桥梁工程施工技术变革的力量

　　——巴更大桥工程的BIM应用实践

　　BIM（建筑信息模型）作为一种先进的信息化手段，近年来在国内外的影响越来越广泛。最近几年，BIM在我国房屋建筑项目中的成功应用案例越来越多，取得了良好的经济和社会效益，但在桥梁工程项目中的应用尚处于探索阶段。中冶天工集团天津有限公司（以下简称中冶天工天津公司）在广西百靖巴更大桥高速公路项目中成功应用BIM技术，为相关单位积累了很好的经验。

　　开辟复杂工程实施的新思路

　　桥梁工程是交通枢纽工程土建工程的重要分支，桥梁是构成公共交通系统的重要组成部分。桥梁承受行车荷载、受力复杂，在结构上异形构件多，在施工过程中易受复杂环境条件制约，大量设计需要在施工阶段进行二次深化设计。因此，挖掘BIM技术在桥梁施工领域的深入应用，建立基于BIM技术的项目管理信息整合与发布平台，推行基于网络协同的施工生产组织新模式，避免施工管理过度依赖现场管理人员个人的经验和能力，对于改善传统桥梁施工管理粗放无序、施工随意性大的现状非常有利。

　　巴更大桥是广西百靖高速公路全线唯一一座跨越既有铁路线的桥梁，地处碎屑岩区，沿线多为峰丛洼地，地质条件复杂，综合施工难度极大。桥梁主跨跨越德田铁路线，铁路通行对悬浇段施工造成干扰。施工场地狭窄，桥梁预制场地布置困难，T梁预制和架设施工都无法按照常规方法组织实施。

　　值得一提的是，广西百靖高速公路是响应国家西部大开发战略，大力发展西南纵深山区基础设施建设而修建的，是广西地区“四纵六横三支线”高速公路网的重要组成部分，对改善革命老区交通条件，增进区域经济合作往来具有重要战略意义。

　　按照规划，巴更大桥要支持100公里/小时的车速，荷载为公路Ⅰ级，整体桥宽为12.75米，全桥分为5联，还要跨铁路段施工。巴更大桥全桥所需混凝土量约2.2万立方米，钢筋总量约为3500吨，土石方开挖量约6200立方米。桥梁施工过程结构体系转换多、桥梁施工步骤多、质量控制因素多、控制难度大。

　　为了更好、更高效完成组织巴更大桥的施工工作，作为承建方中冶天工天津公司决定在巴更大桥建设施工管理中引进BIM解决方案，推行以BIM为核心的综合项目管理方法。

　　经过比选，中冶天工天津公司决定采用Bentley公司的BIM解决方案。该方案以ProjectWise作为协同和数据管理平台，以MicroStation作为基础设计平台，并采用AECOsim Building Designer、BridgeMaster和Geopak等专业模块以建立模型，采用Navigator软件进行模型发布和碰撞检查。

　　巴更大桥建设过程中，中冶天工天津公司很大程度上变革了传统的项目部人员组织架构和工作流程，除了设置负责工程施工管理实施的工程管理项目经理之外，还设置负责BIM技术在本项目施工管理过程中的开展和应用的BIM技术应用经理一名，并增设BIM小组作为“四部二室”的连接纽带。传统的“四部二室”为执行层，提出施工管理和BIM技术应用需求；BIM小组则为“四部二室”进行施工管理提供必要数据。

　　中冶天工天津公司在ProjectWise平台中建立项目管理信息数据库，并随着施工的推进建立施工过程管理档案，实现施工过程的动态管理。在项目施工前，项目组的BIM人员在施工前完成巴更大桥信息模型的搭建，并且在施工过程中不断录入施工过程追溯性信息。业主、监理、设计院、施工单位可在PW平台随时查看、处理权限允许范围内的项目进度、施工情况、信息反馈等。

　　关注四项重要的深化设计

　　在巴更大桥施工的BIM实践中，有几个重要的深化设计是决定项目整体效果好坏的关键：

　　第一，T梁模板设计。巴更大桥主桥采用预应力钢筋混凝土T型梁。T型梁制作精度要求高，且横截面形式多变。综合多方面考虑，公司决定采用定型钢模板制作T梁，采用多段式方式拼接钢模板。为了方便横坡的调整，采用可调整的支撑螺杆来调整翼缘板的坡度。考虑到T梁制作工艺的重要性，为了保证施工质量，中冶天工天津公司项目组采用MicroStation对T梁定型钢模板进行深化设计，建立面板、背筋槽钢、模板支架、横坡调整支撑螺杆和横隔板等的构建模型，从而保障模型精准、结构合理，减少制作误差。

