戴培义

(中铁二十二局集团第五工程有限公司，四川 重庆 400700)

我国是桥梁大国，预应力连续梁桥施工属于成熟技术，利用现有技术完成其0号块支架设计、计算并不困难，但存在工作量大、方案难以得到有效优化、各任务间协同性差、效率低、决策时间长等问题。

广清城际北延项目位于广东省清远市城区，线路全长19.7 km，其中桥梁里程18.34 km，有15座三跨或四跨连续梁，其中一座(50+80+80+50)m连续梁桥需要跨越北江，基础采用钢套箱围堰施工。所有连续梁采用悬臂施工方法浇筑，涉及相关的0号块及边直段支架搭设。由于该项目位于清远市城区，现场施工条件复杂多样，在满足相关技术规范的前提下，常规工作流程为：针对每座桥梁每个0号块及边直段的现场技术条件选择合适的支架方案，进行几次十几次甚至更多力学计算与评估判断，通过工程算量计算与成本分析，完成施工详图设计及施工技术交底等相关工作，最后以文档、图纸的形式提交相关技术成果，并指导连续梁支架施工。

BIM技术作为当今一项热点技术，已经在桥梁工程领域得到了比较广泛的重视和应用，并已成为桥梁智能建造发展战略的一项基础门类。但现有的BIM技术在桥梁临时支架工程领域的应用主要还体现在支架三维翻模、可视化交底及动画展示等方面[1-3]，还难以实现BIM技术在连续梁支架工程领域的深度应用，本文将对此展开针对性研究，以促进该技术的转型升级。

1 0号块支架方案选择

方案的优劣体现了桥梁临时支架工程技术水平。一个好的支架方案，既需要考虑既有设计经验、相关工程技术规范，还需要参考作业队的施工经验和技术水平、现场地形地质条件，尽可能地选择易于操作、作业时间短、材料易于周转和装配且施工成本尽可能低的技术方案。0号块支架通常采用盘扣支架、三角托架、钢管立柱支架等常见型式。考虑到本项目位于主城区，墩高一般在25 m以下，施工环境对城市交通影响较大，如果采用盘扣支架，则构件多、堆放搬运困难；三角托架成本相对较高且安装困难；而钢管支架施工简单，可装配性好，易于材料周转使用，对于多座连续梁施工时，综合成本较低。综合考虑后决定采用钢管支架方案。

由于钢管立柱支架方案可能因0号块的差异存在多样化钢管立柱布置方式，现场通常采用的四类钢管立柱方案见图1。

图1 0号块钢管立柱支架布置方案

上述四类方案的共同特征是，钢管立柱支撑于承台或条形基础上，钢管立柱上端设置大横梁，其规格一般为2I36a～2I45a；横梁上支撑承重纵梁或承重桁架，规格可以选择I16～I25a工字钢。四类钢管支架的主要区别在于：

(1)方案I的横梁顶面不在同一高程，承重纵梁为工字钢纵梁，该方案施工简单、焊缝少、易于操作；但0号块外模需要在大横梁位置切割，以便外侧模板安装时，可以穿过大横梁。

(2)方案II则需要设置10片左右的承重桁架支撑于大横梁上，其上再铺设横向方木和底模；该方案存在的主要问题在于承重桁架的加工麻烦，精度要求高，标高定位困难。

(3)方案III、IV的横梁顶面位于同一高程，承重纵梁需要焊接竖向型钢支腿以调节纵梁斜面标高(本文将该承重纵梁简称调节纵梁)；调节纵梁上可以设置I16工字钢小横梁，其上再设置纵向方木和底模板，此时调节纵梁在横向的数量需要4～5片。施工的关键在于需要根据大横梁的实际标高，精密确定调节纵梁的几何尺寸，不但易于实现调节纵梁的装配式施工，并可方便适应不同的0号块底板斜坡情况。也可以取消I16横向工字钢，而直接布置10 m×10 cm小横梁，此时要求调节纵梁在10片左右，但需要注意的是较多的调节纵梁数量会导致调节纵梁的精密控制工作量的加大。

参考作业队伍的经验，并综合考虑安装、定位、可装配性及施工成本等因素，最后选择方案III、IV作为广清北延项目连续梁0号块钢管支架方案。

2 0号块支架力学计算与信息模型构建

传统的0号块支架力学计算步骤是：首先选择结构力学求解器、MIDAS或ANSYS等有限元软件，根据规范计算主梁自重荷载、模板荷载、人群荷载、混凝土振捣冲击等组合荷载，再根据支架几何布置、构件链接及构件材料规格描述单元节点信息及支座约束信息，再进行力学计算，查询并评估相应构件的强度、刚度和稳定性指标；当不满足要求时，调整相应支架构件的几何布置或型钢构件规格，反复进行力学计算及评估，直到满足要求为止。构件的有限元力学模型可以是三维有限元模型也可以依据等效结构法建立平面杆件有限元模型，而要完成钢管立柱支架的三维几何建模，则需要将钢管支架模型采用诸如Tekla、Bentley、Revit、CATIA等国际品牌建模，通过其构件的绘制和编辑得到[4-6]。实际上，以上钢管立柱支架的力学计算和三维BIM模型构建是一个费时费力的过程。本文采用RBCCE+Revit联合建模的策略，可以快速实现0号块钢管支架的力学计算和三维BIM模型的构建，具体操作步骤如下：

