BIM技术斜拉桥钢锚箱施工技术分析

摘要：BIM技术在国内外建筑领域较为成熟，针对管线综合、结构算量等方面已有较好的应用效果，但在公路桥梁领域BIM技术应用经验稀缺，属新领域研究应用。文章以明光市嘉山大道上跨高速公路桥独塔斜拉桥钢锚箱梁施工为背景，分析“BIM技术”钢箱梁制作及安装施工技术在工程实例中的应用。

关键词：斜拉桥；钢锚箱梁；BIM技术；施工应用

1工程概况

明光市嘉山大道上跨高速公路桥为大跨独塔斜拉桥，项目位于滁州市明光境内。桥梁全长715.9m，主跨径布置为（135+135）m，全长270m，，主梁为预应力混凝土双边箱梁断面，主塔采用人字型桥塔，主塔高108m,桩基24根，直径2.2m,承台尺寸31.1m×20.1m×5m。嘉山大桥锚固区共计12对钢锚箱，30对斜拉索。斜拉桥主塔钢锚箱施工为复杂结构施工的重难点，塔柱外表面及索导管均与水平面及纵平面皆存在夹角，且越往塔柱顶部每节索导管与水平X向空间角α递增、纵平面Y向β角递减，空间动态关系十分复杂。常规CAD的二维设计方法较难控制其空间位置关系及锚箱结构形式，施工形势相当严峻。为较好解决此项重难点技术难题，项目采用BIM技术辅助斜拉桥钢锚箱制作安装技术施工。

2技术特点

①依据BIM技术进行三维空间动态设计，将二维平面结构设计转化为三维可视化设计研究，合理解决多结构、多角度交互形式的精确施工设计、控制索导管外端口找平，保证生产施工准确性及质量。②可在BIM深化设计后自动化出具三维结构图、构件详图并给出准确构件材料清单，依据模型数据进行数字化下料加工，加快出图及加工效率并节约材料。③对锚箱加工、施工过程进行空间验证及施工模拟，预先掌握空间需求及资源配置情况，合理安排作业空间形式，并用于可视化技术交底，便于现场理解和操作，提高效率并节约资源。④通过BIM信息模型的协同应用，以信息录入共享施工动态的方式使施工、材料设备、加工等各方参与协同施工，消除信息孤岛。并对工程各工序进行可视化进度管控，合理优化各工序及各参与方工作衔接，保证施工稳步进行并保证施工质量及成本。

3工艺原理

基于BIM技术的斜拉桥钢锚箱制作安装施工技术是通过对钢锚箱结构进行三维深化设计，更为直观地表达复杂结构空间布置形式；并以自动化出图、数据交互的方式来传递结构信息以用于加工厂数字化加工，提高加工效率；在加工及施工前进行作业空间验证及施工模拟，预先发现作业中存在的问题，合理优化工艺工序；利用BIM技术集动态信息于一身的特点，进行施工协同管理及进度可视化管控，有效提高施工效率，节约成本。

4施工工艺流程

斜拉桥结构参数化建模→钢锚箱深化施工设计→索导管端口、塔壁贴合调整→出具三维、平面施工图→3D打印钢锚箱结构→数字化加工钢锚箱→施工空间验证→施工模拟→可视化技术交底→施工放线→第一节段劲性骨架安装→钢锚箱吊装→钢筋接长及编扎第一节段钢筋→安装内、外侧模板→检查签证→浇注第一节段混凝土→养护、凿毛及拆除第一节段模板→施工信息录入→进度可视化管理→重复进行下一节段施工。

4.1钢锚箱建模及深化设计

依据项目施工需要，需建立钢锚箱、塔柱、模板、机械设备等结构模型。对钢锚箱需进行深化设计，塔上索导管外端口需与主塔外壁平齐，利于模板安装，索导管端口注意需贴合紧密，控制不漏浆。主塔、拉索及机械设备建模使用Revit软件，锚箱结构建模使用Tekla钢结构软件，并在模型建立之后通过IFC格式在同一基准点进行合模。因塔壁与纵平面存在交角，索导管端口需做成斜切面，对锚箱索导管端口与主塔外壁进行空间设计，依据15组索导管空间角调整索导管端口面切割角度使之与塔壁精确贴合，使外侧模板能够准确覆盖主塔壁及索导管。

4.2出具三维、平面施工图

经对锚箱结构深化设计后，做出30组索导管结构模型，得知索导管与塔壁结合形式及索导管与锚箱侧壁结合形式。分解钢锚箱细部拼接排布情况，反映构件实际尺寸形状，精确定位切割形状。依据软件设计自动出具三维结构图及单个构件平面图，并自动统计出各构件材料清单，做出爆炸视图以用于加工及施工交底。

4.3数字化加工钢锚箱

依据软件设计自动出具三维结构图及各个单元构件详图，并自动统计出各构件材料清单。通过BIM协同平台将模型数据、图纸及材料清单提供给加工厂。通过数字化交付，加工厂提取数据后准确下料并进行数字化自动加工。并做出爆炸视图及3D打印模型以用于加工及施工交底。

