BIM技术在高速铁路特大桥施工中的应用

■ 于安文

0 引言

高速铁路作为我国交通运输的大动脉，对于国民经济发展和国计民生有着十分重要的意义。近年来，BIM技术、大数据、云计算、物联网、3D打印等新技术逐步兴起，我国部分高速铁路项目也开始尝试不同深度的BIM应用[1]。新建郑万铁路河南段站前7标（ZWZQ-7标）工程为典型线性工程，其连续梁-拱上跨南水北调中线干渠控制性工程具有施工工艺复杂、工期控制难度大、绿色环保要求高等特点，给项目施工与管理带来考验。利用BIM技术辅助施工，可提高项目的技术、质量、安全等综合管控水平，按期完成施工[2-3]。

Z W Z Q-7标工程位于河南省南阳市境内，标段起于方城站，途经方城县清河乡、赵河镇，社旗县桥头镇，南阳市宛城区红泥湾镇3县区4乡镇。标段起讫里程DK227+778．385—DK265+420．14，正线长度37．642 km，含路基、桥涵、无砟轨道等站前线下工程。项目特殊结构众多，主要包括：（48+80+48）m、（60+100+60）m三跨连续梁；1-（74+160+74）m连续梁-拱；1-80 m系杆拱。其中，1-（74+160+74）m连续梁-拱于DK244+327．1—440．7处跨越南水北调中线工程，被列为本项目控制性工程。

1 BIM实施策划

项目根据施工工艺要求制定详细的BIM实施策划方案。BIM应用范围为426#—481#墩上下部结构，包含1座（74+160+74）m连续梁-拱、1座（60+100+60）m连续梁，其他为简支箱梁。项目从技术和管理2个维度展开BIM应用：（1）技术层面。利用建模软件解决2#拌合站及赵河钢筋加工场三维场布、构件工程量审核、复杂构件钢筋三维可视化、钢筋深化设计出图指导施工、金属波纹管孔道及钢筋碰撞检测、预应力筋断面相对坐标提取交底等问题。其应用旨在最大程度消除技术差错造成的返工风险。（2）管理层面。进度管理是整个BIM实施应用的核心，以广联达BIM5D质量安全模块为辅助应用，同时初步探索商务应用，为企业成本预算打下坚实基础。其应用旨在最大程度降低因进度、质量、安全可能带给工程的风险，并实现项目创效、保证企业收益。项目BIM实施策划见图1。

2 BIM实施应用流程

组建人员配置与项目实施相适应的BIM团队；选择Revit建立各类混凝土构件，以Navaisworks和Fuzor两款方案优化软件作为实施基础，以广联达BIM5D作为实施核心平台。具体BIM实施应用流程见图2。

图1 项目BIM实施策划

图2 BIM实施应用流程

2.1 建模技术应用

首先进行图纸初审，制定统一的建模标准和命名规则，消除后期BIM模型不匹配现象，以避免修正BIM模型耗时长、BIM模型建模精度不高影响BIM5D应用。建模过程中，做好图纸问题统计，并就发现的各类问题进行汇总。可能存在的问题包括：临建工程场布不合理、各类型构件混凝土数量存在偏差、钢筋排布不合理、钢筋根数不足、钢筋规格型号错误、钢筋保护层存在计算偏差、预应力钢束与构件钢筋交叉占位现象严重、竖向预应力张拉槽口与顶板钢筋碰撞等。对统计的问题逐一进行回复，不能回复的提请项目工程部，由工程部负责向设计院提出设计反馈并予以答疑。在（60+100+60）m连续梁建模过程中发现，0#块建模475．04 m3，而通用设计图0#块建模354．37 m3，两者相差120．67 m3，而在已完成的0#块混凝土报量上也印证了这一点。

（74+160+74）m连续梁-拱节块钢筋和金属波纹管最为密集，存在较多交叉。仅K3和K3'腹板钢束F7与各型号钢筋累计交叉碰撞就达245次。采用BIM技术开展构件碰撞检测，在施工前就可直观反映碰撞结果（见图3），在确保腹板钢束F7孔道坐标位置不变的情况下，既适当挪动钢筋，又保证保护层避免碰撞。

图3 BIM技术开展构件碰撞检测

（74+160+74）m连续梁如果采用通用图，仅能提供纵向钢束4个控制断面的相对坐标，不能出具各节块分界线处的相对坐标。在预应力金属波纹管孔道定位时，需根据各节块分界线处的孔道相对坐标实现定位。以往常规作法是利用AutoCAD绘制连续梁的全部纵向坐标，再分别绘制连续梁各节块的控制断面，计算推断控制断面相对坐标，根据推断结果绘制连续梁节块坐标断面图。此方法绘制速度慢、复核时间长且易出错，而钢束孔道坐标的定位精度，在很大程度上影响施加的有效预应力，因此需采用BIM技术解决该问题。根据设计图提供的连续梁钢束坐标，利用Revit自适应公制常规模型模块，分别建立各纵向钢束的族模型并按图纸标识编号。所有族模型建立并复核无误后，载入连续梁项目选项卡进行模型整合。利用Revit强大的任意剖面功能，随时随地准确提取任意断面、任意位置的孔道相对坐标（见图4）。

