BIM技術在高速鐵路特大橋施工中的應用

■ 于安文

0 引言

高速鐵路作為我國交通運輸的大動脈，對于國民經濟發展和國計民生有著十分重要的意義。近年來，BIM技術、大數據、云計算、物聯網、3D打印等新技術逐步興起，我國部分高速鐵路項目也開始嘗試不同深度的BIM應用[1]。新建鄭萬鐵路河南段站前7標（ZWZQ-7標）工程為典型線性工程，其連續梁-拱上跨南水北調中線干渠控制性工程具有施工工藝復雜、工期控制難度大、綠色環保要求高等特點，給項目施工與管理帶來考驗。利用BIM技術輔助施工，可提高項目的技術、質量、安全等綜合管控水平，按期完成施工[2-3]。

Z W Z Q-7標工程位于河南省南陽市境內，標段起于方城站，途經方城縣清河鄉、趙河鎮，社旗縣橋頭鎮，南陽市宛城區紅泥灣鎮3縣區4鄉鎮。標段起訖里程DK227+778．385—DK265+420．14，正線長度37．642 km，含路基、橋涵、無砟軌道等站前線下工程。項目特殊結構眾多，主要包括：（48+80+48）m、（60+100+60）m三跨連續梁；1-（74+160+74）m連續梁-拱；1-80 m系桿拱。其中，1-（74+160+74）m連續梁-拱于DK244+327．1—440．7處跨越南水北調中線工程，被列為本項目控制性工程。

1 BIM實施策劃

項目根據施工工藝要求制定詳細的BIM實施策劃方案。BIM應用范圍為426#—481#墩上下部結構，包含1座（74+160+74）m連續梁-拱、1座（60+100+60）m連續梁，其他為簡支箱梁。項目從技術和管理2個維度展開BIM應用：（1）技術層面。利用建模軟件解決2#拌合站及趙河鋼筋加工場三維場布、構件工程量審核、復雜構件鋼筋三維可視化、鋼筋深化設計出圖指導施工、金屬波紋管孔道及鋼筋碰撞檢測、預應力筋斷面相對坐標提取交底等問題。其應用旨在最大程度消除技術差錯造成的返工風險。（2）管理層面。進度管理是整個BIM實施應用的核心，以廣聯達BIM5D質量安全模塊為輔助應用，同時初步探索商務應用，為企業成本預算打下堅實基礎。其應用旨在最大程度降低因進度、質量、安全可能帶給工程的風險，并實現項目創效、保證企業收益。項目BIM實施策劃見圖1。

2 BIM實施應用流程

組建人員配置與項目實施相適應的BIM團隊；選擇Revit建立各類混凝土構件，以Navaisworks和Fuzor兩款方案優化軟件作為實施基礎，以廣聯達BIM5D作為實施核心平臺。具體BIM實施應用流程見圖2。

圖1 項目BIM實施策劃

圖2 BIM實施應用流程

2.1 建模技術應用

首先進行圖紙初審，制定統一的建模標準和命名規則，消除后期BIM模型不匹配現象，以避免修正BIM模型耗時長、BIM模型建模精度不高影響BIM5D應用。建模過程中，做好圖紙問題統計，并就發現的各類問題進行匯總?？赡艽嬖诘膯栴}包括：臨建工程場布不合理、各類型構件混凝土數量存在偏差、鋼筋排布不合理、鋼筋根數不足、鋼筋規格型號錯誤、鋼筋保護層存在計算偏差、預應力鋼束與構件鋼筋交叉占位現象嚴重、豎向預應力張拉槽口與頂板鋼筋碰撞等。對統計的問題逐一進行回復，不能回復的提請項目工程部，由工程部負責向設計院提出設計反饋并予以答疑。在（60+100+60）m連續梁建模過程中發現，0#塊建模475．04 m3，而通用設計圖0#塊建模354．37 m3，兩者相差120．67 m3，而在已完成的0#塊混凝土報量上也印證了這一點。

（74+160+74）m連續梁-拱節塊鋼筋和金屬波紋管最為密集，存在較多交叉。僅K3和K3'腹板鋼束F7與各型號鋼筋累計交叉碰撞就達245次。采用BIM技術開展構件碰撞檢測，在施工前就可直觀反映碰撞結果（見圖3），在確保腹板鋼束F7孔道坐標位置不變的情況下，既適當挪動鋼筋，又保證保護層避免碰撞。

圖3 BIM技術開展構件碰撞檢測

（74+160+74）m連續梁如果采用通用圖，僅能提供縱向鋼束4個控制斷面的相對坐標，不能出具各節塊分界線處的相對坐標。在預應力金屬波紋管孔道定位時，需根據各節塊分界線處的孔道相對坐標實現定位。以往常規作法是利用AutoCAD繪制連續梁的全部縱向坐標，再分別繪制連續梁各節塊的控制斷面，計算推斷控制斷面相對坐標，根據推斷結果繪制連續梁節塊坐標斷面圖。此方法繪制速度慢、復核時間長且易出錯，而鋼束孔道坐標的定位精度，在很大程度上影響施加的有效預應力，因此需采用BIM技術解決該問題。根據設計圖提供的連續梁鋼束坐標，利用Revit自適應公制常規模型模塊，分別建立各縱向鋼束的族模型并按圖紙標識編號。所有族模型建立并復核無誤后，載入連續梁項目選項卡進行模型整合。利用Revit強大的任意剖面功能，隨時隨地準確提取任意斷面、任意位置的孔道相對坐標（見圖4）。

