BIM技术在路轨共构高架桥梁中的应用研究

　　[摘要]：北京新机场轨道3标为“路轨共构”高架桥梁结构，针对该项目独特的结构形式和施工难点，在建设单位的统一部署下，应用了BIM技术，通过紧密结合施工工艺、施工场地、进度计划和资源配置等各方面因素，实现了项目的精细化管控。首先，通过BIM与GIS的结合，精确分析了项目与周边环境的位置关系，为障碍物拆改移提供决策依据；利用BIM技术深化结构内部钢筋与钢绞线模型，优化结构钢筋布置和安装顺序；通过对共构结构和预制箱梁的施工过程进行方案模拟和比选，分析各项技术与经济指标，提出了低矮架桥机的创新方法，并利用BIM技术模拟了有限空间箱梁架设的可行性；为达到在对项目整体精细化管控的目的，充分运用BIM5D和预制梁生产加工信息管理平台实现了预制箱梁的生产安排与工程进度的有机结合。

　　[关键词]：BIM技术；共构结构；预制箱梁；架桥机；有限空间

　　BIM（BuildingInformationModeling）技术是一种应用于工程设计、建造、运维管理的数据化工具。核心是通过建立虚拟的工程项目三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的信息数据。借助这个包含工程信息数据的三维模型，大大提高了建筑工程的信息集成化程度，从而为工程项目的参建各方提供了一个信息交换和共享的平台[1,2]。

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　　1项目背景

　　北京市轨道交通新机场线定位为快速、直达、高品质的轨道交通专线，设计时速高达160km/h，南起新机场北航站楼，北至草桥，全长41.36公里，是北京市轨道交通路网和新机场配套设施的重要组成部分。

　　新机场轨道3标位于北航站楼站—磁各庄站高架区间，里程桩号为K16+216~K25+513.40，线路全长9.3km，其中路轨共构段7.9km，非共构段1.4km，工程总投资为16.57亿元。

　　本项目所指的“路轨共构”是新机场高速公路线位于高架桥的顶层，机场轨道线位于高架桥下层，高架共构结构整体形式为“开”字型，如图1所示。两侧各有一条辅路，下部为高速配套的综合管廊。

　　2共构高架结构模型建立与模拟优化

　　2.1参数化模型建立

　　本项目结构相对简单，但受外部环境影响因素较大，工程施工过程中经常出现设计变更，为减少变更对BIM模型带来的影响，采用参数化设计方法实现模型建立，具体如下：

　　（1）按分部分项工程对结构进行划分，分别在Revit中建立族，并对族几何截面与位置坐标进行参数化，如图2所示。

　　（2）根据图纸信息，在Excel中列出所有结构参数信息。

　　（3）利用Dynamo编制参数化程序，如图3所示。调用Excel参数，修改族参数，实现快速工程组装和参数修改。

　　当出现工程变更时，即可通过Dynamo参数化程序调用更新后的Excel数据，一键式完成模型的更新。

　　2.2精准辅助拆改

　　本项目在魏永路南北两侧有电力方沟、燃气管线、歌华有线等障碍物，影响G202、G203轴下部结构施工，且此部分管线需协同京雄高铁桥墩施工，共同制定改移方案。按实测数据建立障碍物等环境模型，准确反映工程与障碍物空间位置关系；对施工过程中不同阶段工况的模拟，得到构件施工全周期的占地情况数据；与现存管线进行碰撞检查对比，得到需要改移段落的精确数据，为拆改决策提供科学依据，如图4所示。

　　3精细化施工进度管控

　　3.1预制箱梁精细化生产进度管理

　　针对本项目478预制箱梁，开发基于BIM的数字化预制梁生产加工信息管理平台，包含梁场概况、建设方案、进度管理、文档管理、工艺动画、形象进度展示六个模块，其平台框架如图10所示。

