关人员还结合项目特点，对建模步骤作出了相应的调整，调整后步骤如下：第一步，基于常规模型建立相应样板文件，根据所掌握资料确定项目施工计划和流程。第二步，依托二维图纸建立模型，在所建立文件内写入位置关系、几何参数。第三步，参考几何参数建立三维模型。第四步，以关联标签为依据，细化模型并获得参数模板，将模板内容写入对应数据库。4.2.4完成模拟施工基于 BIM 对施工进度加以展示，可通过建立演示视频、三维模型的方式，确保管理人员对施工进度具有更加直观且准确的了解。为保证施工质效达到预期，在项目施工阶段，管理人员应做到严格把控施工流程，将 BIM 用于该环节的价值主要体现在两个方面：一是通过模拟施工方案与流程的方式，使有关人员对项目具有全方位了解，二是对当前施工计划是否具有可行性加以验证，根据验证结果确定最优计划并完成施工，避免出现工期延误或其他问题。该项目中，利用 BIM 对施工流程进行模拟的步骤如下：模拟项目施工进度，建立进度任务与集合；确定拼装钢桁架的场所；对钢桁架进行安装；确定施工阶段及施工所用设备；对主梁悬臂段、搭接腹杆的过程展开模拟；对后续施工流程进行模拟。5基于 BIM 技术的桥梁大跨度钢桁架施工效果该项目中，为验证上文所提及施工技术是否具有科学性、可行性，有关人员以钢桁架应力、变形程度等指标为依托，分别针对方案 A、方案 B 展开测试，现测试结果汇总如下：模拟方案 A 展开施工，钢桁架应力、变形程度均未超出允许范围；模拟方案 B，利用 BIM对钢桁架展开施工，钢桁架应力在 39MPa 之间，给项目质量所带来影响可以忽略不计，钢桁架变形程度未 超 过 4mm，与 行 业 要 求 相 符，上 述 技 术 具 有 可行性。6结语综上，文章针对大跨度钢桁架项目，提出了相应的施工技术模拟方式，通过实例分析，证明了将 BIM应用于施工的合理性、可行性，指出对相关技术加以应用，可使钢桁架应力、变形程度得到控制。未来，有关人员应继续将目光聚焦于 BIM 在钢桁架施工中的应用，结合该类项目所表现出的特点，对 BIM 的应用策略和技巧加以完善，使该项技术所具有价值得到最大化实现。参考文献：1孙徐明，任雅颖.BIM 技术在大型预制装配式桥梁工程施工中的综合应用J.建设机械技术与管理，2022（6）：114-118.2刘亚超.三维扫描在桥梁施工几何偏差检测中的应用研究J.中国科技信息，2022（24）：68-70.3刘攀攀，蒋海里，陈柳花.基于 BIM+GIS 技术的大跨度桥梁施工可视化信息管理平台研究及应用J.城市道桥与防洪，2022（8）：185-189+197+25.4吴承武，薛东波.大跨度钢桁架拱桥施工技术及 质 量 控 制 分 析 J.企 业 科 技 与 发 展，2022（1）：110-112.5苏里，于照辉.大跨度钢桁架连续梁桥施工技术 与 施 工 监 控 分 析 J.工 程 建 设 与 设 计，2019（20）：161-162.作者简介：程毅（1987-），男，汉族，河南洛阳人，大专，从事公路工程施工工作95