◎ 肖春文 中铁七局集团有限公司

近年来，随着我国桥梁建设事业的迅猛发展，一大批结构新颖、技术复杂、施工难度大的地标性桥梁相继落成。相较于其他桥梁形式，斜拉桥因具有造型优美、技术先进、跨越水域宽等优点正逐渐成为现代城市建设中最受各方青睐的结构形式之一。但其施工过程中，常伴随着索导管定位不准确、巨型构件安装难度大、施工工艺复杂程度高等问题，稍有不慎会引起构件间的碰撞，轻则延误工期，重则引发质量安全事故。

BIM（Building Information Modeling，简称BIM，译为建筑信息模型）技术作为建筑产业信息化的重要组成部分，正引起整个行业生产方式发生重大变革。目前，BIM技术在斜拉桥施工中也有一定的应用。例如，宋福春等以永川长江大桥为背景工程，研究了BIM技术在大跨度斜拉桥设计中的应用，以减少斜拉桥施工图设计时繁琐的工作量。于艺林等在东洲湘江大桥索塔施工中，成功探索出以BIM为核心的矮塔斜拉桥施工工法，实现了缩短工期、降低造价的目标。王伟涛以广西省贵港市西南大桥为依托，将BIM与施工控制信息相结合，开展了BIM技术在斜拉桥施工信息管理中的应用研究。刘广福为满足黑龙江大桥顶推施工监测管理的需求，基于BIM进行了斜拉桥顶推施工监测系统的研究，最终实现BIM技术的成功应用。张鹏飞等为实现高速铁路大跨斜拉桥智能化算量，研发出基于Revit平台的工程算量系统，并给出了符合BIM计量规则的工程量清单。

分析现有研究发现，BIM凭借独特的技术优势正逐步应用在各类斜拉桥工程实践中，但在具体应用过程中仍存在一定问题。为进一步加大应用力度，发掘BIM的应用价值，本文依托于广东省韶关市江湾大桥工程，以BIM技术为核心，深入探索基于BIM的多曲面圆拱形单塔斜拉桥施工工艺，以期为今后同类桥梁建设提供借鉴作用。

1.项目概况

1.1 项目简介

韶关市江湾大桥为单塔双索面钢砼混合斜拉桥，全长1027m，主桥跨径组合为（33+102+183）m，索塔采用多曲面圆拱形截面，总高度109.5m，桥面以上高92m。主桥为非对称斜拉桥，北侧采用6对12根斜拉索，南侧采用13对26根斜拉索，斜拉索最长178m。大桥采用双向八车道的城市道路建设标准，设计时速60km/h，主跨结构为横断面44.5m的钢箱梁，长267.6m，单节最大起吊重量为352t，如图1所示。

1.2 项目难点分析

图1 江湾大桥概况

地质溶洞发育程度高。项目位于典型的地质断裂带即粤北串珠式溶洞地区，且溶洞发育程度高，因此在大桥桩基施工过程中极易遇到溶洞。根据勘察设计资料可知，遇到的最大单溶洞深度达17.9m，最大连续串珠溶洞更是达44.7m，施工风险较高。

（2）主塔线形控制难度大。江湾特大斜拉桥主塔采用多曲面圆拱形造型，曲线应用独具匠心，使主塔显得宏伟挺拔，自然美观，但施工工艺复杂、主塔线形控制难度大。

（3）施工工期紧。作为曲江大道控制性项目和韶关市重点项目，江湾大桥的迅速竣工对加快“三区融合”发展和沿线区域开发具有重要促进作用，因此项目建设任务重，工期紧。

综合项目难点分析可知，该项目属于大型公路桥梁建设项目，各桥梁构件的巨大体积会直接增加施工难度和管理难度，并对设计、施工、管理人员的相关工作提出更严峻挑战。同时，该项目施工工艺复杂，施工组织难度大，易造成工期拖延。为克服上述施工难题，保证多曲面圆拱形单塔斜拉桥建造的顺利推进，项目部决定引入BIM技术作为一种信息化管理手段对项目进行辅助管理。

表1 常见建模软件的对比分析

图2 构件族库制作

图3 全桥BIM模型构建过程

2.BIM模型建立

2.1 BIM软件选择

当前，常用BIM建模软件主要有Revit、Bentley、ArchiCAD、Tekla Crop.等。为便于选择出符合项目特点和项目实施难点的建模软件，对常用软件的优缺点进行梳理，如表1所示。

