杜亮

（西安铁路局，陕西 西安 710054）

BIM技术在洋县汉江特大桥施工管理中的应用

杜亮

（西安铁路局，陕西 西安 710054）

近年来，随着信息技术的发展，运用BIM技术已成为铁路桥梁工程领域未来发展的潮流与趋势，并日益成为施工企业转型升级的重要手段之一。为更好的实现工程项目精细化管理，基于洋县汉江特大桥项目，建立了与施工现场数据相吻合的桥梁BIM精细化模型、符合施工工艺工法的模型库。通过数字信息化模拟仿真技术，进行了基于BIM技术在洋县汉江特大桥节段梁拼装施工、连续梁悬灌转体施工、预应力管道安装施工及预应力钢束张拉施工的仿真模拟，从而更好地指导桥梁复杂工艺的施工。并基于C#技术，进行了洋县汉江特大桥BIM施工管理的二次开发，提高项目参与方的协同工作效率。实践证明，通过BIM技术的应用，大大提高了铁路桥梁各参与方的协同工作效率，并取得了良好的管理效果和经济效益。

铁路桥梁；BIM；转体施工；管理平台；施工优化

铁路桥梁施工是高度动态的过程，尤其是桥梁工程项目的建设不仅涉及到复杂的地理环境，而且涉及施工工期紧、施工工艺复杂、安全质量事故多发的特点，因此对施工管理提出了更高的要求；其次，由于传统的二维施工图纸有很大的局限性，一方面无法直观的反应设计者的设计意图，另一方面，桥梁空间结构的错漏碰问题通过二维图纸难以得到有效控制，这些问题的出现不但影响了施工进度、施工质量、施工安全，而且造成施工成本的增加。

近年来，随着 BIM（Building Information Modeling即建筑信息模型）技术的兴起，由于其能够很好地解决工程施工中存在的工期延误、成本增加、协调沟通不便、质量安全等问题，其影响力不断增加。目前，BIM技术已在建筑工程领域取得了广泛的应用并得到高度认可，如上海迪士尼、腾讯总部大楼、香港理工大学创新楼等。在铁路桥梁上的应用虽然已经有了尝试性的探索，但是针对铁路桥梁施工管理阶段的应用仍未得到很好的发展。运用BIM技术是铁路桥梁工程领域未来发展的潮流与趋势，并日益成为施工企业转型升级的重要手段之一。如何进一步发掘与深化BIM技术在桥梁施工阶段的应用，使其在提高施工效率，节约时间与成本，使施工质量安全得到有效把控等方面起到应有的作用，是一个很有必要解决的问题。

在洋县汉江特大桥施工管理中，中铁十四局配合建设单位，积极引入BIM技术，建立洋县汉江特大桥BIM精细化信息模型，通过施工模拟仿真技术，对洋县汉江特大桥关键施工工艺进行模拟仿真，不但可以指导施工人员进行施工，而且为铁路桥梁施工创新发展提供了突破口；进行适合铁路桥梁BIM施工管理平台的二次开发，搭建适用于项目各参建方的协同管理的平台，对项目材料消耗、实时进度、质量安全、物资储备进行全程动态管理，提高工程建设的集成化程度，提升科学决策与管理水平[1-3]。

1 工程概况

洋县汉江特大桥位于陕西省洋县境内，该桥为跨越汉江、西汉高速及国道108而设，桥梁全长1409.42m，梁体结构为“T梁+节段拼装梁+连续梁”。其中 （40+64+40）m连续梁为跨越乡村道路与西汉高速而设，梁体采用变高度变截面箱梁，一连总长145.2m，采用先悬灌后转体的施工方法，63m节段拼装梁为等高梁，采用可移动支架造桥机施工。连续梁施工不但是制约洋县汉江特大桥施工节点计划的关键因素，同时也是监理与业主方重点抓控的施工技术内容。

2 工程实施难点

2.1 施工环境复杂

由于洋县汉江特大桥同时跨越汉江、108国道、

西汉高速及乡村道路，并且面临既有铁路线正常通车的压力，客观上为桥梁的施工管理、施工方法提出了较高的要求。一方面，大型吊装机械设备作业安全范围有限，操作不便，施工难度大；另一方面，为保证原有道路与铁路线的正常通车，以及保证施工顺利进行和施工的安全性，必须针对该桥梁制定相应的施工方案，因此为跨越西汉高速而采用的连续梁悬灌转体施工为本工程的难点之一。面对全新的施工环境，如何有效的把控施工工期，控制施工成本，减少安全事故的发生是项目管理的重中之重。

2.2 预制构件多，结构设计复杂

在洋县汉江特大桥中涉及大量的混凝土预制构件，构件的预制均在预制场中生产，因此对预制件的生产和施工存在以下几点潜在因素：一是对预制构件的生产尺寸提出了严格的要求，现场吊装过程中一旦出现尺寸不匹配的问题，将会造成施工工期的延误与施工成本的增加；二是该工程中需要使用多种复杂的施工工艺，如波纹管临时安装施工工艺、构件连接处配筋连接、预埋件的安装等，传统上基于二维施工图纸的技术交底很容易由于理解不当造成施工的返工、工期的延误[4]；三是预制构件的运输与吊装，如何采取最优的运输方案，准确判定大型机械设备的安全作业范围，都是制约施工进度、施工质量与施工安全的重要因素。

