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BIM技術(shù)在節(jié)段拼裝箱梁施工中的應(yīng)用

2016-03-09 12:04:39張振興
高速鐵路技術(shù) 2016年4期
關(guān)鍵詞:造橋交底節(jié)段

張振興

(中鐵三局集團有限公司, 太原 030001)

BIM技術(shù)在節(jié)段拼裝箱梁施工中的應(yīng)用

張振興

(中鐵三局集團有限公司, 太原 030001)

寶雞至蘭州客運專線三陽川渭河2號特大橋采用48 m節(jié)段拼裝箱梁結(jié)構(gòu)形式跨越沿線道路及河流。為更好地實現(xiàn)工廠化、信息化施工和精細化管理,解決節(jié)段拼裝箱梁工程工期緊、工序復(fù)雜、節(jié)段多、精度控制難等問題,引入了BIM技術(shù),建立了節(jié)段拼裝箱梁的BIM三維信息模型。通過三維設(shè)計交底、施工工藝模擬、深化設(shè)計及優(yōu)化工藝、資源動態(tài)管理等先進技術(shù)應(yīng)用,大大提高了節(jié)段拼裝箱梁在鋼筋綁扎、混凝土澆筑、節(jié)段箱梁架設(shè)等核心工序的工效,實現(xiàn)了質(zhì)量、成本及進度等關(guān)鍵因素卡控,取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。三元川渭河2號特大橋是目前國內(nèi)首次采用BIM技術(shù)進行48 m節(jié)段拼裝箱梁施工的工程,為今后鐵路橋梁建造特別是節(jié)段拼裝箱梁的信息化施工提供了技術(shù)借鑒。

BIM技術(shù); 節(jié)段拼裝箱梁; 工藝模擬; 資源管理

隨著鐵路交通日益發(fā)展,橋梁形式也在不斷更新,呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、線性多樣化等特點。但在施工手段上,大型橋梁工程項目的施工識圖、方案制定、工藝控制等各個環(huán)節(jié)目前仍依靠傳統(tǒng)的二維CAD圖紙,很難提前檢測或發(fā)現(xiàn)設(shè)計及施工沖突的問題,工藝優(yōu)化不直觀,難度較大,不僅需要投入大量的管理人員,同時影響了施工進度和成本。建筑信息模型(Building Information Modeling,簡稱BIM)作為一種先進的管理理念,近年來在我國建筑業(yè)得到一定的應(yīng)用和發(fā)展,取得了較好的成效。但在鐵路建設(shè)方面,特別是鐵路施工方面的應(yīng)用少之又少。在橋梁施工中,將BIM技術(shù)與復(fù)雜橋梁施工相結(jié)合應(yīng)用于施工現(xiàn)場,能夠在施工圖審核、施組優(yōu)化、工藝優(yōu)化、資源及進度管理等方面起到非常重要的作用。文章針對寶蘭客運專線三陽川跨渭河特大橋的具體施工情況,通過BIM技術(shù)在項目實施中的應(yīng)用,推進項目信息化、工廠化、精細化施工的整體水平。

1 節(jié)段梁施工特點及難點

寶雞至蘭州客運專線三陽川渭河2號特大橋全長8 672.3 m,跨渭河地段48 m節(jié)段預(yù)制拼裝梁是全線的重點控制性工程之一。48 m節(jié)段拼裝箱梁施工采用分段預(yù)制,造橋機現(xiàn)澆濕接縫的方法。該工程在實施過程中,主要有以下特點:

(1)梁段重量大,箱梁截面大,安全風(fēng)險較高。節(jié)段拼裝箱梁設(shè)計跨徑48 m,梁全長49.6 m,為預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段預(yù)制拼裝簡支箱梁結(jié)構(gòu)。箱梁整孔重量超過1 584 t,箱梁梁高4.6 m,造橋機自重約1 100 t,全過程施工中,上部結(jié)構(gòu)及設(shè)備共近3 000 t的荷載,對施工機械的要求較高,設(shè)備在橋上移動過程中,機械穩(wěn)定性及安全性尤為重要。

(2)項目工期緊,施工組織難度大。為了最大限度的加快施工進度,確保施工組織有序,節(jié)段梁拼裝采用TP 48造橋機自行式過孔的施工工藝,特別是造橋機拼裝、節(jié)段箱梁架設(shè)等工藝復(fù)雜,施工周期長。

(3)拼裝節(jié)段多,精度要求高。每跨箱梁分11個節(jié)段,節(jié)段預(yù)制、架設(shè)過程中線形精度要求非常高,需在預(yù)制、架設(shè)等環(huán)節(jié)提前考慮鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道的精確定位,避免節(jié)段端頭連接鋼筋互相干涉、預(yù)應(yīng)力管道連接不同心等問題發(fā)生。