　　平台上可根据梁场的生产能力和工程进度计划对预制箱梁进行生产任务安排。针对每片箱梁构建唯一与之对应的二维码，动态反应箱梁的加工、质量检测、验收等过程中的数据信息。生产人员通过手机APP可扫描二维码，查询数据信息，包含编号、桩号位置、混凝土标号、混凝土方量、生产日期、安装日期等构件信息；也可修改其状态信息，包含模板安装、钢筋绑扎、张拉、压降、养护等，从而做到信息的可追溯性，生产安装信息时刻校验，保证了施工质量。实现了全部478片箱梁的生产状态、库存位置、生产全过程信息的集成和精细化的动态管控。

　　3.2项目现场精细化协同进度管理

　　线性工程工作面多，进度计划起点多，且受外部环境特别是拆迁影响大，进度计划在实施过程中需要不断纠偏调整。针对进度管理的难点，基于BIM技术，通过网络计划编制、虚拟建造、任务分解等手段，并结合Web、手机APP、3D打印技术等工具，建立了精细化进度管理的工作流程，如图13所示。

　　4竣工交付

　　针对本项目BIM技术在施工过程中的应用，在项目竣工时，将设计与施工过程信息，包含深化设计信息、各专业竣工图、材料规格、施工质量检验、验收等信息与模型进行分类关联挂接，形成了竣工交付模型，辅助建设单位后期运营管理[11]，如图19、20所示。

　　5总结

　　BIM技术在基础设施领域内的应用尚不完善，本项目BIM技术应用是对基础设施领域的一次有益尝试，探索了参数化建模技术，模拟、比选、优化验证了重难点施工技术，实现了预制构件和现场施工全流程的精细化进度管控，保证了工程质量，提升了管理效率，为项目的建造过程提供了有力支撑，交付的竣工BIM模型，为后期运营管理提供了基础，也进一步梳理并拓宽了BIM技术在桥梁工程中的作用与价值。通过总结应用过程，形成创新点和应用经验如下：

　　（1）对共构高架桥梁的下部结构，应用Dynamo参数化编程的方式，可精准建立对应模型，通过调用和修改构件族几何截面与位置坐标信息的参数，可实现一键式快速组装与变更；将BIM模型与GIS地形数据相结合，可以精准测量、分析其空间位置关系，有利于拆改移决策，保障工程顺利进展；在共构结构盖梁施工、箱梁架设等重难点施工环节，通过利用BIM技术建立多种施工模型，能够很好地对比分析各方案的技术和经济指标；利用施工模拟、碰撞分析对其施工过程进行仿真和验证，能够确定实施方案的可行性，从而为技术方案的制定提供有力依据。

　　（2）自主开发的预制梁生产加工信息管理平台实现了预制箱梁的生产全过程的精细化管理，结合BIM5D协同管理平台，将预制构件的生产计划与现场进度进行了有机结合，充分利用二维码、移动互联和3D打印等先进技术，实现了项目整体进度的精细化管理。

　　（3）针对项目应用全过程，在项目竣工时，结合Revit和BIM5D软件的各自优点，可以形成集成深化设计信息、各专业竣工图、材料规格、施工质量检验、验收情况等信息的竣工交付模型，为运营管理单位提供技术支持。

　　参考文献

　　[1]何关培.“BIM”究竟是什么[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（3）：111-117.

　　[2]何关培，黄锰钢.十个BIM常用名词和术语解释[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（2）：112-117.

　　[3]曹少卫，王伟，杨志强等.基于BIM集成管理平台的房地产项目协同建设研究[J].土木建筑工程信息技术，2019，11（2）：59-69.

　　[4]魏世桥，何洋.基于BIM技术的项目管理平台研究及应用[J].水运工程，2018,（8）:113-117.

　　[5]陈一鑫马少雄徐宏.BIM技术在既有铁路车站站改工程施工阶段的应用研究[J].铁道标准设计，2018，62（8）：123-126,147.

　　[6]刘足，许福，彭良忠等.BIM技术在某项目结构优化设计中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2018，10（1）：37-42.

　　[7]杨科，康登泽，车传波等.基于BIM的碰撞检查在协同设计中的研究[J].土木建筑工程信息技术，2013，5（4）：71-75，98.

　　叶锦华，邓博，张涛，王梦筱，李昊

《BIM技术在路轨共构高架桥梁中的应用研究》

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