4.4施工空间验证

对加工过程中锚箱内部焊接、螺栓安装以及施工中拉索安装对称索力牵引进行空间模拟验证，判断施工机具布置形式及工人操作方式，检查施工过程中的临时结构、施工设备及主体结构间的碰撞，避免作业中的空间冲突，得出合理的作业方法及流程。

4.5施工模拟及可视化技术交底

施工前，对钢锚箱施工设备的进场、钢锚箱起吊安装、混凝土浇筑及索力牵引等重要工序进行施工模拟，合理优化施工流程及资源配置。预先检查施工过程中的安全隐患及工艺疏漏，及时做出优化及改正。随后对项目班组进行三维可视化技术交底，便于其理解结构形式及施工要点。

4.6索道管的定位测量

主塔上塔柱为斜拉索锚固区。索道管的定位精度要求很高，为避免索与管口发生碰撞，规范要求其三维坐标精度≯5mm，角度偏差小于5"。为此制定了特定的测量方法，既能保证精度，效率也较高。索道管的定位采用三维坐标一体化的方法，用全站仪在塔柱两侧建立三维坐标系，通过平移再建立平行于坐标轴的竖直面，利用空间的点和面的关系，调整索道管的管口三维坐标到设计值。

4.7钢锚箱安装

钢锚箱运抵现场后，进行检查验收。钢锚箱吊装采用D800塔吊，钢锚箱采用四点起吊，按设计院加工图纸，在钢锚箱四个角点设置四个吊点。在首节钢锚箱安装之前，根据钢锚箱的安装标高，在主塔施工时，在钢锚箱对应的四个角位处先设预埋件，精确定位预埋件的位置及标高，并在预埋件上焊接导向板，以便引导钢锚箱下放及定位。在安装钢锚箱节段前，采用打磨工艺确保四个角点的钢板位于同一平面内。打磨后在钢板面画出定位点，便于钢锚箱节段的精确定位。钢锚箱节段整体吊至安装位置后，利用千斤顶进行精确调位，达到设计要求后将按设计和规范中的有关规定进行段间接缝施焊。为了控制好索道管的位置，施工时将特别设计和制造索道管的定位构架，构架上备有微调设施，可精确地调整位置。测量的手段和天气的情况是影响索道管安装定位质量和时间的主要因素，为此，我们在进行索道管的安装时，将编绘测量网络图利用先进的仪器，采用科学的测量方法，选择好适当的安装调整时间。索道管经反复测量调整合乎设计精度后，立即焊接固定。

4.8锚固区混凝土施工

首先将锚箱管封好，不能让混凝土或砂浆流入孔内，造成以后清理麻烦。塔柱混凝土的分段以爬模高度（即灌注高度）进行分段，斜拉索管道可能在此次只能被填筑部分，剩下的待下节段浇筑混凝土时才被填筑。

4.9施工信息录入及进度可视化管理

针对主塔锚固区施工进行BIM模型信息录入，并进行可视化进度管理。通过现场端口采集上传钢锚箱加工进度、施工节点时间、工程量、安全质量检查等即时施工信息，再模型集合上报文件、图纸、报告等，工作人员可在平台中进行查阅及审批，并对现场施工状态直观了解，动态控制。加工厂及现场也可通过移动端查看平台下发的信息指令，结合模型与实际组织落实。

5质量安全主要控制措施

①严控钢锚箱构件加工精度，保证加工误差在合理范围内，构件拼装须做好温度控制及应力应变控制。②自有设备必须经检修、试机、检验合格后，方能进场施工，外租设备在进场前，要进行检验和认可，证明能满足工程施工需要后，方可进行施工。③定人定岗，严格按照设备操作规程实施。钢构件加工厂加工需要遵照安全操作规程，切割、焊接及螺栓需专用设备及器械。④现场高空作业所有临边必须防护，脚手板用铁线固定，防止施工过程中人员及工具发生坠落。

6结论

基于BIM技术的斜拉桥钢锚箱制作安装施工新技术应用研究，探索出骨架结合知识模板的基本建模方法思路，实现了设计人员协同与并行设计，成功解决了大型桥梁锚固结构复杂空间设计施工难题，保证了桥塔有索区段施工工作有序推进，而且，知识模板不仅可以用于一个工程，对于类似工程也可以直接运用，具有较高的市场推广价值。

参考文献

[1］GB50205-2001,钢结构工程施工质量验收规范[S].

[2]龙辉元.BIM技术应用于结构设计的探讨与案例[J].土木建筑工程信息技术,2010,2(4):89-93.

[3]黄亚斌.BIM技术在设计中的应用实现[J].土木建筑工程信息技术,2010,2(4):71-78.

作者：徐雨花 单位：安徽省路港工程有限责任公司