2.3 工期紧、任务重、难度大

客观上，洋县汉江特大桥14～18号墩位于汉江流域内，必须赶在每年汛期来临之前完成其下部结构（桩基、承台、墩身等）施工，否则将严重影响施工工期，造成施工成本的增加。主观上，由于施工工期紧，而且该桥属于阳安新增二线工程，涉及相关单位多、沟通不便、任务重、难度大等因素，那么如何按工期节点，保质保量顺利完工，将是需要解决的重要问题。

3 BIM模型的搭建

现阶段设计单位仍以二维施工图纸为主要交付模式，而采用三维参数化建立的信息模型，不但包含了各构件的尺寸、材质、空间位置关系，而且模型的建立符合施工的工艺工法，能够准确、直观的反映出桥梁的空间几何构造与内部钢筋、预应力钢束的配置情况。展开以模型为载体的施工现场管理，指导现场施工。

为了充分发挥BIM在施工管理中的优势，在施工前期，BIM技术人员利用CATIA建模软件，根据二维施工图纸建立完整的精细化模型显得尤为重要。模型不但包括了可以用来指导施工的各种属性信息[5-6]，而且随着施工的进行，不断对模型进行二次深化，以更好的指导施工。CATIA建立的洋县汉江特大桥完整模型如图1所示。

图1 洋县汉江特大桥BIM模型

4 基于BIM技术的施工工艺模拟仿真

针对洋县汉江特大桥施工环境复杂、预制构件多、结构设计与施工工艺复杂等特点，对施工方案的制定往往依靠和借鉴前人的经验，为了确保施工方案的可行性、提高施工效率与管理水平，基于BIM技术可对各复杂施工工艺与复杂节点的施工进行模拟仿真与优化[7-8]，合理调配施工工序的衔接、资源配置等情况，是现场施工人员能够快速、准确掌握施工工艺，熟悉施工流程。

4.1 节段梁拼装施工工艺模拟优化

在预制场中对节段箱梁进行预制→造桥机的现场拼装→造桥机加载试验，验证造桥机各部件的受力及变形与设计计算是否相符，若达标可进行下一步工序→梁段位置放样，设置造桥机预拱度和梁段调整→从纵向、竖向和横向对梁段进行调整安装作业→梁段湿接缝作业，包括预应力孔道连接、预应力钢束的穿束、湿接缝钢筋绑扎工艺、模板的加固以及湿接缝混凝土浇筑→预应力钢束的张拉与压降作业。移动模架造桥机节段拼装箱梁施工工艺模拟如图2所示。

图2 造桥机节段拼装梁施工工艺

4.2 连续梁悬灌转体施工工艺模拟仿真

下转盘、反力支座施工及滑道安装→下球铰安装→上球铰安装→上转盘施工、撑脚安装→上下转盘临时固结→墩身施工→安装永久、临时支座→现浇0号块→墩梁临时固结→挂篮安装、调试、就位→1号段钢筋安装，混凝土灌注，养护，张拉→挂篮前移就位→梁段悬灌循环施工→T构转体施工→边跨合拢段施工 （包括张拉临时预应力束）→解除墩临时固结，完成体系转换→中跨合拢段施工（包括张拉临时预应力束）→体系转化完成。连续梁悬灌转体施工工艺模拟如图3所示。

图3 连续梁悬灌转体施工工艺

5 基于铁路桥梁BIM施工管理平台的二次开发

施工阶段BIM实施需在传统施工流程基础上进行BIM施工流程再造，建立基于BIM的协作化实施模式，使施工过程运转流畅，从而提高施工效率和水平，保障工程质量。为了更好的解决目前铁路桥梁工程领域仍以“建模为主，应用为辅”的现状，针对该现状二次开发了一款集技术、BIM系统性应用的RBIM5D（Railway Building Information Modeling）综合性管理平台，为企业与社会创造更大的应用价值。项目管理平台架构主要分为基础应用、可视化交底、进度及安质管理、施工日志以及报表中心六大模块，BIM实施组织关系图如图4所示。施工管理平台界面如图5所示。

图4 BIM实施组织关系图

图5 RBIM施工管理平台界面

5.1 基础应用模块

该模块是整个平台的基础模块，是进行项目施工管理的根本。模块主要包括项目概况、线路里程的划分、三维模型的导入、二维施工图纸录入、变更登记5个方面。项目概况主要对项目开竣工日期、参建单位等工程信息进行简单介绍；线路里程划分按照具体施工工点的信息来定义线路里程的相关具体信息，并且根据建立的线路里程自动生成结构树。根据建立的结构树相对应的上传三维模型，为后续施工管理奠定基础。经过图纸录入和变更单录入并与模型关联后，可以查看每个图册下的图纸及关联的变更单，还可以来回切换标签来查看图纸与模型的对应信息及属性信息。

