金沙江双线特大桥全长1637.72m,位于云南楚雄元谋县,桥梁跨越金沙江、乡村及深山沟谷。大桥是改建铁路成昆线永仁至广通段扩能工程控制性桥梁工程之一,也是云南省目前在建铁路桥梁墩最高、跨最大的桥梁。
项目位置——元谋金沙江
起止里程
DK640+663.78—DK642+301.5
跨径组合形式
10×32m+(40+64+40)m连续梁+
10×32 m+(42+72+42)m连续梁+
(84+144+84)m连续刚构+4×32m+1×24m+6×32m
金沙江双线特大桥连续梁最大跨度144m,混凝土浇筑最大体积3731.5立方米,施工要求标准高、工期紧、施工过程复杂、难度大,运用BIM技术主要解决以下关键问题:
大桥最深设计桩长65m,建立详尽的BIM三维地质地层分布模型信息,为施工方案选择、打桩钻头选取及打桩工艺决策提供信息化参考依据,确保桩基础工程顺利进展
构建内部钢筋模型、钢结构模型、预应力管道模型、冷却水管模型,为内部结构空间碰撞检查提供支持,对117m高墩关键施工工艺进行仿真模拟,将施工过程以可视化动态展现,确保控制性关键工序的有序推进
运用DELMIA进行人体工学仿真分析,对高墩临时施工安全结构进行模拟,对高墩混凝土浇筑风险源进行分析,有效排查安全隐患,为工程项目的安全、文明施工保驾护航
为进一步加强施工过程管理,实现施工标准化,管理精细化,运用BIM技术预先研究施工方案的可行性,分析物资、设备配置的经济性,确保桥梁施工过程安全可控,通过BIM进行仿真演示,施工进度动态模拟,确保大桥安全、质量和进度全面受控
软件的选用对项目实施有决定性作用,要根据实际情况,合理选用、配置相关BIM系列软件
部分BIM软件特点:
鲁班
针对房屋建筑工程,有丰富的实践经验与应用价值点,基于云技术的BIM平台为用户提供极大便利
Autodesk
针对房屋建筑、水暖电安装,采用Revit建筑、结构和机电系列,在工用与民用建筑中占有大量市场
Bentley
针对石油、电力、医药、化工领域的工厂设计,也能解决市政、水利、桥梁、道路等交通运输工程领域BIM应用与管理问题
金沙江双线特大桥项目选用Dassault系列软件及其平台
Dassault软件及平台特点:
基础建模软件CATIA能实现空间线形复杂的任何结构的建模,且建模精度高,能满足复杂变截面高墩以及变截面连续梁的精细化建模
CATIA建模参数化程度高,结构形状相似的墩台、主梁可采用参数设定实现一次建模多次运用,即建一个变截面桥墩,就可通过修改参数实现所有类似桥墩的建模
三维仿真软件DELMIA功能强大,能进行桥梁关键施工工艺与施工过程的仿真
各软件在项目中的应用范围:
CATIA
桥区地质、地表模型构建
桥梁三维施工模型构建
施工机具模型构建
桥梁模板、挂篮模型构建
DELMIA
承台、墩身、连续梁施工仿真
桥梁四维施工仿真
全桥模板倒运仿真
3DVIA Composer
承台、墩身、连续梁及全桥模板倒运的三维技术交底
施工信息管理平台
整合桥梁结构信息、施工信息、人员机具信息及施工方案等
地质BIM模型构建
利用CATIA建立地质BIM模型,将设计院提供的地表点云数据导入,由点构成线,由线构成面,形成地质分层表面。
根据地质勘查报告,获取各地质岩土层的分层厚度信息,按每隔20m间距的精度采集地层岩层厚度数据,生产带有厚度的地质总模型。
全桥BIM模型构建
模型构建严格按照设计院给定点位高程进行,与设计尺寸呈1∶1的真实比例关系。其建模整体思路是先根据桥梁线形、高程信息搭建空间骨架,再在相应的位置精确定位构建桥梁,最后在已经建立好的地质模型上精确组装完成整体BIM模型。
细部钢筋混凝土模型构建
根据桥梁构件细部钢筋图、构造图建立细部钢筋混凝土模型,进一步深化、细化建模精度,为下一步进行碰撞检查奠定基础。
施工机具BIM模型构建
