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BIM技術在高架橋箱梁頂推施工的應用研究

來源:城市建筑 時間:2017-06-21 10:27:51

工程實踐表明,高架橋施工BIM技術的應用對保證施工質量、工期和施工過程管理方面具有顯著的效益。  隨著城市的快速發展,高架橋的建設需求越來越迫切;隨著城市交通復雜化,高架橋作為城市立體交通體系越來越復雜,高架橋施工方法多樣化,隨之而來的施工和工程管理也越來越大復雜。BI技術為復雜工程建設和管理的信息化開辟了一條全新的方法。運用BIM技術可以形成智能化、可視化施工,提供建筑在建筑構造、信息參數的一一對應從而達到施工信息全覆蓋及動態可視化管理的目的。 
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目前,關于高架橋工程施工的BIM研究并不多見,本文根據目前王宗區間和龍陽大道立交橋的施工進展情況,通過BIM技術進行對龍陽大道高架橋與王宗區間地鐵的分析,研究龍陽路高架橋樁基施工對已經完成初期礦山法支護結構的地鐵隧道區間的影響,并提出建設的保護與控制措施。二環線龍陽大道段王家灣至宗關高架橋箱梁頂推施工,采用BIM技術進行施工進行管理,對工程量模型及動態模型進行研究,并用于指導現場施工和工程管理,確保施工工期和建設質量。 CsmBIM網

一、工程概況 CsmBIM網

本工程為北起琴臺大道,與江漢二橋相接,南接墨水湖南路,與楊泗港快速通道四新段在建的陶嶺立交相接的城市快速路。主線龍陽大道高架橋LYL4-LYL7聯與地鐵三號線王家灣地鐵車站存在平面共線施工。由于鋼箱梁施工一般采用鋼胎架加移動式吊車吊裝的方式施工,胎架及吊車對地面產生的荷載較大,對地面下方的地鐵車站頂板帶來一定的危險性。通過借鑒同類工程的施工驗,同時結合本工程檢查施工實際情況,擬采用頂推施工技術,將荷載分散于整個支架體系,減小支撐體系對地面產生的荷載,在保證安全的情況下,順利完成鋼箱梁的施工。CsmBIM網

二、鋼箱梁安裝BIM建模 CsmBIM網

由于現場施工條件及周邊環境的限制,使用“∏”形門架支撐體系的架設可以使施工更加迅速安全,并且對路面的占用率最小。架設的一般順序為先橫向后縱向,最后到達一體化的“∏”形門架支撐體系。根據路下地鐵站房柱的安置方位,臨時支撐機構的位置與其一一對應,擱置在隧道管和隧道柱上為了確保臨時支撐結構的穩定性,支柱的中間用工字鋼焊接相連。 CsmBIM網

1.橫向架設 CsmBIM網

“∏”形門架支撐體系的橫向架設從中心的L段開始,然后在L1兩端依次對稱延伸。采用100吊車來進行吊裝,務必要是L1段中心與總架設中心對齊。然后,依次吊裝L2~L7節段,要注意的事項構件連接處誤差≤2mm;吊裝L2、L3段時,要把鋼箱梁架設在主體的“∏”形門架支撐體系上;吊裝L4、L5段時,要使用150t的汽車吊裝;吊裝L6、L7段時,由于最后一段需對之前的的吊裝梁進行檢測,直到對其前面的吊裝后才開始下一段的架設。CsmBIM網

2.縱向架設 CsmBIM網

根據現場施工條件及周邊環境的限制,縱向架設的一般次序為2-3-1-4,先從第2節段開始架設架設后根據上方的臨時連梁和下方支座架設第3節段,最后完成“∏”形門架支撐體系初步構造,繼續通過上方的臨時連梁依次架設1、4節段,這樣基本上完成了一段“∏”形門架支撐體系。在下一段建設之前要檢測定位標記是否匹配,滿足要求后才能開始下一段的架設。 CsmBIM網

三、高架橋施工BIM管理 CsmBIM網

1.三維模型建立 CsmBIM網

在項目的準備階段,根據已完成的施工圖紙對其進行分析和對比,高架橋橋墩支護,高架橋橋墩是實際工程的施工圖。通過BIM建模,能對施工整體結構進行宏觀鳥瞰,也能預先繪出施工完畢后的效果圖,通過更改模型數據,構件各部分可自動調整,方便快捷。圖1為L6與L7節段施工現場,圖2為高架橋整體BIM模型。 
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圖1 L6與L7節段施工現場 CsmBIM網