2 BIM技術(shù)在客運專線48 m節(jié)段梁施工技術(shù)中的應(yīng)用

根據(jù)項目的特點及難點,針對節(jié)段箱梁預(yù)制、架設(shè)等關(guān)鍵工序及工藝進行了BIM技術(shù)研究,創(chuàng)建節(jié)段拼裝箱梁的BIM三維信息模型,通過三維設(shè)計交底、施工工藝模擬、深化設(shè)計及優(yōu)化工藝、資源動態(tài)管理等先進技術(shù)的應(yīng)用,大大提高了節(jié)段拼裝箱梁在鋼筋綁扎、混凝土澆筑、節(jié)段箱梁架設(shè)等核心工序的工效,實現(xiàn)工程質(zhì)量、進度、成本的嚴格控制。

2.1 信息模型創(chuàng)建

利用BIM軟件,將二維設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)換成三維模型,并將圖紙中相關(guān)信息添加到相應(yīng)的三維模型中。創(chuàng)建了三維場地、節(jié)段梁鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道、造橋機、混凝土構(gòu)件、模板等信息模型。節(jié)段梁模板模型如圖1所示,48 m節(jié)段箱梁模型如圖2所示。開發(fā)了鐵路48 m簡支梁節(jié)段拼裝施工的BIM模型的構(gòu)件族庫,為BIM技術(shù)在48 m節(jié)段箱梁預(yù)制、拼裝施工中的快速應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)條件。

圖1 節(jié)段梁模板模型

圖2 48 m節(jié)段箱梁模型

2.2 三維技術(shù)交底

傳統(tǒng)施工交底依托的二維平面圖加以標(biāo)注對施工班組進行交底,并不能表達出構(gòu)件、鋼筋等空間排布位置。對于施工班組來講,一些特殊節(jié)點、鋼筋排布、預(yù)應(yīng)力管道等的二維圖紙不易于理解,容易因?qū)D紙的誤讀而造成施工錯誤、返工,不僅耽誤了工期而且造成了工程材料浪費、成本增加。

三維可視化施工交底是利用BIM技術(shù)創(chuàng)建三維模型,對模型加以信息(如尺寸標(biāo)注、長度、位置等)進行的施工技術(shù)交底。通過三維模型進行交底不僅能達到二維圖紙交底的所有要求,而且能把構(gòu)件之間的立體排布位置表達出來,易于理解,從而加快施工進度、保證工程質(zhì)量、創(chuàng)造經(jīng)濟效益。鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道設(shè)計交底如圖3所示,節(jié)段梁混凝土設(shè)計交底如圖4所示。

圖3 鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道設(shè)計交底

圖4 節(jié)段梁混凝土設(shè)計交底

2.3 工藝模擬

將BIM模型導(dǎo)入Navisworks Manage軟件進行三維可視化節(jié)段梁預(yù)制、架設(shè)等工藝的模擬,優(yōu)化施工工藝及施工組織。在節(jié)段梁預(yù)制中,通過虛擬施工將鋼筋綁扎順序,模板安裝、混凝土澆筑等工藝按施工順序進行模擬,如圖5所示。在架橋機拼裝、節(jié)段梁架設(shè)過程中,通過將TP 48造橋機與節(jié)段梁墩身BIM模型拼接進行虛擬施工模擬,如圖6所示。節(jié)段梁造橋機拼裝和過孔過程。通過虛擬施工模擬,可以很好地控制造橋機過孔安全,使得造橋機在各工況下的具體過程更加直觀展示,方便技術(shù)操作人員理解。在專家評審方案過程中,使專家對施工方案有更加清晰和深刻的理解,對方案的可行性及安全性做出快速判斷。在具體施工中,使現(xiàn)場操作人員能迅速把握方案的整體性和關(guān)鍵控制工藝。

圖5 節(jié)段箱梁的預(yù)制

圖6 節(jié)段箱梁的架設(shè)

2.4 優(yōu)化設(shè)計及工藝

利用BIM的三維技術(shù)在前期可以進行碰撞檢查,深化工程設(shè)計,減少在施工階段可能存在的錯誤損失和返工的可能性。

48 m節(jié)段梁鋼筋排布復(fù)雜,二維圖紙設(shè)計時不能很好地展示鋼筋之間的空間位置,這就造成了施工中可能會造成鋼筋碰撞、鋼筋與構(gòu)件間的碰撞等。在預(yù)制過程中,通過已經(jīng)創(chuàng)建好的三維鋼筋模型進行鋼筋之間的碰撞點檢查,并將碰撞的鋼筋進行優(yōu)化排布。在節(jié)段梁架設(shè)時,濕接縫鋼筋外搭,在節(jié)拼裝時會造成搭接位置的鋼筋存在碰撞,進而對下一步節(jié)精調(diào)工序造成影響,延誤施工工期,濕接縫鋼筋檢查如圖7所示。通過碰撞檢查提前發(fā)現(xiàn)節(jié)間鋼筋或構(gòu)件的碰撞,提前進行優(yōu)化排布,為后續(xù)施工創(chuàng)造有利條件。

