BIM问答|桥梁BIM案例：BIM技术在乌龙江特大桥精益化施工管理中的应用

乌龙江特大桥BIM模型以施工设计蓝图为依托，在建模阶段，根据桥梁结构特点，建立目标区域桥轴线，再根据桥跨布置及节段划分确定基准轴网，以保证桥梁空间位置的准确性。其中全桥模型，包含钢箱梁、混凝土箱梁、钢混结合箱梁、桥墩、桥台、墩台基础、高低塔、斜拉索等主体结构；栏杆、挡砟墙、塔内爬梯、塔内平台等附属结构。整体结构主要采取Revit进行建模，部分模型精度达LOD350，包含钢筋及预应力管道的建立。并对每一个构件赋予特定的材质，再通过Twinmotion插件，按材质合并导出fbx格式文件，导入BIM-film虚拟施工系统，并选择保留层次结构，使其各个单元体可单独选中并进行动画操作。如图4.2所示，为乌龙江特大桥整体BIM模型效果图（Revit建模后，导出dae格式文件，导入Lumion软件渲染后效果图，黄色段为钢箱梁）。

图4.2乌龙江特大桥整体BIM模型效果图

桥梁模型的创建

乌龙江特大桥采用LOD350等级建模，模型主要包括桥墩、高低塔柱、塔柱内钢锚梁、两侧混凝土箱梁段、钢梁段、预应力孔道、拉锁管、栏杆、挡砟墙等。该模型包含的信息有：主要构件精确的几何尺寸、材料类型等，包含混凝土内部钢筋及预应力钢筋信息等。建模数量如表4.1所示，模型图如图4.3所示。

图4.3乌龙江大桥模型桥面渲染示意图

（1）斜拉索参数化建模

参数化建模与实体建模不同，其具备快速建模的基础和优势，将模型参数化，在改变模型参数（变量）的同时，则会建立新的模型。其中桥梁斜拉索采用参数化建模，因其数量多且点位复杂，单独建模精度低、耗时长，通过斜拉索自适应模型及斜拉索首尾点坐标可快速精准获取模型放置点，从而精准布置斜拉索模型如图4.4所示。

图4.4参数化建立桥梁斜拉索模型

（2）主体建模

根据施工图纸，对本桥建模，对于高低塔如图4.5~图4.6所示、混凝土箱梁如图4.7所示等内部含有钢筋的构件，直接利用Revit软件中的钢筋功能进行绘制，并设定好钢筋尺寸、型号，并对其赋予材质。对于混凝土箱梁及塔柱横梁中预应力钢筋，由于其为变截面，则通过自定义绘制钢筋进行建模，实现复杂预应力钢筋的建模工作，并可统计其实际工程量，为施工现场钢筋需求量提供数据。并对钢箱梁如图4.8所示、塔内爬梯如图4.9所示、栏杆如图4.10~图4.11所示、电缆槽如图4.12所示、挡砟墙如图4.13所示等预制构件建模，复核其工程量是否与现场所需相符。将各个族文件建模完成后，在项目中进行拼接，完成全桥BIM模型建立，如图4.14所示。

场布模型的创建

施工现场普遍存在大量物料资源及设备存放，而在有限空间的桥梁施工现场，井然有序存放各类资源成为管理人员所追寻的目标。本研究通过BIM模拟现场场布情况，优化材料堆放位置，提升材料堆放合理性，使材料堆放更符合狭小的施工现场，实现材料供需的动态平衡，以及模拟各基础设施摆放安装位置，确保机械的合理使用及避免交叉碰撞。通过以下如图4.15所示的二维图纸不易发现问题，通过BIM模型模拟真实空间，高塔柱施工现场空间布置，并根据现场实际情况，对大临设施位置进行方案比选，由于原始方案笼梯存在碰撞，对笼梯布置点进行更改，最终优化场地布置如图4.16所示。

