基于BIM技术的山区超宽特大拱桥质量管理技术研究及应用.pdf

2023 年第 7 期126基于BIM技术的山区超宽特大拱桥质量管理技术研究及应用郑鹏鹏 贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵阳550001彭艳雯 北京建工集团有限责任公司总承包部，北京100055闫振海 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司，北京100088摘 要：山区桥梁建设有着自身地理环境特点，整体向“更大、更长、更柔”方向发展，面临建设过程质量管控问题。本文以团结特大桥为研究对象，采用理论联系实际的思路，系统地研究了基于BIM技术的山区特大型拱桥建设期质量管理技术，建立质量管理体系，通过BIM技术进行虚拟建造做到事前预防，通过工序报验和质量安全隐患排查做到事中管控，通过统计分析功能做到事后分析。结果表明，运用BIM技术可有效弥补传统二维模式下质量管理不足，极大提高项目的建设质量。关键词：拱桥；BIM技术；质量管理；信息化；可视化中共中央、国务院印发数字中国建设整体布局规划，进一步明确了各行各业的发展方向。交通基建领域尝试通过新型 BIM、人工智能、云计算等技术推动行业转型升级，提高基建项目建设的质量和效率，以期高质量完成数字交通的建设。山区桥梁建设需考虑山区地形、地质及水文特点，且建设过程面临许多技术和管理问题，亟需技术革新。对此，刘占省、来猛刚对智能制造技术发展现状与未来趋势进行了研究，闫振海等对上承式钢管混凝土拱桥 BIM 模型技术和管理技术进行了研究，赵伟等对平塘特大桥斜拉桥进行了 BIM 管理技术的研究。很多学者在桥梁 BIM 技术研究方面开展了很多工作，但在山区超大型拱桥建设期质量管理技术方面的研究还不够深入，不成体系。本文旨在依托贵州仁遵高速公路团结特大桥项目，开展基于 BIM 技术的山区超宽特大桥质量管理技术研究及应用，以实现“提质、增效、降本、溯源”目标。1 质量管理体系建立桥梁工程建设是一个需要考虑山区施工环境、机械设备投入、人员管理协调等的系统工程，其中质量是系统工程中的决定性因素。传统的质量管理体系多为二维化、纸质化的线形模式，整体管理效率较低。本文依托 BIM 及信息化技术建立了新型质量管理体系，见图 1。质量管理体系分为事前预防、事中管控和事后分析三部分。其中，事前预防主要利用 BIM 三维可视化特点开展三维可视化模型的建立、图纸校核、工程量校核、施工模拟和深化设计，旨在提前发现设计阶段潜在的质量问题，得到真正用于施工的模型；事中管控主要是通过质量三检制度管控生产过程中每道工序的质量，同时通过质量安全隐患排查实书籍1.indb 1262023/7/28 18:38:35技术应用127现质量风险的管控；事后分析主要是针对质量数据进行统计分析和三维模型可视化分析，可有效指导项目质量管理重点。2 基于 BIM 技术的山区超宽特大 拱桥质量管理技术2.1 项目概况团结特大桥主桥为上承式钢管混凝土拱桥，主跨径 410m，桥梁宽 38.25m，位居同类型桥梁前列，引桥采用标准跨径的 40mT 梁结构，全桥总长1448.5m，是仁遵高速关键性工程，见图 2。图 2 团结特大桥三维模型2.2 事前预防团结特大桥根据自身钢结构特点，选用最适合钢结构的 BIM 软件TeklaStructures。在团结特大桥 BIM 技术路线的顶层设计下，根据最新的施工图纸，结合现场的施工组织设计，建立不同精度的BIM 模型，见图 3。图 3 团结特大桥 BIM 模型模型建立完成后，为使模型“物尽其用”，需根据不同的应用场景建立不同精度的模型，如工程量复核、碰撞检查、施工模拟、图纸校核和钢结构深化设计等。（1）工程量复核。团结特大桥项目部充分利用BIM 模型优势，合约部利用既有 BIM 模型进行团结特大桥混凝土、钢结构等工程量的核算，校核计量的工程量清单，以便控制项目造价。团结特大桥严格按照施工设计图建立 LOD300 模型，利用 TeklaStructures 软件进行混凝土和钢材用量统计。通过与施工设计图进行对比得出：团结特大桥引桥、主桥桥面系、帽梁工程量基本相同，团结特大桥主拱圈施工设计图工程量与模型工程量相差 5785.8kg，占主拱圈图纸工程量的 0.00059%，具体数值见表 1。