圖7 濕接縫鋼筋檢查

2.5 動態(tài)資源管理

做好施工階段的成本控制和資源管理是工程項目管理的重要任務(wù),然而,施工過程的高度動態(tài)變化,致使施工資源和成本的管理與控制計算量龐大,數(shù)據(jù)不易獲取,尤其當(dāng)發(fā)生工程變更時,工作量成倍增加。

圖8 節(jié)段梁鋼筋工程量

通過創(chuàng)建施工階段的EPM-4D施工資源信息模型,建立資源動態(tài)管理系統(tǒng),實現(xiàn)了施工過程的工程量動態(tài)查詢,人、材、機等施工資源的動態(tài)管理。EPM-4D施工資源信息模型包含大量信息,不僅包括工程構(gòu)件的批次、規(guī)格等信息,還包括構(gòu)件的工程量信息(如鋼筋用量、混凝土用量等),節(jié)段梁鋼筋工程量如圖8所示。利用創(chuàng)建好的BIM模型,直接可以進行對應(yīng)工程量的提取。同時在施工資源信息模型中,通過建立進度計劃與資源之間的關(guān)聯(lián),可以動態(tài)查詢和計算各施工節(jié)段資源的實際及計劃用量,方便施工單位在其他信息的改變(如設(shè)計變更、進度變更)時,能快速計算和調(diào)整施工資源,及時進行對比,掌握整個工程或任意時間節(jié)段的工程量和成本情況,節(jié)段梁成本曲線如圖9所示。

圖9 成本曲線圖

3 結(jié)束語

與傳統(tǒng)節(jié)段拼裝梁施工技術(shù)相比,采用BIM技術(shù)進行節(jié)段箱梁施工具有以下特點:

(1)改變傳統(tǒng)以二維圖紙為施工信息傳遞依據(jù)的模式,建立三維信息模型,利用模型的三維可視化、動態(tài)漫游、工程量精確計算、虛擬施工等技術(shù)提高節(jié)段拼裝梁的施工效率,降低資源浪費,有效的控制成本,增加經(jīng)濟效益。

(2)利用BIM的三維模型可以預(yù)測施工中存在的問題,提前解決,節(jié)省時間,提高效率;利用BIM的碰撞檢查和虛擬施工,可以解決節(jié)段拼裝梁設(shè)計中存在的結(jié)構(gòu)碰撞和施工過程中的各種碰撞,優(yōu)化設(shè)計和施工組織安排,利用模型指導(dǎo)施工,這是傳統(tǒng)施工技術(shù)無法做到的。

(3)首次利用基于BIM技術(shù)的EPM-4D資源管理系統(tǒng),實現(xiàn)資源的4D動態(tài)管理,減少了施工過程中的資源沖突和浪費,提高了施工效率和資源利用率。

通過寶蘭客運專線的實際應(yīng)用,客運專線簡支梁節(jié)段拼裝施工BIM技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成熟,適用于各等級公路、高速鐵路節(jié)段拼裝梁的工程施工,尤其對于高速鐵路的節(jié)段拼裝梁施工具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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Application of BIM Technology in Segmental Beams

ZHANG Zhenxing

(China Railway No.3 Engineering Group Co., Ltd., Taiyuan 030001, China)

Sanyangchuan Weihe No. 2 super major bridge of Baoji-Lanzhou passenger dedicated crosses the river and many of the roads with structure of 48 m Segmental beams span. In order to achieve the factorial and information constructions and delicacy management, to resolve the problems of segmental beams, like tight schedule, complex process , too many segments and precision craft, BIM technology is introduced and BIM three-dimensional information model is established. Through the applications of three-dimensional design disclosure, construction process simulation, in-depth design and optimization of process and dynamic management of resource, efficiency of core processes are greatly improved, such as reinforcement binding, concrete pouring and segmental beams erection, the quality, cost, schedule and other key factors are controlled and good economic and social benefits are achieved. Sanyangchuan Weihe No.2 Bridge is the first one in China by use of BIM technology for 48 m segmental beams, which provides technical references for the future constructions of railway bridges, in particular the information constructions of segmental beams.

BIM technology; Segmental beams; Process simulation; Resource management

2016-03-16

張振興(1964-),男,高級工程師。

1674—8247(2016)04—0089—04

U445.4

A

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