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BIM技术在杭黄高铁建德东站现浇梁支架中的应用
日期:2017-10-29 15:14  来源:铁路BIM联盟/佚名  点击:321

杭黄高铁建德东站站场地形地貌复杂,桥墩高度变化大,18种浇非标准箱梁型式各异,支架搭设、拆除、周转施工组织难度大,可采用Revit建立支架贝雷梁BIM模型进行三维审查细化支架布置方案,三维技术交底,工程材料数量提取,虚拟推演施工过程,4D施工进度动态控制,材料周转方案优化,采用Midas. civil进行力学分析计算,优化支架设计方案,确保支架布置形式合理,支架结构安全稳定,为实现支架施工过程的安全控制、质量控制、进度控制、成本控制提供了一种基于BIM技术的解决方案。

工程概况

杭黄高铁建德东站位于浙江省建德市杨村桥镇,施工范围DK133 + 908. 74-DK138 + 019,正线长度4 110. 26 m。其工程有以下特点。

涉及非标准现浇箱梁共计18种,梁宽变化复杂,有单线变双线,双线变三线,双线变四线,道岔梁,切边梁等各种形式的简支梁、连续梁。

站内涉及3座大桥或特大桥的地势高低起伏变化大,陡然起坡,部分挖方设桥,部分桥墩高达30 m 。

支架设计标准断面类型多达9种,每一种对应的贝雷梁、钢管等材料数量差异较大。

标段合同工期短,仅11个月,时间紧,任务重,要求高,难度大。

因此,应用BIM技术进行三维交底,精算材料工程量,模拟施工过程,优化材料周转方案,4D动态控制施工进度,应用Midas. civil优化支架设计方案,确保站场施工安全、质量、进度、成本达到预期目标。 


图1 建设中的杭黄高铁和建德东站航拍

设计方案

本标段现浇梁梁体结构形式多样,梁跨及梁宽均不相同,相应荷载大小不一。根据支撑箱梁的荷载变化情况和截面形式变化情况,采用手算与清华大学结构力学求解器相结合的方法确定支架设计标准断面布置形式,完成建德东站所有支架的初步整体设计方案。然后采用Midas. civil 2012软件建立支架贝雷梁力学计算模型,进行钢管、贝雷梁等重要支撑构件检算,并进行钢管桩稳定性分析,建立风作用下钢管支架的横向稳定性分析网。支架各构件力学性能与结构整体稳定性均要能满足设计要求,保证大桥支架安全稳定,受力合理。为下一步BIM三维建模工作的开展奠定力学基础。 


图2 支架整体受力模型

三维建模

1  流程与思路

流程如图3所示,构建思路为:严格按照支架方案设计详图1:1建模,按照承台位置定平面位置,参照各承台顶面标高,建族实现各变截面空心桥墩、临时承台桩基、钢管、桥墩预埋钢板、连接螺栓、钢管横向联结结构、钢管纵向联结结构、砂筒、双拼I40b型钢垫梁、321型贝雷梁、I20b型钢分配梁、方木、竹胶板、箱梁,将族文件导入并安放在正确的位置,实现整个桥梁支架贝雷梁的模型的组装构建。 


图3 支架三维模型构建流程

2  模型特性

模型建立具备如下特性。

准确性。模型构建准确性体现在严格按照施工图精准定位永久承台桥墩平面位置与高程,严格按照支架设计详图精准定位临时承台位置与高程,精准定位安装钢管,精准定位预埋桥墩钢板。

精细化。模型构建精细化体现在将支架设计详图中的所有零部构件一一以建族形式清晰呈现,Revit模型所见即所得,细化到每一个微小的螺栓。

建族参数化。建族时设定参数变量,相同或者类似构件可以通过修改参数快速生成。

清晰的可视化效果。模型清晰,视觉效果良好,细节上的展示真实感强。

更新维护简易化。根据实际情况变化,模型可以随时修改调整更新。由于建族参数化程度高,通过修改参数可以简单方便的实现模型的更新维护。 


图4  32 m简支箱梁支架模型

BIM应用

1  深化设计方案

支架设计方案采用二维典型剖面图控制,由于箱梁之间横向间距太小,在按照支架设计方案三维建模过程中,可能会出现贝雷梁重合,钢管位置冲突,贝雷梁在变截面处一端临空,摆放不到双拼I40 b型钢垫梁上等问题。三维建模过程中能发现这些问题,然后对应采取解决措施。

2  三维技术交底

利用三维BIM模型,通过计算机连接大屏幕投影720度无死角向工人展示虚拟施工对象,对照BIM模型一边讲述施工难点、重点、关键技术点、易出错点,一边实时操作放大缩小模型的细部结构构造,多角度全方位立体化呈现设计方案,帮助工人正确理解设计意图,建立预施工对象的感性认识,避免错误施工发生。 


图5 细部连接构造模型

3  精细材料用量

建立精细化三维建模后,利用Revit提取工程材料数量,形成支架工程量采购清单,其量精确到每一个螺丝。采用BIM技术统计材料用量,不但有整体材料统计工程量清单,还有分联、分跨、分孔统计的工程量清单,可以实现快速提取计算汇总任意精确材料用量。配合项目部向零库存材料管理目标靠近。 


图6  40b双拼工字钢、贝雷梁、20b工字钢模型 


图7 150 mm x 100 mm方木、20b工字钢模型

4  虚拟施工

在实际施工实施前利用BIM模型在Revit软件中进行施工模拟。根据各跨桥墩的实际施工进度,预先详细安排现浇梁的工期。根据现浇梁工期进展,提前逐根安放钢管、贝雷梁、现浇箱梁,逐跨逐孔推演施工过程。结合工程施工经验,工程师虚拟过程中提前考虑相关问题,并一一提出解决预案。

5  动态控制施工进度

在计算机显示端动态模拟施工进度,直观的获取立体进度计划,在同一时间节点观察施工场地和位置是否合理,是否存在冲突,形象展示工程变化情况。通过4D动态模拟控制进度计划,分析各施工时间节点的人工、材料、机械设备需求量的变化,为人工、材料、机械设备的进场退场决策提供基础数据信息。

6  优化材料周转方案

材料周转利用时,精细化材料工程量信息以及4D动态控制进度计划信息非常关键,可结合工程实际进展状况,列出材料由第几孔现浇梁向第几孔现浇梁周转的详细方案,通过计算分析比较相邻两孔现浇之间的工程材料差值,提出周转实施的可行性,并列出详细周转孔之间的材料补充量清单或者材料富裕量清单。一方面确保材料周转的可行,另一方尽量提高每一套支架、贝雷梁、模板的周转次数,实现材料周转方案的合理优化,充分利用支架、贝雷梁、模板等材料。材料的周转优化方案也是动态变化的,根据现场的实际情况可以增加或者减少周转材料的套数,以满足目标工期的要求。 


图8 动态模拟演示

运用revit的建族功能可以实现精确构建支架贝雷梁全桥整体三维信息模型,可以实现精确提取支架贝雷梁等临时工程的材料量,可以通过虚拟施工预先分析查找施工中的问题,可以实现工程进度的动态控制,对照三维模型和横道图分析进度计划的合理性,分析人工、材料、机械设备动态的需求变化,为其进场退场的决策提供参考依据,同时为材料的周转优化方案实施提供基础性信息。缺陷是如果BIM模型所占内存空间过大,施工战线拉得太长,在计算机上显示的效果就无法保证,因此无法实现多座大桥的支架信息集成。

【责任编辑 Judy】

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