基于BIM技术的装配式高架桥梁施工应用研究

摘要：借助某装配式高架桥梁施工项目，对BIM技术的应用进行具体阐述，以提高装配式高架桥梁施工质量和施工效率。研究中采用案例分析法和理论分析法，重点从本项目施工重难点出发，探究了BIM技术应用中结构模型创建、预制构件加工及处理、施工技术方案的模拟分析内容，得出在装配式高架桥梁项目中，应用BIM技术可提高项目施工质量、实现成本控制优化等，为类似工程项目施工提供理论依据。

关键词：BIM技术；装配式高架桥梁；施工应用

0引言

为满足桥梁项目建设整体质量的要求，需要不断创新施工技术，加强施工管理。如遇到施工环境相对复杂的桥梁建设项目，借助BIM技术可实现对整体施工方案的优化，并能够预判施工过程中存在的安全问题，对施工技术应用全过程进行模拟。尤其是针对装配式高架桥梁施工，对存在的施工问题进行一一解析，施工方案的进一步创新优化提供直观参考依据，同时也消除施工阶段的安全隐患，节省项目施工成本及周期，对桥梁工程施工技术的高效开展具有重要理论和实践指导意义。本文以BIM技术为研究重点，对其在装配式高架桥梁施工中的应用进行探究，以实现对桥梁结构设计、工程施工组织等建设过程的控制，保障项目施工质量、进度、安全、成本管理目标的实现。

1工程简介

为提升某地区道路工程节点交通功能，并基于对纵断线形优化的考虑，需要拆除现有高架12跨，共计长度285m，再与现有的高架桥梁有效衔接，高架全长1.68km，主线标准段宽度为19m，为双向四车道，高架桥梁上下匝道桥标准段中的全宽为7.5m。本桥梁工程位于当地区交通枢纽位置，在保证施工质量的前提下，为尽量缩短工期，减少施工过程中对现场周边环境和交通的影响，拆除再建段选用装配式预制桥梁结构。全预制拼装施工技术的应用，在施工工艺、施工质量的提升等方面是一个挑战，也是提升项目信息化应用水平的关键。

2施工重难点分析

2.1施工环境复杂、工期紧张

本项目工程位于城市交通枢纽核心区域，施工现场周边环境相对复杂，施工进度难以保障，由于此路段交通压力日益凸显，密集型交通现状也对项目施工进度造成阻碍，增加了施工技术应用难度，因此在保证施工质量的前提下，最大化加快施工进度成为本工程亟需解决的一大难点[1]。

2.2施工范围上空高压线保护

本项目工程由于位于城市交通枢纽地带，施工现场沿线布设220kV高压电线塔构筑物，一旦在预制装配式小箱梁吊装施工过程中对施工现场上空高压电线造成破坏，将会导致人员及财产损失，造成整个项目施工进度滞后。因此如何规避施工因素对高空高压电线缆等结构的影响，是本项目施工的重难点。

3BIM技术的装配式高架桥梁施工应用

BIM技术以三维数字化技术为依托，将建筑项目全过程管理中的关键信息技术进行有效结合，以实现工程项目管理领域中各实体功能性的有效集成与管理，并可通过建筑项目实施的各个环节，对不同专业领域下的施工技术信息进行有效集成，并有选择地进行信息共享，最终可形成基于一定形式的实时动态管理与分析。

3.1模型创建

BIM技术支持下的施工模拟系统都能够实现可视化操作，由于物理模型引擎的建立与图像组件的分析之间是相互独立的，其为用户提供了较为丰富、可行性较高的模拟环境及使用功能模块，并在可视化环境中实现建筑信息对称的模型信息的相对运动，此类模块的分析，主要以物理计算代码的应用为主，可实现虚拟仿真系统技术的物理应用[2]。Revit所创建的物体模型结构所包含的基础信息中，主要以物理属性为核心，不仅在Unity 3D中带有强大的物理引擎功能，同时可构建刚体组合，为创建新型物体构建所包含的物理属性，如质量、重力、摩擦及摩擦系数等，在物体受力作用的基础上，实现物理应用效果的模拟，为添加物理材质，实现对物体模拟效果的可视化，具有真实有效的特征。桥梁项目施工模型的建立步骤流程图如下图1所示。

为了保证本项目对施工技术相关信息呈现更加直观、形象，将Revit模型导入至lumion分析软件中，并依据最终设计图纸、结合施工现场周边环境，构建本项目竣工模型效果图。下面以风场荷载为例，进行模型计算分析。

