赵彩云

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

工程施工碰撞检测信息化监控的专业系统化、模拟图表化以及实时动态在线化，使该监控的信息丰富度扩展性和工程安全管理适时参考性大幅提升。本研究参考桥梁工程案例，借助Navisworks 检测系统，以BIM 技术工程应用分析的方式，对桥梁施工碰撞检测信息化监控的实现与运用课题开展专题分析探究，为同类工程施工碰撞防范监控的应用提供研究和技术参考，助力实现安全有效的桥梁施工碰撞监控与防范。

1 案例项目概况

案例公铁两用钢桁梁斜拉桥跨度布设结构为（125+196+573+196+125）m，总长度 1 215 m。主梁上层是典型的六车道，下层是允许上下通行的双线铁路，主梁实施板桁与钢桁梁相结合的构造方案，以最大限度地满足桥面不等宽的设计需求。案例整桥立面结构状态及三维Revit 数字化模型见图1 和图2 所示。

图1 整桥立面结构状态

图2 三维Revit 数字化模型

整桥桁架为可靠性高、安全系数高的N 型结构，主桁上下弦杆是比较常见的一种箱型断面，腹杆为H 型和箱型两类断面。H 型钢混主塔承台以上设计高度200 m，下塔柱断面型式为双室单箱，上塔柱和中塔柱断面型式均选用单室单箱。扇型双索面斜拉索布设方式，两侧各均匀设置拉索17 对。整体焊接钢牛腿和钢锚梁。为改进完善混凝土与钢牛腿结合位置的应力状态，专门在单侧增加强化钢筋网两片。

2 项目模型族库结构

随着BIM技术的不断发展，BIM 相关软件也取得了一些突破性进展。许多BIM软件开发商都针对不同的专业领域、不同的软件使用需求开发出了不一样的BIM 技术相关软件。比较主流的有Nemetschek 公司开发的 ArchiCAD、Autodesk 公司开发 的 Navisworks 和 Revit、Dassaullt 公 司 开 发 的CATIA 以及Bentley 公司开发的Navigator 等相关软件。这些都是BIM常用的核心建模软件，各自有自己的优点，但是也都有一些不足之处，需要结合项目实际情况，选择使用合适的BIM软件。

经过深入的调查研究，同时结合该案例的实际情况，选择使用Autodesk 旗下研发的Navisworks 和Revit 进行该案例的BIM 模型建模和碰撞检测。通过使用Navisworks 软件的碰撞检测功能，可以对桥梁的施工工序、比较复杂的细节构造以及各专业模型进行碰撞检测，既能降低资源浪费，又可以提高工作效率。Revit 建模软件使用人数较多，使用范围较广，同时还具有较好的可扩展性和较高的兼容性，操作简单，可以与该公司的另一款软件AutoCAD 相互兼容。

使用Revit 建模软件完成项目，族是一个项目的基础，每个族都包含了许多单一图元，属于一个族的多个图元一定具有相近的参数或属性。图元具有的这些参数由族的类型或者项目实例化参数决定。实施该案例项目的碰撞检测和动态模拟需基于一套完善的族库信息结构模型。该项目基于Revit 系统的项目模型族库结构见图3 具体所示。

图3 项目模型族库结构

基于Revit 系统的项目分析建模，可以在物理参数和几何特性上有效实现三维数理模拟与工程实际状态间的一致性，良好的模拟契合度才能确保所得分析结论的应用参考性和技术可靠性。将桥梁结构以主体、附属、临时结构以及施工机具四部分建立族库，可以克服Revit 系统既有的族标准主要面向房屋类建筑的功能不足。

3 施工碰撞检测信息化监控的实现与运用

3.1 空间冲突分析

在施工组织方案设计环节，需根据工程特征及实际需求，利用二维图纸对场地布局、机械调配区域等进行科学、合理的规划。为有效避免分项操作出现交叉效率制约影响，分项工程作业需要相互协调与配合，主要需注意做好以下两个方面的工作：一是统筹规划工程操作空间，合理分配使用有限的工程空间。二是分项目正常操作时须保持足够的操作场地空间及基本安全范围[1]。项目施工期间的适宜作业空间一般可以借助式（1）进行表述。

