◎ 肖春文 中鐵七局集團有限公司

近年來，隨著我國橋梁建設事業(yè)的迅猛發(fā)展，一大批結構新穎、技術復雜、施工難度大的地標性橋梁相繼落成。相較于其他橋梁形式，斜拉橋因具有造型優(yōu)美、技術先進、跨越水域寬等優(yōu)點正逐漸成為現(xiàn)代城市建設中最受各方青睞的結構形式之一。但其施工過程中，常伴隨著索導管定位不準確、巨型構件安裝難度大、施工工藝復雜程度高等問題，稍有不慎會引起構件間的碰撞，輕則延誤工期，重則引發(fā)質量安全事故。

BIM（Building Information Modeling，簡稱BIM，譯為建筑信息模型）技術作為建筑產(chǎn)業(yè)信息化的重要組成部分，正引起整個行業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生重大變革。目前，BIM技術在斜拉橋施工中也有一定的應用。例如，宋福春等以永川長江大橋為背景工程，研究了BIM技術在大跨度斜拉橋設計中的應用，以減少斜拉橋施工圖設計時繁瑣的工作量。于藝林等在東洲湘江大橋索塔施工中，成功探索出以BIM為核心的矮塔斜拉橋施工工法，實現(xiàn)了縮短工期、降低造價的目標。王偉濤以廣西省貴港市西南大橋為依托，將BIM與施工控制信息相結合，開展了BIM技術在斜拉橋施工信息管理中的應用研究。劉廣福為滿足黑龍江大橋頂推施工監(jiān)測管理的需求，基于BIM進行了斜拉橋頂推施工監(jiān)測系統(tǒng)的研究，最終實現(xiàn)BIM技術的成功應用。張鵬飛等為實現(xiàn)高速鐵路大跨斜拉橋智能化算量，研發(fā)出基于Revit平臺的工程算量系統(tǒng)，并給出了符合BIM計量規(guī)則的工程量清單。

分析現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，BIM憑借獨特的技術優(yōu)勢正逐步應用在各類斜拉橋工程實踐中，但在具體應用過程中仍存在一定問題。為進一步加大應用力度，發(fā)掘BIM的應用價值，本文依托于廣東省韶關市江灣大橋工程，以BIM技術為核心，深入探索基于BIM的多曲面圓拱形單塔斜拉橋施工工藝，以期為今后同類橋梁建設提供借鑒作用。

1.項目概況

1.1 項目簡介

韶關市江灣大橋為單塔雙索面鋼砼混合斜拉橋，全長1027m，主橋跨徑組合為（33+102+183）m，索塔采用多曲面圓拱形截面，總高度109.5m，橋面以上高92m。主橋為非對稱斜拉橋，北側采用6對12根斜拉索，南側采用13對26根斜拉索，斜拉索最長178m。大橋采用雙向八車道的城市道路建設標準，設計時速60km/h，主跨結構為橫斷面44.5m的鋼箱梁，長267.6m，單節(jié)最大起吊重量為352t，如圖1所示。

1.2 項目難點分析

圖1 江灣大橋概況

地質溶洞發(fā)育程度高。項目位于典型的地質斷裂帶即粵北串珠式溶洞地區(qū)，且溶洞發(fā)育程度高，因此在大橋樁基施工過程中極易遇到溶洞。根據(jù)勘察設計資料可知，遇到的最大單溶洞深度達17.9m，最大連續(xù)串珠溶洞更是達44.7m，施工風險較高。

（2）主塔線形控制難度大。江灣特大斜拉橋主塔采用多曲面圓拱形造型，曲線應用獨具匠心，使主塔顯得宏偉挺拔，自然美觀，但施工工藝復雜、主塔線形控制難度大。

（3）施工工期緊。作為曲江大道控制性項目和韶關市重點項目，江灣大橋的迅速竣工對加快“三區(qū)融合”發(fā)展和沿線區(qū)域開發(fā)具有重要促進作用，因此項目建設任務重，工期緊。

綜合項目難點分析可知，該項目屬于大型公路橋梁建設項目，各橋梁構件的巨大體積會直接增加施工難度和管理難度，并對設計、施工、管理人員的相關工作提出更嚴峻挑戰(zhàn)。同時，該項目施工工藝復雜，施工組織難度大，易造成工期拖延。為克服上述施工難題，保證多曲面圓拱形單塔斜拉橋建造的順利推進，項目部決定引入BIM技術作為一種信息化管理手段對項目進行輔助管理。

表1 常見建模軟件的對比分析

圖2 構件族庫制作

圖3 全橋BIM模型構建過程

2.BIM模型建立

2.1 BIM軟件選擇

當前，常用BIM建模軟件主要有Revit、Bentley、ArchiCAD、Tekla Crop.等。為便于選擇出符合項目特點和項目實施難點的建模軟件，對常用軟件的優(yōu)缺點進行梳理，如表1所示。

