BIM技術(shù)下的裝配式橋梁工程建設(shè)
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【摘要】為了提升裝配式橋梁工程建設(shè)水平，論文以某工程為例，利用bim技術(shù)開發(fā)橋梁工程三維模型，將該模型與傳統(tǒng)二維模型的應(yīng)用效果進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)踐應(yīng)用結(jié)果表明，BIM技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高圖紙會(huì)審效率及準(zhǔn)確性，而且還可以為工程施工與維修的順利開展提供保障。
【關(guān)鍵詞】裝配式橋梁工程；BIM技術(shù)；信息化
1引言
隨著科學(xué)的快速發(fā)展，開啟了建筑信息化建設(shè)發(fā)展時(shí)代，通過構(gòu)建建筑模型，規(guī)劃建筑工程建設(shè)方案[1]。目前，應(yīng)用比較多的技術(shù)為BIM技術(shù)，利用此項(xiàng)技術(shù)可以打造可視化建筑模型，使得裝配式建筑構(gòu)件安裝更加專業(yè)化[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國越來越多的裝配式建筑工程項(xiàng)目規(guī)劃選擇BIM技術(shù)作為核心工具，提升了工程建設(shè)水平[3-4]。筆者以某裝配式橋梁工程為例，探究BIM技術(shù)在此類工程中的應(yīng)用方法，并分析應(yīng)用效果。
2項(xiàng)目概況
某裝配式橋梁工程建立在城市交通中心，東部與會(huì)昌路連接，西部與新世紀(jì)大橋連接，沿著興國路等線路敷設(shè)，橋梁總建設(shè)長度為4.2km，作為城市快速路。其中，主路部分采用高架方式敷設(shè)，避免與其他交通道路沖突。該項(xiàng)目最大跨度為60m，設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)跨度為30m，標(biāo)準(zhǔn)寬度為25m。為了滿足城市交通需求，盡可能避免工程建設(shè)對(duì)城市交通造成影響，本項(xiàng)目采用預(yù)制裝配式工藝施工。其中，項(xiàng)目樁基數(shù)量650，預(yù)制蓋梁141座，預(yù)制墩柱315根，預(yù)制小箱梁較多，數(shù)量為820片。
3裝配式橋梁工程信息化建設(shè)方案
裝配式橋梁工程建設(shè)工藝通過構(gòu)建橋梁模型，計(jì)算橋梁建設(shè)所需材料，更加精準(zhǔn)操作施工設(shè)備完成裝配式橋梁工程施工。實(shí)際上，此類工程建設(shè)質(zhì)量提升的關(guān)鍵在于工程模塊化建設(shè)，所以構(gòu)建橋梁工程模型顯得尤為重要。
3.1預(yù)制構(gòu)件的參數(shù)化模型
裝配式橋梁使用到的構(gòu)件類型較多，需要根據(jù)工程建設(shè)需求，對(duì)各個(gè)參數(shù)做出相應(yīng)調(diào)節(jié)，使得多類型構(gòu)件建立速度得以提升。關(guān)于參數(shù)化模型的建立，采用拼接方式建立敲標(biāo)段橋梁模型，作為項(xiàng)目施工管理基礎(chǔ)[5]。
3.2基于軟件開發(fā)的預(yù)制構(gòu)件
由于項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較雜亂，涉及的鋼筋型號(hào)較多，需要根據(jù)橋梁建設(shè)工程方案分別布設(shè)至不同位置。目前，大部分項(xiàng)目仍然采用人工管理方式，核算項(xiàng)目構(gòu)件，計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)信息，作為項(xiàng)目施工參考研究[6]。然而，這種管理方式不僅需要消耗大量的人力資源，而且還存在一定誤差。信息化時(shí)代的到來，打破了傳統(tǒng)裝配式橋梁工程預(yù)制構(gòu)件模式，引入BIM技術(shù)，通過創(chuàng)建鋼筋模型，觀察三維立體結(jié)構(gòu)模型中各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)分布特點(diǎn)，獲取橋梁施工重要信息。雖然當(dāng)前建立的鋼筋模型可以提高工程圖紙辨圖準(zhǔn)確性，但是工程軟件自身的設(shè)計(jì)應(yīng)用功能有限，加大了橋梁結(jié)構(gòu)中樁頭螺旋箍筋模型建立難度。為了解決此問題，本研究提出軟件二次開發(fā)利用，在當(dāng)前制作出的螺旋箍筋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用BIM技術(shù)采取可視化處理，降低模型建立難度，從而得到二次建模結(jié)果。例如，箍筋模型的二次建模，如圖1所示。近年來，BIM技術(shù)二次軟件開發(fā)在很多項(xiàng)目中有所應(yīng)用，大部分項(xiàng)目驗(yàn)收結(jié)果顯示，此項(xiàng)技術(shù)在裝配式橋梁工程中可以降低模型開發(fā)難度。