步骤1，建立用二维图形表达的内含三维模型信息的混凝土连续梁和桥墩立面模型及某一横断面模型。

步骤2，通过绘制简单的特征符号线来表达钢管支架几何布置，并通过特征线属性来描述构件材料规格，相应的模型用来构成钢管立柱支架的力学计算信息模型。

步骤3，进行支架力学计算、查询并评估相应构件的强度、刚度和稳定性指标，不满足要求时，调整支架特征线的几何布置或特征线材料属性参数，再进行相应力学计算和计算结果评估，直到得到满意的结果为止。

步骤4，利用RBCCE与国际品牌Revit的链接功能，将上述钢管立柱支架信息模型自动转化为Revit的三维BIM模型。

图2、图3为本项目中青榄海大桥(61.8+64.7)m二跨连续梁桥立面图和横断面图。主墩连续梁的0#块分别位于67#墩墩顶，0#块结构尺寸为：梁长14 m,梁底宽5.86 m,梁顶宽11.2 m(两边翼板2.67 m宽)，跨中梁高4.2 m，最大截面高6.8 m；梁顶板厚0.65～0.40 m,底板厚1.5～0.4 m，腹板厚0.4～0.9 m。

图2 连续梁所处位置立面(单位：m)

图3 连续梁横断面(单位：m)

图4为采用RBCCE构建的青榄海大桥0号块钢管支架力学信息模型，图中显示了主梁立面、主梁上某一横断面，用来描述钢管支架纵向和横向布置的特征线，主要包括钢管立柱及大、小横梁、调节纵梁特征线，特征线包含了相应构件的材料规格信息。

图4 青榄海大桥0号块托架力学计算信息模型

基于上述力学信息模型，即可方便创建大小横梁计算模型、调节纵梁计算模型，再进行相应的力学计算和计算结果查询。结构计算所需要的组合荷载信息、单元节点信息及约束信息，RBCCE会从所构建的钢管支架力学信息模型中自动提取、加工和转化自动得到。如通过大、小横梁及调节纵梁的计算模型及部分计算结果，可以便捷得到满足强度、刚度和钢管立柱压杆稳定性指标的计算结果，见图5。

图5 各构件计算模型及最大正应力(尺寸单位：m,应力单位：MPa)

3 钢管支架三维构造模型的构建

力学模型构建并计算完成后，再根据上述0号块钢管支架力学信息模型中的特征线位置，创建相应的结构特征线和结构模板[7]，它们共同构成了钢管支架的三维构造信息模型。图6调节纵梁、横联及纵联均为结构模板，带有箭头的特征线为结构模板或大、小横梁的空间定位线。结构模板的属性中还包含有横向布置等信息，见图7。利用这些信息模型，RBCCE可以自动生成相应的Revit三维图，各结构模板所对应的Revit族、族实例及其在Revit具体空间位置由系统自动生成；0号块托架的Revit三维图见图8。

图6 钢管立柱特征线及结构模板 图7 调节纵梁布置信息

4 钢管支架详图设计

钢管立柱三维模型创建后，还需要利用Revi的剖切、视图样板创建、可见性/图形，明细及图纸功能，利用自动生成的0号块钢管支架三维模型，便捷得到精细和规范的二维施工详图及工程量明细表等。青榄海大桥0号块钢管立柱支架设计的部分施工详图见图9。

图8 钢管立柱支架三维模型

图9 钢管支架部分施工详图

5 钢管支架的可视化交底

由于钢管支架从设计计算到三维BIM模型构建，绘制最后的施工详图，既有三维图形，可以看清钢管支架各构件之间的相互位置关系，局部构造处理也会配有相应的局部向三维或二维详图；再配以相应的施工工艺安排、施工风险点说明或注意事项，即可完成钢管支架施工的精细、直观、易懂的可视化交底文件，以指导连续梁钢管支架的施工，实现钢管支架现场施工的精准管控，钢管支架调节纵梁的交底见图10。

图10 调节纵梁局部三维显示

6 结束语

本项目BIM技术在0号块钢管支架工程中的成功应用，可为今后其它类似工程提供有益经验和参考。