复杂构件钢筋识图下料和正确安装排布一直是困扰一线技术人员的难题。二维图纸给出的剖面图、断面图等很难直观判别，而连续梁节块钢筋又极密集，尤其在底板倒角、拱肋吊杆横梁与连续梁交叉处。通过BIM技术钢筋建模翻样出图指导施工，利用Revit按构件钢筋图分别通过放样功能建立钢筋族库并编号，检查无误后载入连续梁模型，对钢筋模型进行检验（见图5）。钢筋模型检验无误后，组织全体技术人员与班组长钢筋工在BIM技术室内进行三维可视化钢筋交底，并现场解答钢筋各类疑问；随后钢筋模型导出，出图指导施工。

2.2 施工过程管理应用

2.2.1 进度管理

从线路分布情况看，高速铁路线性工程属于典型的“细长条带”状，点多面广。由于线性工程作业工点分散，不如段性工程易集中组织施工，只能采取流水施工作业，充分利用作业面。桩基、承台、桥墩、连续梁构件体量大，各工点一次性投入作业人员和施工机具的耗费巨大，在现有施工要素配置下，一旦出现工期不可控，会给项目带来很大风险。合理的工期安排应符合“S”形曲线，遵循“前期资金投入少、中期资金投入最大、后期资金投入较少”原则。不少项目未遵循此原则，导致前期资金投入少或投入过大、中期投入偏少、后期投入剧增，甚至施工资源成倍增加，对项目和企业成本控制极为不利。在工期编制方面，传统采用的Excel虽能直观表达构件开始与结束时间，但仅表达相邻工序或构件间逻辑关系，无法表达不同工序间逻辑关系，局限性较大。

针对以上问题，项目按业主给予节点倒排工期，细化分解至各具体构件，利用Project编排工期计划，编排时注意检查构件工序间逻辑关系是否正确。导入BIM5D平台后，根据每天进度及时录入数据，系统据此计算出当前时间标尺下整个工点最后一道工序预计开始和完成时间，直观判断实际进度和计划进度的相对关系。同时，系统内置进度方案模拟功能[4-5]，通过不同颜色标识，以动画播放方式显示构件进度状态，直接从纸面化转变为可视化，方便管理层把握当前进度。

图4 中跨9块预应力孔道相对坐标

图5 BIM技术钢筋建模翻样

通过BIM5D资源曲线功能按计划推进，以月为基本单位，将完成混凝土数量的任务拆分至各月。根据实际进度信息的录入，系统自动生成实际每月混凝土用量的资源分配。物资部门可根据资源趋势曲线图，灵活掌握混凝土用量信息，根据此类信息由项目工地试验室按不同标号混凝土分别推算水泥、砂石、外加剂的用量。物资部门根据试验室提供的配比准确备料，有针对性地规避价格浮动因素的影响。BIM5D资源曲线见图6。

2.2.2 质量安全管理

通过引入BIM5D移动端，现场质量安全管理人员只需按照流程（见图7），利用手机APP发起整改通知，明确责任人、参与人，确定整改时间；整改人按推送问题要求，及时整改并报请验收；发起人赶赴现场实地拍照验收，整改完成，至此结束整个流程。质量安全管理模块加强了内部管控手段，按照权限实现数据共享；其应用增强了现场质量、安全管控的意识，实现了降低风险的隐形效益。

图6 BIM5D资源曲线

图7 质量安全管理流程

3 结束语

BIM应用是一个长期的过程，需要铁路行业慎重研究思考，BIM应用顶层规划设计尤为重要。随着国家基础设施投资力度不断加大，BIM技术在高速铁路领域的应用大有可为，“BIM+”对企业的作用也将愈发明显[6]。

通过BIM技术在ZWZQ-7标特大桥施工中的应用，提高了企业综合管理水平，实现了管理手段多元化；探索了铁路专业与项目及企业自身特点相适应的BIM应用模式；加大BIM人才库建设力度，为BIM持续应用打下坚实的基础。其中，BIM技术的三维应用有效解决了长期困扰一线技术人员的各类难题；进度管理模块的应用使管理层的纠偏措施比以往更具抓手和针对性；质量安全管理模块的应用消除了大量风险隐患。经测算，该应用取得了明显的经济效益和社会效益，提高了项目的风险规避能力。