結合項目實施條件，經(jīng)對比分析后，采用目前使用最廣泛且相對易于操作的Revit、Naviswork等軟件進行BIM模型的建立、處理及分析。

2.2 BIM模型搭建

江灣大橋的空間結構復雜，涉及空間曲線多，傳統(tǒng)的CAD設計既很難將結構表達清晰，又易產(chǎn)生尺寸標注錯誤。因此，項目部各專業(yè)建模工程師在充分理解設計圖紙的基礎上，利用Revit軟件構建三維可視化模型，以便對結構細節(jié)進行深化設計。首先，利用Revit軟件的族庫或體量建立橋梁各構件，如圖2所示；其次，通過族樣板選擇、原點定義、參照平面布局等步驟分別整合橋梁的上部結構和下部結構；最后，通過引入地形模型以完成全橋模型的三維拼接，為后續(xù)BIM技術的應用奠定基石。整個模型構建的具體流程，如圖3所示。

2.3 BIM模型碰撞檢查

借助Naviswork軟件對江灣大橋BIM模型進行專業(yè)化、可視化的碰撞檢查，具體檢查思路和步驟，如圖4所示。通過預先設置的碰撞準則，快速確定各構件碰撞點的相關信息，并將其及時提供給設計人員優(yōu)化設計方案，調整碰撞點空間位置或結構形式，有效減少施工中的設計變更和返工現(xiàn)象的發(fā)生。此外，在設計人員處理完碰撞結果后，需重新對調整后的碰撞位置進行碰撞檢查，直至確認該碰撞問題被徹底解決。如圖5所示，主塔橫梁在模擬碰撞檢測時發(fā)現(xiàn)橫向預應力錨具和主塔鋼筋在空間上存在沖突。

3.BIM技術在斜拉橋施工中的關鍵應用

3.1 施工模擬優(yōu)化

3.1.1 索導管安裝優(yōu)化

圖4 碰撞檢查基本步驟及思路

圖5 預應力錨具和主塔鋼筋的沖突顯示

圖6 索導管模型的切面分析

圖7 鋼筋整體綁扎優(yōu)化

索導管定位安裝是斜拉橋塔柱施工的控制性工程，直接決定整體施工進度和效率。常用的安裝方法是：先在勁性骨架上初步定位索導管；然后利用三維坐標測量控制法在塔上進行二次精準定位；最后通過高空焊接作業(yè)將索導管完全固定于勁性骨架上。該安裝方法施工效率低、安裝精度差，難以滿足江灣大橋施工進度快和定位精度高的基本要求。依據(jù)有關技術參數(shù)測算結果可知，江灣大橋塔柱的索導管內外切口位置偏差1cm，會引起主梁拉索位置偏差50～80cm。并且由于受到日照穩(wěn)定、河面反射、塔身曲線斜率等多種因素影響，進一步加大索導管精準定位的難度。針對索導管定位安裝難的工程現(xiàn)狀，利用BIM技術對斜拉橋的主塔模型和索導管模型進行施工模擬，并對模擬后的BIM模型進行切面分析，實現(xiàn)索導管三維坐標與勁性骨架位置的精準匹配，以便準確計算出索導管在勁性骨架上的相對尺寸，如圖6所示。

根據(jù)BIM軟件分析結果，可直接選定勁性骨架的施工定位標注點，實現(xiàn)索導管預先在勁性骨架上精準放樣，成功將高空三維測量作業(yè)轉化為平面相對位置精確定位，極大改進了安裝精度，保證總體誤差控制在1mm內。同時，索導管和勁性骨架是在制作車間提前加工、組裝完成后，運送到施工現(xiàn)場整體吊裝至指定位置，經(jīng)一定微調后即可快速固定。由此可見，優(yōu)化后的索導管施工工藝可為項目進度的順利推進提供可靠保障。

3.1.2 鋼筋綁扎優(yōu)化

江灣大橋主塔截面鋼筋間距小、層數(shù)多，不僅易造成鋼筋綁扎困難，施工效率低，也易在綁扎過程中出現(xiàn)與預埋件、波紋管沖突等情況。若無法在施工開始前及時發(fā)現(xiàn)、合理避讓，后期易導致鋼筋切割或返工。為提前解決鋼筋綁扎過程中可能會出現(xiàn)的各種問題，項目部根據(jù)主塔形狀的施工特點，利用BIM可視化的技術優(yōu)勢改進施工方案，合理調整鋼筋的綁扎順序及接頭位置。尤其在作業(yè)空間較窄的橫梁附近處，對橫梁施工工藝進行優(yōu)化，提前在鋼筋廠焊接好主筋網(wǎng)片，再運送到施工現(xiàn)場進行整體拼裝，如圖7所示。

