建筑行业复杂节点处桥面板BIM技术碰撞优化施工工法

复杂节点处桥面板BIM技术碰撞优化施工工法1前言随着经济的迅速发展，中国桥梁建设进入了高速发展期，但现阶段桥梁建设整体利润率相对较低，成本控制能力有待进一步提高。为跟上数字信息时代的步伐，中国桥梁建设在建造全过程加速推动建筑模型信息化（BIM），通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。同时，对于桥梁上部结构的钢桁梁剪力钉与预制桥面板的施工过程中，传统的二维施工图纸不能对不同结构的施工空间进行直观的展示，不可避免地由结构碰撞问题产生钢筋等的二次拆改，费时费工。因此，通过建筑模型信息化（BIM）技术，利用建造好的虚拟建筑三维模型进行碰撞检查，成为解决工程实际产生的结构碰撞问题的一个重要思路。2工法特点2.0.1通过钢桁梁结构与预制桥面板结构的BIM三维模型项目进行碰撞检查，提前发现施工过程中存在的碰撞问题，优化结构。2.0.2将钢桁梁的三维模型在BIM软件中进行预拼装，检验结构加工制作精度和线形是否满足拼装要求，根据需要提前进行综合调整。2.0.3将预制桥面板通过BIM三维模型的形式展示，形象直观，便于现场人员了解桥面板及细部构造，降低理解难度。2.0.4建成的BIM三维模型可用于后期项目的全寿命周期管理。3适用范围适用于复杂节点处桥面板通过BIM技术进行碰撞优化施工。4工艺原理将建立的钢桁梁和预制桥面板BIM三维模型导入到navisworks软件中进行碰撞检查，生成碰撞报告后对碰撞位置进行施工图纸优化调整，根据优化后的布置进行BIM三维模型修正，钢桁梁结构与预制桥面板结构的碰撞检查在空间位置距离上满足要求后，优化变更的施工图纸用于指导钢桁梁与预制桥面板施工，通过BIM技术，钢桁梁构件三维模型进行预拼装，预制桥面板模型用于指导现场交底，实现钢桁梁与预制桥面板的虚拟施工。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程BIM三维模型建立BIM三维模型建立碰撞检查生成报告碰撞问题处理设计图纸调整施工准备钢桁梁杆件制作与吊装预制桥面板施工BIM三维模型修正桥面板吊装图5.1-1施工工艺流程5.2操作要点5.2.1BIM三维模型建立1、做好BIM三维模型搭建前的施工图纸整理与审查工作，对钢桁梁和预制桥面板结构进行BIM三维模型搭建分类，明确三维模型精细度，对该标准段结构进行合并简化，减少建模多余工作量，优化碰撞检查项目内存。2、由BIM专业工程师对钢桁梁结构和预制桥面板结构进行BIM三维模型搭建，根据设计图纸要求，钢桁梁结构建立整体模型，进行碰撞检查处的剪力钉和桥面板钢筋按照间距要求精细排布。3、校核搭建完成的BIM三维模型，确保严格按照设计图纸要求排布，基于BIM三维模型进行渲染，赋予相应的材料属性。5.2.2碰撞检查生成报告碰撞检查主要针对以下三方面进行BIM可视化检查：①施工图纸中桥面板钢筋的搭接碰撞；②钢桁梁剪力钉与桥面板混凝土的碰撞；③钢桁梁剪力钉与桥面板钢筋的碰撞。将钢桁梁结构与预制桥面板结构的BIM三维模型项目通过navisworks软件整合到同一项目中，其中，桥面板钢筋的搭接碰撞作为单独一个项目进行钢筋碰撞检查，钢桁梁剪力钉与桥面板混凝土的碰撞、钢桁梁剪力钉与桥面板钢筋的碰撞将两个BIM三维模型导入进行碰撞检查，生成碰撞报告，得到碰撞明细。5.2.3碰撞问题处理BIM中所说的碰撞检查分为硬碰撞和软碰撞两种，硬碰撞是指实体与实体之间交叉碰撞，软碰撞是指实际并没有碰撞，但间距和空间无法满足相关施工要求。