结合项目实施条件，经对比分析后，采用目前使用最广泛且相对易于操作的Revit、Naviswork等软件进行BIM模型的建立、处理及分析。

2.2 BIM模型搭建

江湾大桥的空间结构复杂，涉及空间曲线多，传统的CAD设计既很难将结构表达清晰，又易产生尺寸标注错误。因此，项目部各专业建模工程师在充分理解设计图纸的基础上，利用Revit软件构建三维可视化模型，以便对结构细节进行深化设计。首先，利用Revit软件的族库或体量建立桥梁各构件，如图2所示；其次，通过族样板选择、原点定义、参照平面布局等步骤分别整合桥梁的上部结构和下部结构；最后，通过引入地形模型以完成全桥模型的三维拼接，为后续BIM技术的应用奠定基石。整个模型构建的具体流程，如图3所示。

2.3 BIM模型碰撞检查

借助Naviswork软件对江湾大桥BIM模型进行专业化、可视化的碰撞检查，具体检查思路和步骤，如图4所示。通过预先设置的碰撞准则，快速确定各构件碰撞点的相关信息，并将其及时提供给设计人员优化设计方案，调整碰撞点空间位置或结构形式，有效减少施工中的设计变更和返工现象的发生。此外，在设计人员处理完碰撞结果后，需重新对调整后的碰撞位置进行碰撞检查，直至确认该碰撞问题被彻底解决。如图5所示，主塔横梁在模拟碰撞检测时发现横向预应力锚具和主塔钢筋在空间上存在冲突。

3.BIM技术在斜拉桥施工中的关键应用

3.1 施工模拟优化

3.1.1 索导管安装优化

图4 碰撞检查基本步骤及思路

图5 预应力锚具和主塔钢筋的冲突显示

图6 索导管模型的切面分析

图7 钢筋整体绑扎优化

索导管定位安装是斜拉桥塔柱施工的控制性工程，直接决定整体施工进度和效率。常用的安装方法是：先在劲性骨架上初步定位索导管；然后利用三维坐标测量控制法在塔上进行二次精准定位；最后通过高空焊接作业将索导管完全固定于劲性骨架上。该安装方法施工效率低、安装精度差，难以满足江湾大桥施工进度快和定位精度高的基本要求。依据有关技术参数测算结果可知，江湾大桥塔柱的索导管内外切口位置偏差1cm，会引起主梁拉索位置偏差50～80cm。并且由于受到日照稳定、河面反射、塔身曲线斜率等多种因素影响，进一步加大索导管精准定位的难度。针对索导管定位安装难的工程现状，利用BIM技术对斜拉桥的主塔模型和索导管模型进行施工模拟，并对模拟后的BIM模型进行切面分析，实现索导管三维坐标与劲性骨架位置的精准匹配，以便准确计算出索导管在劲性骨架上的相对尺寸，如图6所示。

根据BIM软件分析结果，可直接选定劲性骨架的施工定位标注点，实现索导管预先在劲性骨架上精准放样，成功将高空三维测量作业转化为平面相对位置精确定位，极大改进了安装精度，保证总体误差控制在1mm内。同时，索导管和劲性骨架是在制作车间提前加工、组装完成后，运送到施工现场整体吊装至指定位置，经一定微调后即可快速固定。由此可见，优化后的索导管施工工艺可为项目进度的顺利推进提供可靠保障。

3.1.2 钢筋绑扎优化

江湾大桥主塔截面钢筋间距小、层数多，不仅易造成钢筋绑扎困难，施工效率低，也易在绑扎过程中出现与预埋件、波纹管冲突等情况。若无法在施工开始前及时发现、合理避让，后期易导致钢筋切割或返工。为提前解决钢筋绑扎过程中可能会出现的各种问题，项目部根据主塔形状的施工特点，利用BIM可视化的技术优势改进施工方案，合理调整钢筋的绑扎顺序及接头位置。尤其在作业空间较窄的横梁附近处，对横梁施工工艺进行优化，提前在钢筋厂焊接好主筋网片，再运送到施工现场进行整体拼装，如图7所示。

