bim技术在桥梁工程中的应用

bim技术在桥梁工程中的应用

0bim技术在桥梁施工领域的应用com是“建筑信息模型”的简称。BIM技术是利用计算机建立数字化模型,对项目进行招投标、设计、施工和运营维护等一系列过程的全面辅助,它是一种有效的管理方法和手段。BIM是以三维数字化技术为基础,对项目构筑物实体中的各种构件进行参数化的定义。BIM就是一个能表达参数化的工程项目实体和功能属性的数据库,不仅能表达出传统CAD图形中的几何尺寸信息,这种模型还集成了大量非几何信息,如构件的力学性能、材料的物理参数等。BIM技术具有可视化程度高、数据信息高度整合、协调性好等特点,它加快了建筑业信息化进程,实现了建筑技术和管理模式的全面升级。近年来,BIM技术在国内得到飞速发展,其影响也越来越广泛。目前,BIM技术在国内大型项目中成功应用的案例很多,如福州海峡奥体中心、世博会德国馆、合肥国际滨湖会展中心等。但是BIM技术的成功应用大多是在房屋建筑项目上,在桥梁上的应用尚处于探索性的尝试阶段。倘若将BIM技术运用到桥梁上,BIM就可以作为bridgeinformationmodeling的简称。桥梁作为交通土建工程的重要分支,它是一种解决人们交通出行的重要构筑物,在工程行业的地位是不容忽视的。而且桥梁承受行车动荷载、受力复杂,结构上异形构件多,施工难度大,故发掘BIM技术在桥梁领域的应用是非常有必要的。本文结合武汉市二环线汉口段高架桥工程,探索了BIM技术在桥梁施工领域的实施方案,并根据武汉中一交通建设工程有限公司在工程施工中运用BIM技术的实践,提出了BIM在工程管理上的实施框架。二环线汉口段起于江汉二桥,止于二七长江大桥。全长约11km,形式为“长距离高架+局部重要路段隧道”方案。主线高架共72联,路口段上部多采用钢结构,钢结构为16联,共长2241m,全部为预制安装;主线高架标准段预应力钢筋混凝土结构为一箱三室斜腹板连续箱梁,桥面宽26m,为现场浇筑。墩柱采用花瓶形柱式墩,整体式承台,全线承台共481个;主线承台下为桩基础,每个承台下桩基础为4~8根,桩径为1.0~2.5m,全线共有桩基2288根,为钻孔灌注桩。武汉市二环线汉口段高架桥建筑效果如图1所示。2该项目的实施是困难的2.1技术研发要求高武汉二环线高架桥工程施工投入的人力、物力、财力和技术装备数量巨大,为特大型工程。为争夺市政工程金杯奖,业主要求的工期紧,仅为24个月,且技术要求高。高架桥沿线地质情况复杂,地质勘探单位多次补勘,设计变更多。如何在如此短的工期内,减少设计变更带来的经济损失和工期延误,并保证工程质量成为施工方最大的难题。2.2投资及计量方法复杂,容易造成投资压力大,影响到技术本高架桥工程规模庞大,花瓶形桥墩、斜腹式箱梁结构形式异常,且现浇箱梁为预应力混凝土结构,配筋复杂。若是用传统的方法计算钢筋工程量,计量人员必将面临一项繁琐、费时、工作量大的工作。而且工程量计算的精确度和快慢程度将直接影响工程建设投资,也影响着施工进度计划和资源进场计划。故在工期紧、业主投资有限的情况下,快速准确地计算工程量对施工至关重要。2.3施工难点确定由于二环线高架桥与地面道路交叉口多,为了不影响地面交通组织,道口的高架桥只能采用预制钢箱梁。通过起吊设备按相应节段顺序架设至临时支架上,调整节段高程、平面线形及节段间距,并确认无误后,进行现场焊接连成整体。本桥钢箱梁为大跨度、变宽度,大型吊装机械操作不便,施工难度大。为保证交通,必须以最短的时间完成道口箱梁施工,因此预制钢箱梁的及时供应与箱梁顺利焊接完成成为工程难点之一。基于以上工程施工难点,项目部决定采用BIM技术辅助施工。当前BIM软件众多,经分析对比,最终选择了AutodeskRevit系列软件用于高架桥建模、分析,在施工中综合运用基于BIM的三维可视化、协同作业、检测协调等技术,以期降低工程成本,缩短工期。3综合工程实践3.1bim模型建立随着BIM技术的发展,工程师再也不必局限在传统的二维视图,而是可利用信息建模技术建立构筑物的三维参数化模型,利用模型可视化地指导施工。传统的桥梁施工图是一张张平面图纸,由点、线、面构成,几何元素单一,不能快速反映桥梁的空间几何构造和内部预应力钢筋的配置情况。通过建立桥梁的BIM模型,各构件尺寸、位置关系、表观材质能在模型中直接反映出来,利用这些参数信息对模型进行各种分析,进而实现BIM应用。在该工程施工准备阶段,根据设计院已完成的二维CAD施工图纸,BIM技术人员利用RevitStructure软件构建了二环线汉口段高架桥的整体模型。整体模型几乎包含了高架桥所有参数,如钻孔灌注桩直径、斜腹式箱梁材质、构件材料的生产厂家等信息。一旦发生设计变更导致参数变化,直接在模型中修改相关参数即可,模型也会随之自动调整,方便快捷(见图2)。3.2平、立、剖面的结合当前,设计院交付的成果主要以CAD图纸为主,2D图纸成为现场施工唯一的准确依据。但随着建筑业的发展,各种异形构件大量出现,用传统的平面图纸难以准确定位。