表 1 工程量校核汇总表工程部位图纸数量/（kg/m3）模型数量/（kg/m3）差值/（kg/m3）百分比/%团结特大桥引桥下部结构117818.5117818.500团结特大桥主桥拱上立柱2741941.52739632.8-2308.7-0.08%团结特大桥主拱圈立柱帽梁931165.7931165.700团结特大桥主拱圈9733607.49727821.6-5785.8-0.06%团结特大桥桥面系主梁867750.8867750.800（2）碰撞检查。利用团结特大桥主桥和引桥模型，对关键复杂位置（如钢筋）进行碰撞检查，及时发现事前预防BIM 三维模型建立工程量校核碰撞检查施工模拟图纸校核深化设计是否满足施工要求质量安全隐患排查专检复检自检质量三检事中管控质量管理体系事后分析统计分析统计报表三维可视化分析图 1 质量管理体系书籍1.indb 1272023/7/28 18:38:352023 年第 7 期128可能存在的问题，记录并反馈给设计院，将设计阶段的质量问题扼杀在摇篮，减少对施工影响。对团结特大桥 40m 标准 T 梁、拱座、交界墩劲性骨架以及钢筋进行三维建模，运用 TeklaStructures 软件自带的碰撞检测功能，对劲性骨架及钢筋进行碰撞检测，发现在搭建过程中存在 8 处钢筋和劲性骨架碰撞问题。（3）施工模拟。利用搭建完成的团结特大桥 BIM模型，结合团结特大桥的工程项目特点及施工组织设计，将团结特大桥拱桥的拱座施工、节段卧拼、立拼及吊装的施工重点难点做成可视化的交底动画，及时发现施工方案存在的技术问题并进行优化。（4）图纸校核。团结特大桥因工期紧任务重，处于边设计边施工状态，故项目的设计图纸质量得不到保证，需通过 BIM 技术解决图纸可能存在的设计问题。团结特大桥共统计出图纸问题 10 余处，并及时进行了修正，防患未然。（5）钢结构深化设计。团结特大桥为山区超大型拱桥，拱桥位置的构造极为复杂。项目借助 BIM 技术进行钢结构深化设计，深化设计内容包括每一个节点构造、加工过程的预拱度等；以三维模型为基础，实现深化设计模型布置图、构件图以及零件图各类清单的出图算量。2.3 事中管控（1）质量三检。质量三检是对施工过程中的每道工序进行检验，由现场班组发起并自检，施工员进行复检，质检员进行专检。责任到人，记录每道工序的验收时间、验收人、验收意见以及影像资料，严控施工过程质量。质量三检是现场实际进度数据的主要来源。（2）质量隐患排查。团结特大桥项目部管理人员通过 BIM 协同管理平台形成多部分参与、现场检查、线上手机端发起隐患排查、线上整改、线上验收的新型质量管理模型，效率得到很大的提升；采集到的质量隐患数据与三维模型的关联定位，以“冒泡”形式体现，即有质量问题的部位会出现“冒泡”，形象直观。2.4 事后分析项目人员仅需完成质量安全隐患排查、质量三检等基础性工作以及传统的内页资料整理工作，台账可由 BIM 管理平台后台自动完成，极大减轻了项目人员工作量。工程人员仅需完成质量安全隐患排查工作，系统便可对采集的质量安全隐患数据进行三维可视化分析，能有效指导下一步工作，例如可查看产生质量问题较多的部位，下一步就重点管控该部位，见图 4。图 4 三维可视化分析3 结语本文通过基于 BIM 技术的山区超宽特大拱桥质量管理技术研究，并进行了工程实例验证，得出如下结论：BIM 技术的使用可有效检测设计阶段存在的质量问题，减少对后期施工带来的质量隐患，做到事前预防；基于 BIM 的信息化管理手段，通过质量三检和质量安全隐患排查，可实现施工中的质量精细化管理；BIM 技术的使用，可极大地提升传统质量管理效率，达到提质增效降本溯源的目的，助力桥梁产业转型升级。参考文献1 来猛刚，杨敏，翟敏刚，等.桥梁工业化智能建造J.公路，2021，66（7）：195-202.2 闫振海，张胜林，赵伟.大小井特大桥 BIM 技术应用研究J.公路，2019，64（9）：152-158.3 赵伟，张胜林，闫振海平塘特大桥 BIM 施工管理研究J.公路，2019，64（7）：178-183.书籍1.indb 1282023/7/28 18:38:36