3.3橋梁結(jié)構(gòu)信息化模型
利用軟件二次開發(fā)橋梁模型，得到橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過開發(fā)各部分結(jié)構(gòu)模型，從而得到完整的橋梁信息化模型，如圖2所示。本項(xiàng)目使用到箱梁共計(jì)14跨，主要由腹板、橫梁頂板、底板、節(jié)點(diǎn)板、加勁板等多個(gè)組件構(gòu)成。由于箱梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為了提高橋梁穩(wěn)定性，必須提升各個(gè)鋼板之間焊接操作精準(zhǔn)度。考慮到現(xiàn)場施工可能出現(xiàn)誤差或者錯(cuò)誤操作等情況，利用BIM技術(shù)，建立鋼箱梁可視化模型，通過計(jì)算機(jī)顯示屏觀察各個(gè)部件裝配情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場施工的實(shí)時(shí)監(jiān)督。
4BIM技術(shù)在裝配式橋梁工程建設(shè)中的應(yīng)用
選取BIM技術(shù)為橋梁工程建設(shè)載體，構(gòu)建一體化建筑施工模型，以此提高橋梁工程建設(shè)效率。
4.1工程項(xiàng)目圖紙會(huì)審
橋梁工程建設(shè)實(shí)施中，首先需要確定項(xiàng)目圖紙是否正確可行，從而保證后續(xù)施工的順利推行。因此，對(duì)項(xiàng)目采取審閱是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)圖紙會(huì)審采用人工審核方式，通過人工識(shí)圖，修改工程圖紙。由于圖紙會(huì)審工作量較大，不僅給員工帶來了較大工作壓力，而且存在漏查等情況。為了避免此類問題的產(chǎn)生，利用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)三維立體橋梁模型，使得橋梁內(nèi)部構(gòu)件等相關(guān)信息更加直觀，將數(shù)據(jù)代入Midas等軟件，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)化審核圖紙方案，得到各個(gè)結(jié)構(gòu)的受力分析結(jié)果，從而快速審閱項(xiàng)目圖紙。例如，會(huì)審鋼結(jié)構(gòu)圖紙。利用BIM技術(shù)建立三維立體化鋼結(jié)構(gòu)模型，以項(xiàng)目施工合同中的鋼結(jié)構(gòu)施工要點(diǎn)作為依據(jù)，分析當(dāng)前設(shè)計(jì)的圖紙中各項(xiàng)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)是否符合項(xiàng)目施工要求。其中，鋼結(jié)構(gòu)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)受力是分析的重點(diǎn)。利用Navisworks分析數(shù)據(jù)，按照工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置誤差允許范圍，通過計(jì)算受力等參數(shù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)對(duì)比分析，確定圖紙施工可行性。另外，立體化模型還可以更好的展示橋梁結(jié)構(gòu)，各個(gè)構(gòu)件所處位置及使用量均可以顯示出來。所以，借助立體化模型可以得到各個(gè)構(gòu)件數(shù)量信息，與工程構(gòu)件清單進(jìn)行比對(duì)，準(zhǔn)確完成工程構(gòu)件清單核對(duì)工作。
4.2可視化模型的構(gòu)建