而且往往需将平、立、剖面结合起来看,才能精确把握结构构件的空间位置关系,施工人员查看图纸费时、费力。而运用BIM技术建立的3D模型能直观地表达出任何异形构件的几何特征与空间位置,与2D图纸相比几乎不存在任何表达障碍。该项目利用RevitStructure的自动出图功能,通过剖切3D模型的任意位置,最终输出工程需要的2D图纸。但是这种图纸未经设计单位盖章,不能作为现场施工的直接依据,主要是在项目部内部使用。利用这些图纸辅助施工,让工程人员更好地理解设计意图,节省大量识图时间,间接性地指导施工。3.3利用bim进行无砂体施工设计传统的工程量是依据二维CAD图纸人工计算,或者是使用简单的计算软件。这种方法效率低下,出错率高,不利于编制施工预算和控制成本。在3D技术时代,有了参数化的BIM模型,利用模型中高度整合的数据信息,通过软件直接生成工程所需的各类工程量统计表。而且一旦发生工程变更,由模型导出的工程量统计信息也能自动更新。利用BIM技术能有效地对各构件进行工程量统计分析,减少人工操作带来的统计错误,合理地安排材料采购与进场计划,降低工程成本、缩短工期。二环线项目部利用RevitStructure软件建立了高架桥各构件的钢筋模型(见图3),直接导出钢筋信息明细表。在明细表中,钢筋数量、直径、长度、弯起角度、生产厂家等信息一目了然,准确可靠。项目成本部门可以将各类明细表作为编制施工预算和工程竣工结算的依据,有利于控制工程投资和施工成本,效益明显。3.4箱梁现场装焊接本工程所有道口均采用钢结构箱梁,从预制厂采购回来后在现场吊装就位、焊接成型。传统的预制构件一般是预制厂家根据二维图纸来制作,但这些构件在现场安装时经常会出现无法安装就位的问题。而且本工程钢箱梁跨度30m,宽达25m,只能由多节段箱梁拼装焊接而成。这就对焊接精度要求非常高,如果其中一个节段预制箱梁有问题,就会导致整段箱梁无法焊接安装,延误工期。为了保证工程施工进度和质量,项目部引进BIM技术,充分利用BIM模型中储存完备的构件信息库,将预制构件信息库与预制厂商共享。如此,预制厂商能直观地了解到预制构件的尺寸、材质、强度、规格、型号等信息。再结合电子商务技术,顺利在网上完成预制钢箱梁、支座等构件的采购。例如,在采购预制钢箱梁时,直接将钢箱梁BIM模型发给厂商,厂商根据模型直接生产出实体钢箱梁。将电子商务与BIM结合用于材料采购,省时省力,效益明显。二环线预制钢箱梁模型与参数查询界面如图4所示。3.54bim技术应用运用Revit软件建立的桥梁模型是3D的,如果再加一个时间维度,结合施工进度,就能实现4D的施工模拟。这种模拟与施工时间节点对应,工程师能实时地将现场施工进度情况与4D模型对比,发现进度偏差时立刻采取纠偏措施。二环线项目部运用BIM技术实现4D施工模拟,将高架桥的整个施工过程在计算机上模拟,利用模型进行现场技术交底,让施工人员对每个阶段的施工任务一目了然。高架桥桩基承台、墩柱、箱梁施工模拟如图5所示。实施4D施工模拟,为项目部合理地编制资源需求量计划和劳动力计划提供了依据,并能提前发现施工中可能出现的问题。先试后建,指导工程管理人员实施事前控制,编制预防措施。降低施工风险,减少返工,从而有效地控制工程成本。4建设和云建设管理的实施框架4.1项目实施和团队制定BIM用于工程施工管理,体系复杂庞大,必须建立一个理想的BIM核心实施团队。团队负责人与项目经理协商制定BIM在施工中的实施阶段和各阶段目标,编制BIM投资规划和BIM效益目标,制定团队各部门职责及任务。整个BIM团队应包括建模部门、模型分析部门、成本部门、协作部门等。团队各成员分工协作、各司其职,共同完成整个BIM实施计划。4.2bim实施阶段实施BIM最重要的就是要建立BIM模型,运用模型辅助施工管理,故首先要确定BIM在工程施工中的实施阶段。总的来说,BIM可以分别用于施工准备阶段、施工阶段和施工完成后阶段。各阶段的建模计划不同,目标也不同。例如,施工准备阶段BIM主要用来进行施工可行性分析,以减少返工;在施工阶段,BIM用来进行二维出图、协调各专业工程,以减少各专业间的碰撞。选定BIM实施阶段后,要确定各类计划模型、模型创建责任人以及建模软件。二环线项目部建模所用软件有RevitStructure,Navisworks等。创建的各类计划模型包括结构模型、钢筋模型、管线模型以及附属设施模型等。4.3析类型的界定在建立BIM模型后,最关键的工作就是进行模型分析。在建模阶段,要根据模型分析的类型设定模型属性参数,这些参数是后期进行模型分析的基础。BIM常用的分析类型有可视化分析、工程计量分析、施工进度分析、碰撞分析等。可视化分析是运用可视化工具将工程三维实体模型展现出来,便于分析者从更精确的角度分析其他特性,可视化分析是其他分析类型的基础;工程计量分析是利用软件自动完成工程量统计的过程;进度分析是利用项目模型,结合时间参数进行施工进度偏差分析,根据分析结果采取相应的进度调整措施;碰撞分析是为了解决各专业工程模型之间不协调的问题,减少不必要的返工。基于BIM模型的分析类型还有很多,需要进一