风场模拟：

（1）基本风速计算

本项目主要以6级风力为主，其中风速为12m/s。从局部区域的风速垂直动态变化看[3]，风向及变化频率均与风的变化程度呈正比，其中基准高速Zm处风速值如下公式（1）所示。

其中，VZ——基准高度Zm处的风速值，单位为m/s；

Z——为桥梁主跨桥面结构距离水面高度值，单位为m；

——指地表面粗糙程度系数，其具体取值见下表1；

VZ1——基准高度Z1m处的风速值，单位为m/s。

（2）静阵风荷载计算分析

依据《公路桥梁抗风设计规范》的相关规定，对风静力荷载进行有效计算，其中静阵风的风速要按照以下公式2计算分析。

其中，上式中的各项系数的具体含义如下：

Vg——静阵风风速，单位为m/s；

GV——指静力风系数；

VZ——在基准风高度Z处的风速值，单位为m/s。

在桥梁的横向上，主要考虑桥梁结构的桁架体系，如遮挡系数，在横向风荷载的作用上，单位长度上的横向静阵风荷载计算应用公式如下（3）所示：

其中，FH——以作用在单位梁长度上的静阵风荷载，单位N/m；

——空气密度，单位Kg/m3，值为1.25；

CH——主梁结构的阻力系数；

H——主梁高度，单位为m。

3.2预制构件加工处理

为避免在吊装安装过程中产生构件之间的碰撞，保证构件位置准确性，借助BIM技术可实现以上施工目标，并有效的减少不必要的材料浪费。

首先依据设计图纸，借助BIM技术构建Revit模型，如下图2中桥墩构件深入设计模型。

碰撞检查。将所建好的模型导入到软件系统中，检查构件中各个零部件的碰撞情况，并由专业技术人员对碰撞检查的结果生成报告，最终进行对比优化。

优化设计。由专业设计和施工技术人员参照碰撞检查的报告对碰撞的位置进行定位检查，并将最终的优化和调整思路、调整方案反馈给监理工作人员，并给出设计图，开展现场施工指导。

预制构件加工。按照优化设计图纸，确定出立柱、盖梁、小箱梁等专用钢模结构尺寸、参数，加强预埋件精度的设计，满足现场拼装施工质量要求。同时应按照施工技术应用要求，提高构件钢筋、预应力波纹管、钢绞线等材质的下料精度，对提升构件整体质量，减少材料的不必要浪费具有重要意义[4]。

3.3施工技术方案的模拟分析

基于BIM3D、4D模型平台，将桥梁工程建设过程中的模型平台通过系统接口、平台数据管理接口进行双接口双向连接，从而可实现基于BIM虚拟施工技术的施工全过程信息数据的共享。

例如，构件标准化建模，将大桥的几何模型拆分为主桥、引桥、现场施工场地等重点部分，可依据项目单位合同编号、分部及分项工程进行构件编码的定义与命名[5]。这样可保证桥梁工程施工中，对应单体构件能够通过唯一对应编码及时找到。

主桥和引桥模型的构建。针对主桥整体模型、主桥的现浇段、钢腹板模型结构等需要借助BIM模型，如利用Revit和Civil 3D软件，构建基于地理特征为基础的大桥周边建设环境，如道路绿化、河流等主元素。主桥整体模型如下图3所示。

4结束语

综上所述，BIM技术能够提供更加全面的桥梁施工技术应用信息，对于预防项目施工中安全因素产生，加强装配式高架桥梁施工技术应用质量等具有重要意义[6]。通过本文研究得出，装配式高架桥梁施工技术应用优化难度大，施工工艺复杂，借助BIM技术进行建模优化，对提升桥梁建设质量、缩短工期等具有重要意义。

参考文献

[1]金文晶，杨彪.BIM技术在高速公路桥梁施工安全管理中的应用[J].科技经济导刊，2020，28（17）：22.

[2]徐赞，王润泽，张舜.UAV+BIM技术在山区桥梁施工便道设计中的应用研究[J].山西建筑，2020，46（12）：169-170.

[3]王学丽.道路桥梁施工中防水施工技术的应用探索[J].建材与装饰，2020（16）：267-268.

[4]王伟，李国峰.BIM技术在高速公路桥梁施工安全管理中的应用[J].公路，2020，65（06）：176-178.

[5]甄伟超.大跨径连续桥梁施工技术的应用[J].中国公路，2020（11）：160-161.

[6]程培加.阐述高速公路桥梁施工中预应力施工技术的应用[J].建材与装饰，2020（15）：248+252.