在工程开展期间，因工作空间分布不合理或未规范使用工作空间而引发冲突矛盾的现象可谓是司空见惯，由此一来，既无法保证分项工程进度，实现施工资源的高效配置与使用，还会增加工作量，延长施工周期，致使操作效率下降幅度加大，最终引发一系列相关生产安全问题，导致本该避免的经济损失，所以有必要深入全面分析研究项目操作空间可能存在和出现的冲突问题，并密切关注时间要素，一旦发现工程进度有变就要在第一时间对原工作空间区域做出相应调整与优化，以保证项目工程有条不紊地正常开展，从源头上提高生产效率，尽可能地缩短施工周期，同时强化施工管理水平，为施工人员营造安全、稳定的作业环境。

3.2 主塔构造内部碰撞冲突的优化防御分析

主塔断面沿高程变动，一定要严格按照要求合理安排预应力体系、强化锚固区钢筋网片以及构造预埋件等空间布局。拉索导管安装流程过于复杂，并且精密程度需要高，其安装水平的高低不仅会直接影响构件的安全质量，同时也会对整桥受力体系建设产生决定性影响。围绕常见的主塔内部冲突碰撞问题，本研究基于主塔的对称性，在确保检测成果不受任何干扰的前提下，取半侧塔结构实施检测和数据成果汇总，具体见表1 所示[2]。

下面对主要碰撞点实施分析。

3.2.1 主塔Ⅰ区碰撞检测

主塔区域Ⅰ的碰撞检测成果具体见图4 所示。因为碰撞点不是简单的一两个，因此在本课题研究中，考虑篇幅方面的原因，只对拉索导管与N1 纵筋构件点进行直观剖析，其检查成果可详见图5 所示。

表1 主塔碰撞检测数据成果汇总

图4 主塔Ⅰ区碰撞检测成果

图5 拉索导管与N1 纵筋冲突

3.2.2 主塔区域Ⅱ碰撞检测

主塔区域Ⅱ碰撞冲突波及构件比较多，上横梁与主塔接连节点细部结构复杂，彼此间的预应力筋及钢筋纵横交错，为更为直观清晰地表达构件间的处位关系，方便碰撞点状态信息检查，依据构件类别采取分组碰撞检测。其中主塔Ⅱ区钢筋与拉索锚固齿块碰撞检测成果具体见图6 所示。

图6 主塔Ⅱ区钢筋与拉索锚固齿块碰撞检测成果

3.2.3 主塔区域Ⅲ碰撞检测

主塔区域Ⅲ碰撞检测是判定横隔板钢筋与区域Ⅲ钢筋间存在冲突与否，并采取适宜手段解决冲突，其成果具体如图7 所示。严重冲突所波及的部分重点构件具体见图8 和图9 所示。

图7 横隔板钢筋与主塔区域Ⅲ钢筋碰撞检测成果

图8 横隔板D5 和D6 筋与Ⅲ区 G2 筋

图9 区域ⅢG2 筋与横隔板 D5、D6 筋

3.2.4 主塔Ⅳ区碰撞检测

主塔Ⅳ区与下横梁相接连，节点细部结构较为繁琐，预应力筋与钢筋纵横交错，与主塔Ⅱ区碰撞检测相似，参考构件类别把它分组实施碰撞检测得到对应成果，其中碰撞检测成果如图10 所示。

图10 下横梁预应力与Ⅳ区主筋碰撞检测成果

因为碰撞点不是简单的一两个，因此在本课题研究中，考虑篇幅方面的原因，只对几个冲撞相对比较严重的构件点进行直观剖析，其中预应力下横梁筋与G2、G2a 箍筋检查成果可见图11 所示，预应力下横梁筋与横隔板箍筋检查成果可见图12 所示。

图11 预应力下横梁筋与G2、G2a 箍筋

图12 预应力下横梁筋与横隔板箍筋

3.2.5 碰撞检测报告

经过对各构件的碰撞冲突进行全面、细致的检查，可及时发现设计组织的不足之处，在此基础上，也就能结合实际需求编制出更具体、更可靠的碰撞检测报告，此报告包涵两碰撞对象的状态、碰撞点坐标、工程名称和种类等更多细节信息。反馈给相关人员，摒弃传统逻辑思维，在新思想、新技术的引导下，对相关参数做出及时调整与优化，以科学控制返工率，加快项目建设进程。