构建桥梁施工过程需要用到的各种施工机具模型,为下阶段运用DELMIA进行施工工艺仿真工作奠定基础。
通过大量精细化建模工作,为下一步BIM应用夯实基础,BIM模型的丰富程度、精准程度在一定程度上决定着BIM技术服务项目是否能够取得成功。
桩基施工方案选择与优化
准确构建地质结构分层模型,提前相对精确地获取地层地质分布的厚度与深度信息。地质坚硬打桩困难区段,原则上选用冲击钻成孔;地质相对软弱、土层深厚利于施工的,采用旋挖钻或者正循环钻进成孔。详尽的三维地质地层分布模型信息立体展示地层空间分布状况,帮助技术人员全面掌握地质变化情况,为不同桩位处深基础的施工方案选择,打桩钻头的选取以及打桩工艺决策提供信息化参考依据。
施工图纸校核与工程材料用量核算
构建桥梁三维施工模型,既可直观展示桥梁的整体结构,又可检查设计图纸存在的问题,建模的过程就是将二维施工图纸转化成三维BIM模型,在此过程中将设计图纸尺寸严格复核,直观简单查找出设计中存在的错、漏、偏、差问题。
三维技术交底
三维技术交底相对于传统二维技术交底更加直观,提高了技术交底的效率。通过三维视角的交代,交底工作不再是枯燥深奥难懂的施工图纸加似懂非懂文字叠加,而如同放电影似的直观简单有趣,在头脑中形成立体印象。
将墩身空心段钢筋在空间上如何排布,运用BIM模型采用不同的颜色区分向工人交底,并提前利用视频编辑软件,将要重点阐述的钢筋编号、类型、直径和形状标识出来,在工地为了移动方便可以利用iPad向工人播放提前制作好的视频,进行移动三维技术交底工作。
4D施工进度模拟
4D施工进度模拟是指将BIM模型构件与相应的施工进度计划安排关联,使其施工过程能够随时间动态模拟演示,在可视化状态下,工程技术人员能够直观了解分析项目进展及其时间节点状况,分析4D施工进度计划,可以预估施工高峰期和关键工期节点,从而提前针对施工高峰期配置更多的材料、人员、机械和设备。
碰撞检查
由于桥梁工程不像房屋建筑工程那样拥有水、暖、电、土建等各种专业,不同专业之间单独设计,在管线综合时不可避免的出现空间位置冲突,而桥梁结构较为单一,对于桥梁结构的碰撞检查,一般是指桥梁结构内部钢筋混凝土或者钢结构与预应力管道、冷却水管等内部管道之间的空间位置干涉。
关键施工工艺仿真
通过仿真,一方面对施工工艺进行验证,对重难点施工方案进行优化和调整,确保施工方案准确无误;另一方面通过仿真再一次对现场作业人员进行动态三维技术交底,提供现场操作的动态指导,实现了施工技术交底的直观化和生动化,提高工程师与工人之间技术交流沟通的效率。
安全风险预警
金沙江双线特大桥BIM项目在墩身施工仿真中发现作业人员在安装外模板时,因原设计平台宽度较窄,操作困难且有坠落的风险,为保证作业人员人身安全,将三角支架平台宽度由原来的0.4m调整为0.6m。
利用人体工学原理,采用DELMIA进行仿真分析时,发现工人在紧固外模螺栓操作作业时,其脚将悬空出支撑范围,整改后支架宽度为60cm,再次采用DELMIA进行仿真分析,工人的身体可以全部位于支架范围之类,更好地保证了工人操作空间,为工人安全施工保驾护航。
BIM技术在金沙江双线特大桥项目实现了桥梁施工过程4D动态模拟控制、设计图纸的三维校核、工程量的精细化核算、承台墩身等重点难点施工工艺的仿真,借助BIM进行了三维交底、危险源辨识、安全风险管理,取得良好的应用效果。未来,信息管理平台还将增加工程量统计、施工过程5D管理等相关应用内容。
主要内容来源:
陕西铁路工程职业技术学院
中交隧道工程局有限公司(铁路BIM联盟成员单位)
蒋平江,杨凯,等.
BIM技术在金沙江双线特大桥施工中的应用研究.铁道标准设计.
(铁路BIM联盟文章,转发请注明出处)
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