对存在硬碰撞与软碰撞处情况进行整合，调整相关钢筋间距与剪力钉排布，使钢桁梁结构与预制桥面板结构空间上满足要求。根据碰撞报告得到的碰撞明细，汇总碰撞情况后上报设计单位，碰撞点优化设计后得到初步调整意见。5.2.4BIM三维模型修正根据优化设计后的初步调整意见，对BIM三维模型项目进行修正，重复上述流程，保证钢桁梁结构剪力钉与预制桥面板满足相关技术规范和施工间距要求。5.2.5设计图纸调整将优化后的方案汇总并上报至相关设计部门，设计部门根据生成碰撞报告优化后的工程设计对图纸进行相应调整，正式下发图纸优化变更文件。5.2.6施工准备1、做好施工前的准备工作和施工中的技术管理工作，严格执行相关技术规范和有关技术操作规程的规定，保证工程质量。2、施工前，物资材料及时进场，进行技术交底，讲解图纸优化内容、施工工艺流程及注意事项。3、做好测量放样，保证钢桁梁与预制桥面板施工精度。4、做好环境保护工作，防止水土流失，确保在不污染的情况下方可用于施工。5、施工前还应考虑到天气的影响，大风、大雨严禁施工。5.2.7钢桁梁杆件制作与吊装钢桁梁采用整体节点，单根上下弦杆同时与弦杆、斜腹杆、横梁构件多接头相连，各孔群立体定位，制孔难度大，孔位精度的控制不仅影响到架梁能否顺利进行，更重要的是关系该桥的整体线型。因此将钢桁梁的三维模型在BIM软件中进行预拼装，在模拟拼装过程中，每个杆件按照栓孔匹配的原则虚拟定位。当所有杆件拼装完成后，再检验结果是否满足拼装要求。如果检验结果不能满足相关指标，则需要对一些构造尺寸如杆件长度、节点板的间隙、钢桁梁梁间距等进行综合调整。综合调整后的钢桁梁构件全部在专业钢结构制造厂制作，且出厂前按要求进行试拼，以检验结构加工制作精度和线形。钢桁梁构件在钢结构制造厂制作的主要工作内容有材料采购、预处理、下料、组装、焊接、制孔、矫正、试拼装、冲砂、油漆、存放、包装、装船等。杆件制造完成后运输到桥址，铁路桥面系板单元工厂制造完成后运至拼装场进行块体拼装、涂装等施工。5.2.8预制桥面板施工利用BIM模型指导预制桥面板的精确加工，确保预制构件的精度，有效避免了构件错误加工及构件施工作业返工等。并将桥面板模型及细部结构对现场一线工人进行展示，形象直观，便于现场人员了解桥面板及细部构造。1、桥面板侧模铺设含梗腋结构的桥面板以梗腋台座为底模，侧模分两步进行拼装。第一步根据设计长度对桥面板四边侧模进行初步拼装；第二步根据底模钢板预埋件开孔的位置对桥面板侧模进行微调，确保外侧栏杆踢脚预埋钢筋、内侧栏杆踢脚预埋钢筋及吊环的平面位置，平面位置偏差应不应大于30mm。2、预埋件钢筋绑扎（1）栏杆踢脚预埋外侧栏杆踢脚预埋在A板及C板外侧，内侧栏杆踢脚预埋在A板及C板距离外侧梁端边线3.25m处，含梗腋的C板进行桥面板预制时，先行预埋的钢筋包括锚筋N1、环形钢筋G2及锚筋N3、N4a定位板，梗腋台座的凹槽处覆盖有钢板，钢板上切割出相应预埋孔位，锚筋N1及环形钢筋G2等间距安装至相应位置，钢板切割孔位空隙处覆盖钢板，防止后期混凝土浇筑漏浆，锚筋N3预埋处钢板为N4a定位板。后期绑扎桥面板主筋时再施工桥面板内部预埋加强筋。图5.2-1桥面板俯视图（2）吊环预埋预制板采用四点起吊，吊点位置如图所示，由于第六七八联桥面板均为异型板，致使吊点位置不统一，故吊点预埋点采用通长布置，未布置吊点处采用钢板覆盖，后期绑扎桥面板主筋时再施工桥面板内部的吊环局部加强筋。图5.2-2A板、C板吊点位置图5.2-3B板及B’板吊点位置3、钢筋绑扎混凝土桥面板横向配筋为直径22mm的HRB400钢筋，纵向配筋为直径20mm的HRB400钢筋，接缝处钢筋采用扣环搭接，并设置HPB300插筋。