5.2 可视化交底模块

可视化交底模块包括线路里程、设计属性、施工属性、视点、图纸、工程量统计、施工工艺、问题跟踪等功能，同时还可查看全桥任意部位的平、立、剖面以及对桥梁任意点的坐标测量，涵盖了整个系统的底层数据围绕模型来展示，从多个角度直观进行可视化交底。节段拼装梁现浇段钢筋及预应力钢束三维可视化交底如图6所示。

图6 节段拼装梁可视化交底

5.3 进度管理模块

BIM的出现使得施工计划的编制与可行性显得更加的简单与快捷，首先，BIM模型中包含了各构件的尺寸信息、材料信息，而且在BIM管理平台中可以将计划编排内混凝土、钢筋、预应力钢束等材料用量自动生成，有了这些数据作参考，我们再根据的以往的工作经验便可以得出更加合理的工

时需求；其次，BIM模型的可视化功能，使得计划编制人员不需要去查看复杂的图纸，可以直观的查看计划编排的合理性与可行性。

基于BIM建立的三维模型，根据施工工艺和施工计划，进行可视化的施工进度动态追踪。通过BIM技术，我们可以更加直观地对施工进度进行可视化管理，并且通过与现场实际进度的对比，我们可以观察出施工计划是否滞后，从而对现场的人员、机械、材料等合理化的调整以保证施工快速有效地进行。可视化形象进度如图7所示。

图7 可视化形象进度图

5.4 质量安全管理模块

传统的质量安全管理主要依靠制度的建设、管理人员对施工图纸的熟悉及依靠经验判断施工手段合理性来实现，这对于质量安全管控要点的传递、现场实体检查等方面都具有一定的局限性。采用BIM技术，可从以下几点对桥梁施工过程中的质量安全问题进行有效控制：一是通过建立的三维信息化模型让分包管理人员提前对施工面临的危险源进行判断，在危险源附近快速地进行防护设施模型的布置，比较直观地将安全死角进行提前排查；二是通过BIM模型多角度浏览，让现场管理人员利用模型进行现场工作的布置和实体的对比，直观快速的发现现场质量问题；三是通过BIM施工管理平台对现场质量安全问题进行拍照和文字记录并关联至模型，实现跟踪留痕。以标签图片的形式在模型中展现现场和处理情况，使业主方、监理方、施工方对质量安全问题进行直观管理。质量安全管理界面如图8所示。

图8 质量安全管理界面

5.5 施工日志模块

施工技术日志与二维的电子施工日志表格是通用的，与以往相比，增加了与三维模型的匹配，每日生成的日志会与实际施工进度相匹配，从而达到驱动形象进度的效果，方便管理人员更直观的了解项目进度。该模块主要有以下两个方面的意义：一是电子施工日志必须当日即时填报，保证了施工记录的及时性与准确性；二是为施工进度对比与分析提供了数据支撑。

5.6 报表中心模块

对施工过程中所涉及的工程材料量、使用部位、采购计划、使用情况、发放情况按模型量及预算量进行查询及管理，为进一步的物资采购提供依据。支持对应模型下的工程量信息的汇总和导出，相应部位的详细信息[9]。

平台还包括个人信息设置、权限管理、物流跟踪3大模块，提高了平台的实用性。RBIM5D施工管理平台的开发是时代的直接产物，一方面能够体现以模型为核心的工程实际应用价值，另一方面能够提高项目参与方及时、有效、快捷的协同工作效率，方便对项目的施工进行全方位的动态管理，使施工人员能够高质量、高水准的完成该项目的施工，大大节约了施工时间与施工成本。

6 结语

BIM技术在洋县汉江特大桥施工管理中的应用，保障了项目各参与方信息沟通的及时性、准确性和有效性，提高了彼此协同工作的效率。首先，通过碰撞检查与施工模拟仿真技术，对施工方案进行优化模拟，对现场施工人员进行三维动态技术交底；其次，通过BIM施工管理平台，对工程材料消耗、施工进度、质量安全、物资储备进行实时跟踪与严格把控，从而到达确保施工工期、确保工程质量、节约工程成本的目的。随着BIM应用技术的不断深化与推广，BIM在铁路桥梁工程领域的应用会越来越广泛，并将成为建设管理转型升级的重要手段之一。

[1] 龙腾,唐红,吴念,等.BIM技术在武汉某高架桥工程施工中的应用研究[J].施工技术,2014,43(3)：80-83.

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[3] 孙璟路.BIM引领工程建设行业变革之路[J].中国建筑信息,2013(18).

[4] 卢祝清.BIM在铁路建设项目中的应用分析[J].铁道设计标准,2011(10)：4-7.

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[6] 桑培东,肖立周,李春燕.BIM在设计-施工一体化中的应用[J].施工技术,2012,41(16)：25-26.

[7] 刘占省,王泽强,张桐睿,等.BIM技术全生命周期一体化应用[J].施工技术,2013,42(18)：91-95.

[8] 张建平.BIM技术的研究与应用[J].施工技术,2011,40 (1)：15-18.

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