3.2 質量安全協(xié)同管理

針對斜拉橋施工中存在多種質量安全危害因素的工程現(xiàn)狀，梳理出基于BIM技術的處理思路：借助BIM平臺在整合數(shù)據(jù)、資源共享、信息反饋等方面的優(yōu)勢，可實時跟蹤處理項目質量安全危害因素，采用手機、平板等移動端將現(xiàn)場收集數(shù)據(jù)共享至BIM云端數(shù)據(jù)庫；后臺終端操作人員對采集的質量安全問題進行責任劃定后，通知相關責任人限期整改，并將整改結果上傳到BIM平臺，經(jīng)確認整改合格后自動保存歸檔，為后續(xù)質量安全問題追溯提供參考資料。

基于上述工作思路，本項目質量安全巡檢人員發(fā)現(xiàn)施工中的質量安全隱患后，及時拍攝現(xiàn)場照片上傳BIM信息管理系統(tǒng)，并通過微信、QQ等交流工具聯(lián)系相關責任人整改。重大質量安全問題須經(jīng)項目經(jīng)理、總工程師等管理層面的論證后，方可實施整改措施，如圖8所示。如此不僅可保證質量安全問題的整改效率和執(zhí)行力度，還能將質量安全責任劃分明確，避免互相推諉。

3.3 可視化技術交底

采用傳統(tǒng)的口頭交流、卡片指引、文字敘述等方式進行關鍵技術的交底都較晦澀難懂，不利于現(xiàn)場施工人員深入理解施工方案中技術要點，交底預期效果差。特別是對于存在多處復雜節(jié)點的多曲面單塔斜拉橋，技術人員很難將二維圖紙的全部信息簡單、清晰、直觀地傳遞給施工人員。因此，項目組利用BIM模型可視化的特點直接進行三維技術交底，可最大程度保證交底信息的準確性與完整性，避免信息傳遞過程中的丟失或失真；同時借助二維碼技術將復雜節(jié)點的可視化技術交底視頻保存到施工現(xiàn)場標識牌中，有助于現(xiàn)場技術人員隨時隨地掃描二維碼，幫助施工人員及時準確了解關鍵節(jié)點的細節(jié)構造和施工工藝，糾正施工人員不當?shù)氖┕ば袨?，保證項目施工質量。

圖8 質量安全協(xié)同管理框架

4.應用問題及策略分析

4.1 應用問題總結

將BIM技術與復雜橋梁的建設充分結合起來，是未來橋梁工程信息化發(fā)展的必然趨勢。但目前BIM技術在復雜橋梁項目施工中的應用仍存在如下問題：

（1）BIM技術標準化不足。現(xiàn)階段，我國有關BIM系統(tǒng)化、精細化的行業(yè)標準還不完善[11]。在橋梁建設領域內體現(xiàn)尤甚，如缺乏設計單位、施工單位、運維單位等參建各方統(tǒng)一的交付標準，造成難以實現(xiàn)BIM模型全壽命周期的應用和移交。

（2）技術人才需求缺口大。借助BIM技術推動橋梁工程建設向數(shù)字化轉型過程中，亟需大量既有專業(yè)技能又了解智能建造技術的復合型人才，培養(yǎng)缺口大。

（3）技術理念的轉變尚不充分。原有的二維平面設計理念在橋梁技術人員心中根深蒂固，對BIM技術理念的認可有待加強，仍存在較多技術人員僅將數(shù)字化BIM模型作為一種輔助工具使用，缺乏正確認識和深入了解，對BIM技術理念的認可有待加強。

4.2 應用策略分析

為更好促進我國橋梁工程的高質量發(fā)展，提升數(shù)字化建造水平，相關企業(yè)可制定有效策略，加快BIM技術在橋梁工程中的推廣應用。

（1）加快明確橋梁領域統(tǒng)一的BIM編制、交付標準。促進BIM技術全面應用于橋梁工程的全壽命周期，充分挖掘BIM技術潛在的工程價值。

（2）完善BIM人才培養(yǎng)機制和團隊建設。制定中長期BIM人才培養(yǎng)計劃，組建專業(yè)化的BIM技術團隊，為橋梁行業(yè)的信息化發(fā)展儲備人才資源。

（3）加大BIM技術理念的推廣。以推動行業(yè)發(fā)展為目標，促進各參與單位、各相關專業(yè)加大對BIM理念的探討和交流，循序漸進地改變當前技術人員的設計習慣和應用思路。

5.結語

本文以廣東省韶關市江灣大橋項目為背景工程，研究了BIM技術在多曲面圓拱形單塔斜拉橋施工中的應用。根據(jù)斜拉橋的形狀特點和施工難點，在搭建BIM深化模型后，通過碰撞檢查、施工模擬優(yōu)化、質量安全協(xié)同管理、可視化技術交底等協(xié)調管理方法，成功提煉出基于BIM技術的多曲面單塔斜拉橋施工應用要點，并對BIM技術在復雜橋梁中的應用問題及策略進行了詳細分析。研究結果表明：BIM作為一種信息化技術手段，不僅能有效降低多曲面圓拱形單塔斜拉橋的施工難度，保障工程進度和施工質量安全，還對提高企業(yè)工作效率和精細化管理水平具有重要意義，為實現(xiàn)橋梁領域高質量建造的發(fā)展奠定良好基礎。