　　第二，T梁提升站结构设计。山区的T梁运输是本工程的施工难点之一。由于地形复杂，常规运输车辆无法运梁，因此决定在梁场与桥梁墩柱之间设立一种垂直运梁的提升站来运输T梁。提升站的方案设计由AECOsim软件完成。提升站的主体架构用钢结构拼装而成，这些钢结构先由AECOsim软件进行模块设计，因此在施工时可以方便、快捷地调取钢结构材料构件，还可以自定义添加特殊的节点构件。通过方案模拟，项目组在方案设计阶段发现提升架的宽度宽于梁板吊装孔的宽度，无法正常施工。为了解决这个问题，BIM人员利用AECOsim软件在T梁两端添加用于垂直起吊的提梁扁担。通过精细化建模，以及动画模拟钢丝绳穿过吊装孔、牢牢套住T梁的两端，并将钢丝绳两端与钢扁担连接、插销子固定的施工过程，确保T梁平稳提升。

　　第三，安全防护设计。巴更大桥要跨铁路线，要采用悬浇施工法。悬浇段0#块施工时，施工高度距离地面30多米，安全施工是确保工程顺利进行的前提条件。因此采用三维建模手段为0#块合理设计了施工平台和防护栏杆、临时施工楼梯的空间布局，并验算符合安全要求。不仅如此，为了避免对巴更大桥所跨越的铁路线上的列车行驶造成干扰，以及避免铁路接触网高压电压（2.75万伏）对挂篮施工造成影响，确保通车和施工安全，BIM人员在跨线区域设计了沿铁路线的安全防护棚，对铁路线采取封闭式防护措施。防护棚采用混凝土基础、钢管支撑柱，顶棚采用绝缘材料，充分保障了施工和通行安全。

　　第四，施工工序模拟。为保证工程质量，中冶天工天津公司利用MicroStation软件的三维可视化功能对重要的T梁制作工艺和架桥机梁施工进行三维动画模拟。MicroStation提供了一套完整的动画编辑器，通过简单的操作可以实现动画制作效果。动画编辑完成后，可通过软件的输出功能，直接输出视频，还可渲染输出图片序列，通过第三方软件生成视频效果。

　　转变传统管理模式

　　BIM解决方案可以为项目提供优化的设计解决方案，转变了传统的管理模式，提高了项目施工效率，节约了大量施工成本。仅在巴更大桥T梁垂直提升架设一项上，采用BIM解决方案就节约了资金65万元，缩短工期56天。具体来说，BIM解决方案对于巴更大桥的设计施工带来以下的价值：

　　第一，优化设计方案。由于巴更大桥所处的地理特征原因，施工现场各类设施布置十分困难。为此，利用三维数字地面模型进行施工总平面布置，设计多套布置方案，根据现场地形情况和方案比选结果确定在桥梁1#墩～7#墩左侧设置预制梁场，在桥梁10#～14#墩右侧设置项目部办公大临区、钢筋加工场和木工棚。这种布置方案成本最低，且易于实施，还可减少耕地面积占用。

　　第二，精确量算，降低施工成本。团队采用BridgeMaster软件建立了巴更大桥的信息模型，并且基于信息模型对材料进行精确控制，减少浪费。系统还可以快速提取、输出工程量清单。工程量清单涵盖工程量、供货方、施工方、进场日期、施工日期和材料型号等重要信息，有助于项目风险管理、外包采购管理和沟通协调管理等。

　　第三，保证高效的协同作业。在巴更大桥施工中，项目部借助ProjectWise平台与各个项目参与方进行协同作业，从而大幅提高项目施工效率和质量。ProjectWise平台的优势在于“一个模型，各方通用”，各个项目参建方在权限范围内可实时调用发布在ProjectWise平台的实时工程信息。施工员可以很方便地利用手机、iPad等便携设备现场调用模型，查阅施工信息，而不必翻阅繁琐的施工图纸。

　　第四，实现施工过程的动态管理，为质量问题追溯提供支持。ProjectWise平台中的工程信息是全面、实时的。BIM人员利用模型超链接功能，对钢筋和混凝土批次、施工时间、工序验收信息等重要信息进行二次录入，对每一个施工部位进行标签化管理，建立构件施工过程管理档案，实现施工过程动态管理。这使得每个施工环节都可以追溯。如果施工出现质量问题，可以方便地查找、分析原因，切实提高施工质量。

　　第五，通过三维施工模拟实现从纸面交底和三维交底的转变，从而使得交底内容更加丰富、直观，从而让不同作业层均可明确质量控制要点，合理安排工序。施工工序模拟能提前预演施工方案的可行性，有效控制施工进度，提出改进措施。

　　■中冶天工集团天津有限公司 王全 常浩宇 刘宝生 王海量