图4.15施工现场平面布置图

图4.16场布模型

工程量统计

现阶段施工现场技术人员仍主要采取AutoCAD进行三维模型的创建，其在二维平面图中优势明显，但在三维立体图中，往往铁路桥梁结构数量繁多，构件间关系错综复杂，易出现变更，修改一处，则会引发大范围的数据变动。但CAD中只能人工调整，容易出现查漏，但BIM技术中所有信息存在联动，动一处则变全身。有效控制材料按需入库，快速了解材料进场、使用需求及库存情况，合理分配调度现场人工及机械，并提高供应商供货效率，提高决策效率，实现物料精细化管理。本项目基于BIM模型统计了塔柱混凝土、钢筋、预应力、钢锚梁、箱梁等工程量。以乌龙江特大桥2#塔节段混凝土工程量为例，将其与实际施工情况进行对比。乌龙江特大桥高低塔混凝土工程量通过BIM软件建模后进行统计，在施工前期多次存在塔柱混凝土浇筑节段变更问题，每变更一次需要重新进行统计，传统CAD统计工程量方式效率低下，且对于异型结构，难以准确扣除空腔部分体积，更是难以手工计算工程量。通过Revit建模，可快速剖切节段进行工程量统计，且由表4.2所示，其与实际混凝土浇筑方量最大误差为4.26%，最小误差为0.00%。可提前准确预知现场所需混凝土方量，对混凝土搅拌站及混凝土罐车提出准确的任务量，避免混凝土量不够或者混凝土及机械设备、人工的浪费。从而高效准确的完成塔柱节段的浇筑任务。

碰撞检查

传统施工中常出现钢筋碰撞、尺寸不对，预判不及时而导致停工、方案变更甚至结构安全问题。而仅仅依据CAD图纸很难确实空间三维关系，碰撞问题则在所难免。在施工前，为保证施工的正常进行以及材料的浪费，需进行碰撞检查。碰撞检查部位包含：塔柱下横梁预应力管道与塔柱主筋碰撞，如图4.17所示，混凝土预应力管道与齿块碰撞，如图4.18所示，预应力管道与斜拉索碰撞等。待模型建立完全，通过碰撞检查对冲突点进行优化及修改，从而能大幅度减少下料错误，运用安全合理的方案及其对应的物料，避免返工，从而也能加快施工进度。最后在施工技术交底阶段，BIM技术可实现施工过程的预演，其能提高施工人员效率，也能增加现场的安全性能，使项目交底的质量得以提高。

图4.17塔柱下横梁预应力管道与钢筋碰撞

图4.18混凝土预应力管道与齿块碰撞

高塔上横梁预应力管道与斜拉索存在碰撞如图4.19所示，利用BIM可视化模拟，发现如下问题，并做了优化：

高塔上横梁预应力管道与斜拉索导管碰撞处进行调整。将碰撞预应力管道端部进行平弯及竖弯处理，调整其数值，进而做到不碰撞。如图4.20～图4.22所示。

图4.22调整高塔预应力管道BIM模型

空间检查

BIM模型不仅能实现构件与构件之间的碰撞，也能实现构件内细部结构间的碰撞检查，同时进行场地布置模拟以及对安装和维修空间的预先检查，判断空间是否合理。混凝土箱梁内含大量钢筋、预应力、齿块，空间结构复杂。通过二维图纸不易发现问题以及难以确定梁顶开洞位置。通过BIM模型模拟真实空间，检测箱梁内空间关系，确定开洞位置，满足现场施工要求。如图4.23～图4.25所示。通过空间检测，可提前确定预埋件、钢筋等具体材料参数，并及时变更材料信息，通过预判，提高材料利用率及结构安全性能。

图4.23混凝土箱梁模型

图4.24混凝土箱梁齿块与钢筋关系图

图4.25混凝土箱梁钢筋位置模拟

徐梦妮（湖北工业大学）

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