钢筋伸出桥面板部分设计为环形，环形钢筋的成型应用闪光对焊,焊接接头应错开，在同一位置不得大于50%，当闪光对接焊条件不具备时，横桥向主筋环形钢筋可考虑采用搭接焊，焊接接头应错开，在同一位置不应大于50%。在任一焊接接头中心至长度为钢筋直径的35倍，且不小于500mm的区段内，同一根钢筋不得有两个接头。搭接焊应采用双面焊缝，不得己时方可采用单面焊缝。双面焊缝长度不应小于钢筋直径的5倍，单面焊缝不应小于钢筋直径的10倍。上下两层钢筋网之间用直径为8mm的拉筋拉结，拉筋按50cmx50cm间距梅花形布置，施工中应及时埋设防撞栏杆预埋筋等附属钢筋及吊环局部加强筋。环形钢筋全部绑扎完成后，调整钢筋位置、牢固定位，垫好钢筋保护层垫块。垫块在木模顶呈梅花型相互错开设置，垫块采用与设计要求的钢筋净保护层厚度相匹配且与混凝土颜色一致的保护层垫块，垫块强度不低于墩身混凝土强度；砼保护层垫块设置原则：不少于5个/m2。要严格保证各类钢筋的保护层厚度30mm，保护层内不得有绑扎钢筋的铁丝伸入。4、梗腋焊接及支模在桥面板侧模四角及桥面板长边中点处立共6根钢筋用于确定梗腋高度，相邻钢筋通过钢丝绳连线作为梗腋底边线，以此为边界进行桥面板梗腋铺设，梗腋嵌入桥面板主体处钢筋应与主筋焊接牢固，保证梗腋高度的精度。相邻梗腋及横纵向梗腋交接处焊接梗腋伸出钢筋，并铺设木模，与桥面板主体结构一同浇筑。5、混凝土浇筑混凝土标号为C50，混凝土配合比由试验室试配后确定。需严格控制底板混凝土厚度及梗腋高度，每2m设一厚度控制标记。桥面板混凝土终凝前，必须对现场桥面板顶面进行整平。采用泵送入模，混凝土振捣满足规范要求，浇筑完成后采用覆盖土工布并洒水养护。6、桥面板吊装与养护含梗腋结构的桥面板经过7d养护满足桥面板起吊条件后，拆除桥面板侧模模板，采用龙门吊机垂直起吊，起吊钢绳连接顺桥向主筋环形处，起吊至桥面板主体完全脱离台座，拆除外侧栏杆处钢板，钢绳一端固定，另一端继续提升至桥面板垂直于台座，底部挂钩连接至桥面板另一面后向上提升，直至桥面板主体保持水平，缓慢下放至台座上，试吊吊环，满足吊装条件后转运至存板区。5.2.9桥面板吊装1、桥面预制板运输从存放位置运输到桥面板安装起吊设备处（主栈桥上），采用平板车运输，每次运输一块，平板车上加垫枕木，避免预制板和平板车直接接触。枕木要求固定在平板车上，防止运输途中产生相对滑动。运输过程中设专人进行交通组织，避免交通堵塞，影响施工进度，施工时可提前3天将桥面板运输至指定吊装地点。2、桥面预制板吊装（1）起吊前准备①预制板起吊前，事先将宽5cm，厚3cm的橡胶带牢固粘贴（氯丁酚醛胶水）在钢梁上预制板安装位置的周边，预制板下落要缓慢，就位后检查橡胶条四周四否压紧，严密性是否满足要求，以防止在湿接缝浇注时候出现漏浆现象。预制板安装的位置必须由专人确认保证准确无误。图5.2-4橡胶垫片布置平面图②为减少混凝土收缩徐变对结构产生的不利影响，要求预制板存放时间应大于6个月。预制板起吊前需先进行试吊保证吊装设备安全，且性能可靠。在吊装半径内不得有现场人员靠近，桥面板起吊位置离安装位置垂直距离小于0.5m时施工人员方可靠近。③预制板起吊时，采用四点起吊，起吊时需缓慢进行，并保证四个吊点均匀受力，可采用吊架，如用绳索起吊，则起吊索与预制板水平面的夹角不宜小于45°。吊装预制桥面板时，应轻起轻落，不得受到碰撞，尤其注意保护预制桥面板边缘剪力键。（2）起吊安装采用桥面吊机进行起吊安装，施工时先行安装B板，待B板安装完成后再吊装远离起吊端的A板，最后再吊装近端的A板。