京张铁路转体连续梁桥BIM应用

近年来，随着BIM基本理论和应用实践的大力推广，BIM在桥梁施工中的应用已越来越广泛。在桥梁工程施工阶段应用BIM可达到 建立资源计划、控制资金风险、降低施工成本 和 提高施工效率 的目的。新建京张铁路 新保安高架特大桥 (40+56+40) m转体连续梁桥 跨京包铁路，施工难度和危险性系数较高，为有效确保转体桥安全顺利施工，在施工阶段中采用BIM技术，通过应用BIM三维可视化技术交底、材料工程量统计、四维虚拟施工模拟、三维设计出图及碰撞检查功能，有效提高了工程精细化管理水平，加快了工程施工速度，确保了工程安全施工，为类似工程BIM应用提供一定的参考和借鉴。

图1 京张铁路新保安高架特大桥连续梁成功转体、合龙

工程概况

新建北京至张家口铁路是 京津冀一体化建设 的重点工程，是我国举办 2022年冬奥会 的快速通道。京张铁路新保安高架特大桥转体连续梁设计为一联 (40+56+40) m 预应力混凝土桥，该桥跨越京包双线铁路，与既有铁路交角 55° ，桥梁基础采用桩基础，桥墩为圆端型实体墩，上截面为变截面单箱单室结构，在 370#, 371# 主墩顶设置转动球铰，主梁在平行于京包铁路两侧采用悬臂灌注法施工，浇筑完成后形成2个 54 m 、重量分别为 2600 t 的T构，通过采用墩顶转体法转体 55° 实现合龙。

BIM原因

该转体桥是国内时速 350 km 高速铁路 第一座采用墩顶转体 的连续梁，靠近临近既有线施工，采用墩顶转体施工难度较大，施工危险性系数较高。采用BIM技术可提前模拟连续梁桥现场施工，分析施工危险源，提高施工安全性；同时，还可精确提取材料消耗量、三维可视化技术交底、三维设计出图，提高项目精细化管理水平，加快工程施工速度，降低工程施工成本。

BIM应用

1 关键构件精细化建模

球铰是转体桥的核心构件，在工程施工中球铰安装顶面任两点高差不能大于 1 mm ，中心纵横向误差不能大于 1 mm ，施工安装精度要求较高。为确保球铰安装精度，在施工阶段，利用 Revit 对球铰构件进行精细化建模， 见图2 ，通过利用 1:1 的精细化模型，对工人进行三维可视化技术交底，确保球铰施工质量满足施工要求。同时，为确保挂篮安装顺利，提高挂篮安装速度，对菱形挂篮进行 精细化建模 ， 见图3 ，并对模型进行拆分，对施工人员进行安装顺序说明，有效确保挂篮安装质量，提高挂篮安装速度。

图2 球铰三维立体可视化模型

图3 挂篮精细化模型

2 材料工程量统计

新建京张铁路转体连续梁桥的计价模式为 工程量清单计价 ，且均采用 综合单价形式 。材料种类繁多，数量庞大，常规管理较困难。利用 BIM材料工程量统计功能 ，在桥梁施工阶段，分别对桥梁的钢筋、钢绞线、混凝土总量和阶段性材料消耗量进行统计，以工程总量作为现场施工材料采购的控制指标，有效控制材料浪费，降低工程施工成本，为实现物资材料精细化管理提供依据。

3 BIM可视化技术交底应用

BIM在可视化施工方面的应用主要表现在：利用 3D模型 展示建筑工程实体构件。新建京张铁路通过利用 施工图纸+可视化模型 技术 、 BIM模型与移动设备结合 、 BIM模型+施工工艺文档 ，以3D实体模型对施工人员进行技术交底， 见图4 ，使管理人员和作业工人深刻领悟设计意图，掌握施工方法，从而避免因理解错误造成的返工现象，大大提高了工程交底效率。

图4 三维可视化技术交底

4 施工方案比选

京张铁路转体连续梁桥 0# 块支架可选择 满堂支架 ( 见图5 )和 预埋牛腿临时支架 ( 见图6 )两种施工方法，针对转体桥 0# 块支架施工，提前利用BIM对满堂脚手架和预埋牛腿临时支架两种施工方案进行对比模拟分析，通过BIM对两种不同施工方案的动态模拟，综合分析两种不同施工方案材料消耗量(由BIM直接导出)、工程施工成本，最终确定连续梁 0# 块采用 预埋牛腿临时支架 施工较合理。

图5 满堂脚手架施工

图6 墩身预埋牛腿支架施工

5 BIM施工模拟

BIM技术可进行 3D、 4D 虚拟施工模拟，新建京张铁路转体桥采用BIM技术，首先对项目的重难点关键施工工序，主要包括球铰安装工艺、挂篮安装施工工艺、转体连续梁桥0#块支架施工工序、边跨及中跨现浇段施工工序进行了细致的 动态模拟 ；其次将桥梁整合模型与工期进度时间结合，实现了基于时间维度的四维虚拟施工模拟，通过模拟达到了合理配置资源，及时了解施工进度的目的。

图7 球铰安装施工动画模拟图

（1） 转体桥核心构件——球铰安装施工模拟

转动球铰施工安装精度要求较高，为了使施工作业人员明确施工流程、保证施工精度，建立球铰转盘、上下球铰等参数模型，对球铰安装进行施工动态模拟，保证施工质量和进度， 见图7 。

（2） 挂篮安装施工工艺模拟

挂篮安装风险性系数较高，为提高挂篮安装速度，确保现场施工安全，利用BIM技术预先对挂篮三维立体拼装进行演示，并详细分析挂篮各部位型钢参数、梁柱节点加固方式，使现场施工人员明确安装注意事项，确保施工安全。

（3） 转体连续梁桥0#块支架施工模拟

在建立0#块支架模型的基础上，重点对支架的安装过程进行动态施工模拟， 见图8 ，通过模拟演示使施工人员充分理解支架施工过程和质量卡控点，确保临时支架施工质量。

（4） 边跨及中跨现浇段施工动态模拟

为细化、规范边跨及中跨现浇段施工，重点对边跨及中跨合龙段施工进行三维动态模拟演示， 见图9 ，提高了边跨及中跨工程施工质量。

（5） 4D施工进度控制与分析

结合项目实际工期安排，通过BIM进度模型，综合评估施工进度情况，使项目管理人员及时发现施工滞后问题，及时采取措施，进行纠偏调整。

图8 转体连续梁桥0#块支架施工模拟

图9 边跨及中跨现浇段施工动态模拟 6 碰撞检查

碰撞检查 是BIM技术的关键应用点之一，结合建立的三维模型和项目的实际需要进行设计碰撞检查，碰撞检测包括整体桥梁的检测和部分构件间的检测，通过检查发现 0# 梁段腹板与转体反力墩存在碰撞冲突，同时，利用 Navisworks 软件对钢筋及钢绞线模型进行碰撞检查并生成碰撞报告，通过提前发现碰撞点，合理调整钢筋及钢绞线安装位置，避免后期返工。

京张铁路转体桥项目，通过应用BIM排除了 95% 的图纸错误，避免了 90% 的返工，提高了 10% 的施工进度，减少了人、材、物的浪费，工程施工质量、安全管理水平显著提高，大幅提升了公司精细化管理水平，节约成本约 50万元 。同时，依托BIM顺利实现了国内时速 350 km 高速铁路第一座采用墩顶转体连续梁桥的顺利合龙，极大地树立了公司的外部形象，取得了良好的经济和社会效益。

参考文献

孙龙华，《BIM技术在京张铁路转体连续梁桥施工中的应用》

来源：铁路BIM联盟

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