復雜構件鋼筋識圖下料和正確安裝排布一直是困擾一線技術人員的難題。二維圖紙給出的剖面圖、斷面圖等很難直觀判別，而連續梁節塊鋼筋又極密集，尤其在底板倒角、拱肋吊桿橫梁與連續梁交叉處。通過BIM技術鋼筋建模翻樣出圖指導施工，利用Revit按構件鋼筋圖分別通過放樣功能建立鋼筋族庫并編號，檢查無誤后載入連續梁模型，對鋼筋模型進行檢驗（見圖5）。鋼筋模型檢驗無誤后，組織全體技術人員與班組長鋼筋工在BIM技術室內進行三維可視化鋼筋交底，并現場解答鋼筋各類疑問；隨后鋼筋模型導出，出圖指導施工。

2.2 施工過程管理應用

2.2.1 進度管理

從線路分布情況看，高速鐵路線性工程屬于典型的“細長條帶”狀，點多面廣。由于線性工程作業工點分散，不如段性工程易集中組織施工，只能采取流水施工作業，充分利用作業面。樁基、承臺、橋墩、連續梁構件體量大，各工點一次性投入作業人員和施工機具的耗費巨大，在現有施工要素配置下，一旦出現工期不可控，會給項目帶來很大風險。合理的工期安排應符合“S”形曲線，遵循“前期資金投入少、中期資金投入最大、后期資金投入較少”原則。不少項目未遵循此原則，導致前期資金投入少或投入過大、中期投入偏少、后期投入劇增，甚至施工資源成倍增加，對項目和企業成本控制極為不利。在工期編制方面，傳統采用的Excel雖能直觀表達構件開始與結束時間，但僅表達相鄰工序或構件間邏輯關系，無法表達不同工序間邏輯關系，局限性較大。

針對以上問題，項目按業主給予節點倒排工期，細化分解至各具體構件，利用Project編排工期計劃，編排時注意檢查構件工序間邏輯關系是否正確。導入BIM5D平臺后，根據每天進度及時錄入數據，系統據此計算出當前時間標尺下整個工點最后一道工序預計開始和完成時間，直觀判斷實際進度和計劃進度的相對關系。同時，系統內置進度方案模擬功能[4-5]，通過不同顏色標識，以動畫播放方式顯示構件進度狀態，直接從紙面化轉變為可視化，方便管理層把握當前進度。

圖4 中跨9塊預應力孔道相對坐標

圖5 BIM技術鋼筋建模翻樣

通過BIM5D資源曲線功能按計劃推進，以月為基本單位，將完成混凝土數量的任務拆分至各月。根據實際進度信息的錄入，系統自動生成實際每月混凝土用量的資源分配。物資部門可根據資源趨勢曲線圖，靈活掌握混凝土用量信息，根據此類信息由項目工地試驗室按不同標號混凝土分別推算水泥、砂石、外加劑的用量。物資部門根據試驗室提供的配比準確備料，有針對性地規避價格浮動因素的影響。BIM5D資源曲線見圖6。

2.2.2 質量安全管理

通過引入BIM5D移動端，現場質量安全管理人員只需按照流程（見圖7），利用手機APP發起整改通知，明確責任人、參與人，確定整改時間；整改人按推送問題要求，及時整改并報請驗收；發起人趕赴現場實地拍照驗收，整改完成，至此結束整個流程。質量安全管理模塊加強了內部管控手段，按照權限實現數據共享；其應用增強了現場質量、安全管控的意識，實現了降低風險的隱形效益。

圖6 BIM5D資源曲線

圖7 質量安全管理流程

3 結束語

BIM應用是一個長期的過程，需要鐵路行業慎重研究思考，BIM應用頂層規劃設計尤為重要。隨著國家基礎設施投資力度不斷加大，BIM技術在高速鐵路領域的應用大有可為，“BIM+”對企業的作用也將愈發明顯[6]。

通過BIM技術在ZWZQ-7標特大橋施工中的應用，提高了企業綜合管理水平，實現了管理手段多元化；探索了鐵路專業與項目及企業自身特點相適應的BIM應用模式；加大BIM人才庫建設力度，為BIM持續應用打下堅實的基礎。其中，BIM技術的三維應用有效解決了長期困擾一線技術人員的各類難題；進度管理模塊的應用使管理層的糾偏措施比以往更具抓手和針對性；質量安全管理模塊的應用消除了大量風險隱患。經測算，該應用取得了明顯的經濟效益和社會效益，提高了項目的風險規避能力。