高架橋箱梁頂推施工BIM技術應用研究CsmBIM網

圖2 高架橋整體BIM模型 CsmBIM網

2.工程計量CsmBIM網

通過使用RevitStructure軟件建立了高架橋各構件模型,鉆孔灌注樁配筋模型,見圖3,斜腹式箱梁鋼筋模型,見圖4所示,在圖上的列表中可以直接導出鋼筋進度信息,鋼筋的直徑、長度、數量、彎曲角度、廠家等信息的數量一目了然,準確可靠。根據圖形分析的結果,可以為甲方提前擬定一個工程預算和項目結算依據。根據已有的數據和實際的工程進度,BIM可以實現數字一體的管理模式,從而大大提高了預算成本,縮短工期,最大化地建造出項目的工程實際價值。 CsmBIM網

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圖3 鉆孔灌注樁配筋模型CsmBIM網

高架橋箱梁頂推施工BIM技術應用研究CsmBIM網

圖4 斜腹式箱梁鋼筋模型 CsmBIM網

3.基于BIM的預制構件安裝與采購 CsmBIM網

BIM在構件安裝和采購方面也是它的強項,以為BIM都是已一個個族的形式而存在的,有相當完整的結構體系,通過族與族之間的聯系與耦合,達到構件完整的拼裝,為確保施工進度和質量提供了大大的技術支撐。在實際模擬中發現,鋼箱梁U肋貫通橫梁,若某一個U形槽尺寸偏差較大,則U肋無法貫通,對裝配帶來較大困難,故對于橫隔板下料精度要求較高。通過共享BIM數據,廠家取得了橫隔板各項尺寸的精確數據,為精密(數控、自動)切割下料提供了強力數據支撐,同時配合切割工藝實驗,最終保證了切割精度。經各方檢驗驗收,尺寸合格率達100%。 CsmBIM網

4.施工模擬 CsmBIM網

前面介紹了BIM中使用RevitStructure軟件建立三維橋梁模型對項目施工的各種好處,但是這都是靜態的分析,如果我們給模型加上一個時間軸,讓模型隨著時間的推移而一步一步的建筑起來,這就是所謂的BIM對施工進度的模擬。通過模擬施工進度可與時間軸一一對照,這樣更加方便與比較施工現場進度,也可為現場施工提供預先施工參考,讓工人可以清楚的看到每一個步驟,這樣施工起來既保證施工安全,又保證施工進度。 CsmBIM網

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圖5 橋面預制鋼筋梁模型CsmBIM網

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圖6 高架橋施工過程BIM模擬CsmBIM網

5.BIM技術應用的功效分析 CsmBIM網

本工程龍陽大道主線橋LYL4-LYL7聯受地鐵交叉影響,采用頂推滑移施工工藝。且頂推距離較長,為華中地區首例。為保證施工過程中的安全管理、工期管理、成本控制等要素,項目部引進先進的BIM技術,對LYL4-LYL7聯頂推施工進行了施工模擬,分析了施工過程中的安全、工期、成本管理要點,對施工部署進行了科學調整,實現了施工動態管理,并取得了較好的效果,總結如下:CsmBIM網

(1)安全管理 安全為現場生產的第一準則,特別是本工程涉及超長魚腹式頂推滑移施工,施工技術難度大,且同類型可借鑒的工程經驗較少,增加了安全管理的難度。通過BIM模擬施工,實現了施工過程的真實模擬,有助于安全隱患的暴漏,從而做到事先預防,及時調整。 CsmBIM網

(2)成本控制 頂推滑移支撐系統在滿足地鐵頂板承載力要求的同時,也必須做到合理設計布置。根據同類工程經驗及各方參建單位建議,支撐體系計劃采用ф400×8mm的鋼管。在模擬施工過程中發現,全程支撐體系處于穩定安全狀態。經模擬試驗,將鋼立柱改為ф325×8mm的鋼管,支撐體系同樣滿足受力要求。綜合成本及制作工期考慮,現場實際施工采用ф325×8mm的鋼管,節約成本近500萬。 CsmBIM網

四、結語 CsmBIM網

本項目施工實施BIM技術模擬,一方面可以為工人減輕不必要的工作負擔,工序一目了然,節約勞動力;另一方面,還可以對施工中可能出現的緊急情況預先告知,保障了工人的人身安全。根據BIM軟件的各項風險分析,可以有效的降低工程風險,提前預知施工危險,告知預防措施,減少返工費用,經濟效益顯著。CsmBIM網

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