斜拉桥索塔BIM施工研究综述

李治翰

摘要：本文旨在探讨BIM技术在赤水河大桥施工中的应用，通过对传统塔柱钢筋的装配式施工进行改进，利用Revit概念体量法构建通用索塔模型，并结合Navisworks等软件的二次开发，提出一种基于数字化技术的桥梁索塔锚固区钢筋组装优化方案，以期达到更高的效率和更好的安全性。

关键词：BIM，斜拉桥，数字化施工

0. 引言

过去几年，中国的经济取得长足的进步，人民的生活水平不断提高。中国一直致力于促进和平，不断拓宽对外合作的领域，努力提升自身的经济能力。中国还采取措施，努力减少东中西方的经济不对等，从而推动中美贸易的稳定。随着我国交通规划的不断完善，桥梁的作用日益突出。斜拉桥因其出色的抗拉能力、精确的设计、精致的外形、低廉的成本而备受青睐，成为当今桥梁建设领域的佼佼者。由于先进的计算机科学与材料的发展，桥梁的建造也在持续改善。这些改善使得桥梁的建造能力得到了提升，并且对其设计与建造提出了更严格的要求。

1. BIM技术在斜拉桥施工应用的基础概念

1.1 BIM的概念

Building Information Model（bim）是一种模拟三维建筑的技术，它能够提供准确的、可靠的、可视化的数据，包括几何图形、施工进度、工种、人工工资等，从而帮助企业更好地管理和控制建筑项目的成本和质量。BIM不仅仅局限于编写程序，而且还能够创建三维建筑模型，它是一种基于数据交互的技术，能够有效地将建筑物的各个阶段的信息进行分类整理，并且能够快速有效地实现预测。

BIM技术的广泛应用为斜拉桥的设计、施工、运营和维护带来了极大的便利，它不仅能够更好地控制项目的整个生命周期，而且还能够实现信息的共享，使得项目的管理更加高效、精准。通过三维模型，您可以在设计阶段就获得精确的结果，并且在购买过程中，可以利用这些信息来精确测量桥梁的强度和尺寸，同时还可以进行光学分析。可以检查有关相关材料强度等级的信息，如材料的制备、砂浆和钢筋信息。

1.2斜拉桥的基本概念

斜拉桥由一系列独立的塔楼、支撑架以及拉索组成，它们通过拉动拉索来支撑整座桥的重量。截至2013年，这种桥的种类繁多，从H型、倒Y型、A型到菱型，都可以满足桥梁的需求。

斜拉桥是一种极其复杂的静力结构，其强度及施工技术因桥梁类型而异，因此，在进行斜拉桥强度分析时，必须首先确保桥梁处于合理的形状，以保证其承受的应力分布均衡。

2. 国内外BIM技术研究现状

Singer D[1]等人利用贝叶斯网络算法，将BIM技术与人工智能技术有机地结合起来，以便更好地识别和收集桥梁BIM模型中的工程信息，为桥梁的概念设计提供可靠的参考依据和理论支撑； Sarker B. R.[2]通过将劳动力、施工机具、材料等参数整合到BIM模型中，Marzouk M[3]等人利用数学模型和实际工程数据，实现了对桥梁工程项目的全面模拟，从而有效地估算出成本，并且实现了桥梁BIM-4D信息的整合。对于国内，李建成[4]提出将BIM 与先进技术相结合，例如计算机模拟和虚拟报告，使用BIM软件的碰撞原理，找出施工过程中的设计和冲突问题。李桓[5]等基于众多的学术论言和实地工程的探索，制定了BIM虚拟施工技术解决计划，并实现了新的规划系统。

3. 本工程施工中面临的问题

赤水河大桥施工区域在西部山区深切峡谷，混凝土养护条件差，易开裂；索塔施工线形受环境等因素影响大，塔柱施工高空作业量大，人员数量多，作业时间长；作业监管难度大，信息传递渠道单一，应急救援难度大。塔柱采用钢筋装配式施工，但目前工业化钢筋生产成型工艺并不成熟，同时塔塔柱为变截面，增加了钢筋装配化施工难度。

此外索塔等大型节段钢筋整体吊装没有取得成功，其中一点原因是它们没有可靠的安全保障，以及索塔的结构更加复杂，其中包括多层（3-5层）的竖向钢筋，以及更加紧凑的分布，这些都使得每一个节段的钢筋都更容易受到外力的影响，从而导致它们的变形和重心位置的变化。

4. BIM技术解决施工问题的措施

4.1参数化建模

BIM建模技术的核心在于参数化建模，它将建筑物的各个部分的关联性转换成一个可以被计算的模型。Revit构件是构建这个模型的基础，它们包括模型部件、标准部件和特定视角的部件。通过参数化，可以根据施工图纸和施工计划的数据制作桥梁。在对斜拉桥进行参数化建模之前，需要对包括梁、边缘、桥梁、基础、楼板、电缆线等在内的组件进行划分。采用参数化的方式来指导构造，不仅能够调整物体的外观，还能够有效地避免重复的构造步骤，极大地提升构造的效率。

4.2索塔核心模型建立

斜拉桥的桥塔建模。使用公制结构框架梁和支撑标准结构族样板创建简单的支撑梁结构族。我们通过将尺寸规格参数添加到几何图元的几何图元中来创建几何图元笼模型。通过创建和加载族模型，以及放样、融合等操作，可以构建出各种不同的钢锚梁形状，并且可以调整尺寸、形状和材质的参数，从而实现更高效的建模。

4.3碰撞检查

NavisWorks软件允许您执行碰撞测试，如硬碰撞、保守硬碰撞、间隙和中继器。本工程采用硬冲击式进行桥塔碰撞检测。首先，使用NavisWorks软件对斜拉桥进行全面的模拟，探索其中的潜在结构及其所处的环境，进行碰撞试验，最终形成准确的碰撞分析报告。通过这种方法，可以及时发现设计计划或施工阶段的潜在问题，并对沟通计划进行沟通和调整，从而减少重启项目所花费的时间、材料和人工设备的超额成本等，进一步提高施工效率。

4.4施工优化

对锚固区钢筋进行优化，如对竖向钢筋对接、钢锚梁安装、竖向钢筋与横向钢筋排列等施工过程进行优化。得出数字化施工优化方案与可视化现场交底，为同类索塔钢筋施工提供借鉴。

5. 结语

BIM 的普及为建筑行业带来了巨大的变革，它不仅促进了科学的设计与施工，而且为未来的交通基础设施提供了更多的选择，拓宽了行业的视野，为未来的施工提供更多的机遇。

参考文献：

[1]Singer D.Knowledge based Bridge Engineering-Artificial Intelligence meets Building Information Modeling[C]. Poland: EG-ICE Workshop on Intelligent Computing in Engineering,2011:1-10.

[2]SarkerB.R.,Egbelu P.J, Liao TW,et al.Planning and design models for construction industry: A critical survey[J]. Automation in Construction,2012.(22): 123-134.

[3]Marzouk M, Hisham M.Applications of Building Information Modeling in Cost Estimation of Infrastructure Bridges[J]. International Joumal of 3-D Information Modeling.2012,1(2):17-29.

[4]李建成. 建筑信息模型与建设工程项目管理[J]. 项目管理技 2006,01:58-60.

[5]李恒. 建筑业发展的强大动力:虚拟施工技术[J]. 中国建设信息,2010,2.