構(gòu)件拼裝和預(yù)制是裝配式橋梁工程施工的核心，為了順利完成這些工作，提高操作精準(zhǔn)度，提高了橋梁施工工藝要求。以往采用的交底作業(yè)方式已經(jīng)無法滿足工程施工質(zhì)量要求，需要將二維圖形轉(zhuǎn)化為三維立體圖形。由于BIM技術(shù)具有可視化功能，所以選取此項(xiàng)技術(shù)作為裝配式橋梁工程實(shí)施核心工具，針對(duì)工程施工流程中的控制要點(diǎn)和施工難點(diǎn)進(jìn)行模擬，利用AR技術(shù)打造可視化橋梁模型，從而為現(xiàn)場作業(yè)提供更加清晰的橋梁結(jié)構(gòu)圖。如圖3所示為基于AR技術(shù)的可視化橋梁模型。圖3中左側(cè)圖為傳統(tǒng)二維技術(shù)構(gòu)建的橋梁模型，右側(cè)圖為AR技術(shù)打造的橋梁模型，具有可視化功能，對(duì)比兩圖特點(diǎn)可知，可視化橋梁模型更加清晰，可以作為此類橋梁工程施工參考依據(jù)。
4.3基于BIM的裝配式橋梁工程建設(shè)優(yōu)化方案
BIM技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)軟件打造可視化圖形的現(xiàn)代化技術(shù)，主要用于設(shè)計(jì)階段，依據(jù)工程建設(shè)需求，構(gòu)建可視化模型，使得工程設(shè)計(jì)更加專業(yè)化。本文利用此項(xiàng)技術(shù)對(duì)場地布置進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建橋梁工程模板可視化結(jié)構(gòu)模型，模擬施工工序，從而達(dá)到優(yōu)化橋梁工程建設(shè)方案的目的。1）優(yōu)化場地布置方案利用BIM技術(shù)可以建立三維橋梁結(jié)構(gòu)，經(jīng)過圖紙會(huì)審、構(gòu)件清單核對(duì)等一系列審核工作的開展，確定此方案無誤后，可以通過此項(xiàng)技術(shù)直接輸出二維施工圖。此圖中可以顯示出施工場地各個(gè)位置需要建設(shè)的建筑信息，得到平面圖紙，該圖紙作為橋梁施工的參考依據(jù)。通過觀察圖中工程建筑布局，掌握工程場地布置整體情況，根據(jù)施工需求及時(shí)調(diào)整。2）構(gòu)建橋梁預(yù)制構(gòu)件模板可視化結(jié)構(gòu)模型在設(shè)計(jì)模型時(shí)，為了滿足混凝土澆筑要求，以500mm為間隔距離布設(shè)龍骨，使得澆筑更加嚴(yán)密?？紤]到構(gòu)件模板之間存在縫隙，利用螺栓連接兩個(gè)相鄰的龍骨，從而減少模板之間縫隙。由于龍骨長期作業(yè)會(huì)因磨損發(fā)生形變，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，利用BIM技術(shù)分析各個(gè)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的受力情況，如果發(fā)現(xiàn)當(dāng)前龍骨穩(wěn)定性較低，可以采取加裝鋼塊方式進(jìn)行處理，使得結(jié)構(gòu)耐受力有所提升。3）模擬橋梁工程施工工序由于橋梁工程施工較為復(fù)雜，為了盡可能降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)，從工程施工工序?qū)用娉霭l(fā)，利用BIM技術(shù)模擬工序。通過觀察三維模型中當(dāng)前工序設(shè)計(jì)方案的實(shí)施效果，挖掘工序方案中存在的問題，并及時(shí)改進(jìn)。4）應(yīng)用效果分析此次應(yīng)用分析以工程圖紙會(huì)審、工程施工與維修作為指標(biāo)，將該模型與傳統(tǒng)二維模型的應(yīng)用效果進(jìn)行對(duì)比分析，從而判斷本研究提出的工程模型在裝配式橋梁工程中應(yīng)用更具優(yōu)勢。統(tǒng)計(jì)應(yīng)用結(jié)果，如表1所示。綜合對(duì)比表1中傳統(tǒng)橋梁工程模型和BIM技術(shù)工程模型的應(yīng)用效果可知，BIM技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢更大。
5結(jié)語
本文圍繞裝配式橋梁工程模型建立問題展開研究，選取BIM技術(shù)作為研究工具，提出可視化模型構(gòu)建研究內(nèi)容。本次研究借助計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)建工程模型，通過軟件二次開發(fā)，充分發(fā)揮工程模型作用。應(yīng)用結(jié)果表明，BIM技術(shù)的應(yīng)用支持工程工序準(zhǔn)確模擬，有助于裝配式橋梁工程建設(shè)質(zhì)量的提升。
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作者：夏超 單位：中國市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司