根据现场工期安排，汽车吊可在已安装完成B板区域辅助安装A、C类桥面板。吊装采用钓鱼法进行施工，因桥面吊机最小工作幅度为7m，最大安装半径21m，主桁预留两块桥面板暂不安装，桥面吊机边退边吊装，整体呈“U”安装形式。桥面板安装前，在钢梁上相应位置四周安装人行通道和操作平台，桥面板运输至栈桥对应安装位置后由桥面吊机起吊至钢桁梁安装点，测量将安装点位放样后由桥面吊机辅以人工将桥面板下放并准确安装至控制点位。图5.2-5桥面板安装示意图6材料与设备6.1材料本工法主要材料如下表：表6.1-1主要材料表序号材料名称规格主要技术指标备注1钢板t=8Q235-B2钢板t=14Q235-B3钢筋Φ22、Φ20HRB4004橡胶垫片t=30氯丁支座橡胶5镀锌钢板t=8/16Q235-B预埋钢板6.2机具本工法所需机械设备如下表：表6.2-1主要设备表序号机械或设备名称型号及规格备注1汽车吊180t桥机拼装2汽车吊50t辅助3桥面吊机WD70D/70E3#~S4#/S17#~S19#WD55DS14#~S17#WD40DS4#~S14#4焊机CO25运输车100t6泵车46m7砼运输车10m38钢筋调直机GTJ4-149钢筋弯曲机GW6-4010钢筋切断机GJ-4011交流电焊机B×3-5012闪光对焊机Un-15013全站仪ZT-8014水准仪DS315插入式振捣器50mm7质量控制7.0.1《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-20117.0.2《城市桥梁工程施工与质量验收规范》CJJ2-20087.0.3《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013，7.0.4《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）7.0.5《钢结构设计规范》（GB50017－2003）7.0.6其他相关标准、规范8安全措施8.0.1起吊设备的支腿支撑、工作半径、吊装重量等进行监控；8.0.2所有进入水上施工人员配置救生衣，施工范围内配置足够的救生圈等应急物资；8.0.3浇筑砼时，要有专职安全员看护，配置有专业工种进行监护并及时处理，在有可能出现事故前及时发现并及时处理，将安全隐患消除在萌芽状态前；8.0.4高空作业时必须设置外挂安全防护网；8.0.5高处作业前，应检查作业点行走和站立处的脚手板、临空处的栏杆或安全网及上、下梯子，确认符合安全规定后，方可进行作业；8.0.6作业完毕要认真检查水上平台和船舶安全情况，夜间通航情况，确保万无一失，切断电源后方可离岗；8.0.7现场配备的焊机、砂轮机等用电机械设备，必须有可靠的安全接地及防护装置。8.0.8夜间施工要保证足够的照明，要充分考虑水上作业困难，也要保证夜间通航安全；8.0.9在划定的施工水域边缘设立警戒灯浮，防止过往船舶闯入施工作业区,造成意外的伤亡事故；8.0.10施工前由主办技术工程师进行详尽的安全技术交底，使抛填操作人员了解施工情况及水域情况。指挥人员要照章办事，根据天气、江水状况及时收船避风。9环保措施9.0.1遵守国家有关环境保护、控制环境污染的规定，采取必要的措施防止施工中的燃料、油、污水、废料和垃圾等有害物质对环境的污染，防止扬尘、汽油等物质对环境空气的污染，防止噪声对环境的污染，把施工对环境、空气和居民生活的影响减少到法规允许的范围内。9.0.2对施工人员加强《野生动物保护法》、《渔业法》等法律法规的学习，提高其生