3.2 质量安全协同管理

针对斜拉桥施工中存在多种质量安全危害因素的工程现状，梳理出基于BIM技术的处理思路：借助BIM平台在整合数据、资源共享、信息反馈等方面的优势，可实时跟踪处理项目质量安全危害因素，采用手机、平板等移动端将现场收集数据共享至BIM云端数据库；后台终端操作人员对采集的质量安全问题进行责任划定后，通知相关责任人限期整改，并将整改结果上传到BIM平台，经确认整改合格后自动保存归档，为后续质量安全问题追溯提供参考资料。

基于上述工作思路，本项目质量安全巡检人员发现施工中的质量安全隐患后，及时拍摄现场照片上传BIM信息管理系统，并通过微信、QQ等交流工具联系相关责任人整改。重大质量安全问题须经项目经理、总工程师等管理层面的论证后，方可实施整改措施，如图8所示。如此不仅可保证质量安全问题的整改效率和执行力度，还能将质量安全责任划分明确，避免互相推诿。

3.3 可视化技术交底

采用传统的口头交流、卡片指引、文字叙述等方式进行关键技术的交底都较晦涩难懂，不利于现场施工人员深入理解施工方案中技术要点，交底预期效果差。特别是对于存在多处复杂节点的多曲面单塔斜拉桥，技术人员很难将二维图纸的全部信息简单、清晰、直观地传递给施工人员。因此，项目组利用BIM模型可视化的特点直接进行三维技术交底，可最大程度保证交底信息的准确性与完整性，避免信息传递过程中的丢失或失真；同时借助二维码技术将复杂节点的可视化技术交底视频保存到施工现场标识牌中，有助于现场技术人员随时随地扫描二维码，帮助施工人员及时准确了解关键节点的细节构造和施工工艺，纠正施工人员不当的施工行为，保证项目施工质量。

图8 质量安全协同管理框架

4.应用问题及策略分析

4.1 应用问题总结

将BIM技术与复杂桥梁的建设充分结合起来，是未来桥梁工程信息化发展的必然趋势。但目前BIM技术在复杂桥梁项目施工中的应用仍存在如下问题：

（1）BIM技术标准化不足。现阶段，我国有关BIM系统化、精细化的行业标准还不完善[11]。在桥梁建设领域内体现尤甚，如缺乏设计单位、施工单位、运维单位等参建各方统一的交付标准，造成难以实现BIM模型全寿命周期的应用和移交。

（2）技术人才需求缺口大。借助BIM技术推动桥梁工程建设向数字化转型过程中，亟需大量既有专业技能又了解智能建造技术的复合型人才，培养缺口大。

（3）技术理念的转变尚不充分。原有的二维平面设计理念在桥梁技术人员心中根深蒂固，对BIM技术理念的认可有待加强，仍存在较多技术人员仅将数字化BIM模型作为一种辅助工具使用，缺乏正确认识和深入了解，对BIM技术理念的认可有待加强。

4.2 应用策略分析

为更好促进我国桥梁工程的高质量发展，提升数字化建造水平，相关企业可制定有效策略，加快BIM技术在桥梁工程中的推广应用。

（1）加快明确桥梁领域统一的BIM编制、交付标准。促进BIM技术全面应用于桥梁工程的全寿命周期，充分挖掘BIM技术潜在的工程价值。

（2）完善BIM人才培养机制和团队建设。制定中长期BIM人才培养计划，组建专业化的BIM技术团队，为桥梁行业的信息化发展储备人才资源。

（3）加大BIM技术理念的推广。以推动行业发展为目标，促进各参与单位、各相关专业加大对BIM理念的探讨和交流，循序渐进地改变当前技术人员的设计习惯和应用思路。

5.结语

本文以广东省韶关市江湾大桥项目为背景工程，研究了BIM技术在多曲面圆拱形单塔斜拉桥施工中的应用。根据斜拉桥的形状特点和施工难点，在搭建BIM深化模型后，通过碰撞检查、施工模拟优化、质量安全协同管理、可视化技术交底等协调管理方法，成功提炼出基于BIM技术的多曲面单塔斜拉桥施工应用要点，并对BIM技术在复杂桥梁中的应用问题及策略进行了详细分析。研究结果表明：BIM作为一种信息化技术手段，不仅能有效降低多曲面圆拱形单塔斜拉桥的施工难度，保障工程进度和施工质量安全，还对提高企业工作效率和精细化管理水平具有重要意义，为实现桥梁领域高质量建造的发展奠定良好基础。