3.3 主塔施工及预拼装主梁节段碰撞检测

3.3.1 主塔施工碰撞检测

塔吊是施工现场不可或缺的一项重要机械装置，通过它可轻松完成钢筋、钢锚梁等诸多材料的吊装作业。选用规格适宜的塔吊方能准确科学地设定预埋件位置。在选型时，务必要同时满足施工期、吊装重量等多种需求。选型完成后，构建参数化模型，以空间坐标与工程基点约束为参照定位塔吊附墙件，并且向Navisworks 系统输入以进行合模。之后再对主塔内部构造与预埋件存在冲突与否进行细致全面检查，也可以借助RevitAP 系统开展检查，以及时超前发现可能存在的碰撞问题[3]。

在强风浪的恶劣天气环境下，主塔吊装就成为难度最大的一个作业环节，为预防阻止施工过程中可能出现的碰撞，应用Navisworks 系统和Animator工具插件构建软碰撞模型，实施动态全过程吊装碰撞检测，找出吊装最佳方法，全面审查施工作业流程，如图13 所示。

图13 吊装碰撞检测流程

依照塔吊的盖覆率、吊装路径等相关参数设计成动画实施模拟，选取要实施碰撞测试的对象，并将其输入塔吊场景，通过多方面检查及时发现不良问题。塔吊在主塔作业结束后仍须斜拉挂索，卸拆塔吊能否导致塔吊臂杆跟主塔或者拉索冲突问题，可借助Animator 碰撞模拟进行细致全面检测，以及时发现不良问题并采取有效手段进行处理。

遇到强风浪恶劣天气，难以避免碰撞问题的出现，甚至会对已完工的主塔节段产生强烈撞击。

因为施工期间桥宽度不足，一旦班组间沟通不及时就容易造成运输冲突，不利于主塔混凝土筑浇作业正常开展。这些问题也常见于其他施工工序中，在工程施工期间，由于需要运输原材料、机械设备进入施工场地，因此要对车辆的运输路线进行动态模拟，以设定出科学、合理的运输路线，保证原材料、机械设备等顺利进场，这对于增强机械选用率具有重大现实意义。对于管理层人员来说，可通过动态模拟确定最佳施工方案，探索出最佳运输路线，并对起吊顺序做出合理安排。

3.3.2 主梁节段预拼装碰撞检测

各大厂商在生产制造钢桁梁桥时一般会进行预拼装，以检验是否存在着拼接碰撞问题。本研究工程项目钢桥构件量较多，务必要保证各环节操作的精准性与可靠性，一旦出现偏差就容易出现拼接失败的具体情况。在本课题中，利用专业、成熟的BIM系统按照参数化1∶1 的要求构建仿真模型，之后选用空间约束精准定位并实施虚拟拼装，以及时发现内部构件是否存在着冲突或者对接不规范的问题。概括来讲，通过各构件的预拼装仿真分析不仅从源头上保障了细部结构接连点的精准性与可靠性，还尽可能地减少了成本支出，加快了整体施工进度[4]。

主梁节段间拼装碰撞检测，可利用Navisworks系统自带TimeLiner 插件以时间为基础开展，可及时发现此间是否存在冲突问题。本研究选用双悬臂吊机对称架梁施工方案，将斜拉索挂设、主梁节段吊装等施工速度导入至TimeLiner 系统中。

提前添加斜拉索、钢梁节段等构造到集合中，在视图ClashDetective 中链接已依照实际施工速度所完成加添的TimeLiner，按设定时间间隔，系统会自动进行检查，以确定拼装主梁是否存在碰撞隐患。完成所有检查后，随机择取碰撞检测成果，TimeLiner模拟选项卡可以提供与之相关的大量移动滑块，精确定位至干扰冲突出现的时点，此时只需调节进度滑块，即可了解干扰冲突出现的施工段前后具体情况，以便于管理员对现有参数做出相应调整与优化。

4 结语

本研究借助Navisworks 检测系统，以BIM 技术工程应用分析的方式，对桥梁施工碰撞检测信息化监控的实现与运用课题开展专题分析探究。主要收获：a）介绍了基于Revit 系统的项目模型族库结构；b）结合实例工程对主塔内部构造动静态碰撞检测开展了施工碰撞检测信息化监控分析。案例分析研究揭示，基于BIM 技术的工程碰撞检测，有助于及时发现工程设计、施工组织等各工程环节可能存在的冲突碰撞问题，施工碰撞防范监控应用研究可以助力实现安全有效的桥梁施工碰撞监控与防范。