0 引言

　　BIM就是一个三维建筑数据库，能集成大量建筑信息，且具有高度可视化、数据化、信息化等特点，实现了工程项目管理模式的全面升级与革新。近年来，BIM技术在国内的发展非常迅速，在许多大中型工程建设项目中，BIM技术都得到成功应用。但目前BIM技术的应用主要还集中在房屋建筑领域，在市政桥梁工程中的应用却很少。本文结合苏州中环快速路工程高新区段二标段高架立交互通桥梁段施工，探究基于BIM技术的高架立交桥梁施工的模拟与优化。

　　1 工程概况

　　本文以苏州中环快速路工程高新区段二标段钢箱梁及钢护栏施工(312国道—玉山路南)为依托，利用BIM技术模拟金枫路立交互通段钢箱梁吊装施工。金枫路立交互通桥位现场共可分为5层，由下向上分别为:第1层为路面道路，第2层为北环高架西向延伸快速路，第3层为ES,WN立交匝道，第4层为NE,SW立交匝道，第5层为金枫路主线。本次施工工程内主要为3～5层钢箱梁，共有3层与4层4座连续钢箱梁匝道和5层1座钢箱简支梁。

　　主线高架钢箱梁为等截面简支钢箱梁结构，共1联，跨径为50m，梁高2.0m，钢箱梁宽25.5m。第3层为ES,WN立交匝道，包括E匝道、G匝道各1联，均为3跨连续钢箱梁桥，匝道跨径长度均为(45+65+45)m，共计155m，钢箱梁横截面为单箱结构，桥梁道路中心线处梁高2.2m，横截面顶部宽10m，底部宽7.06m。第4层NE,SW立交匝道包括F匝道、H匝道各1联，均为3跨连续钢箱梁桥，匝道跨径长度均为(50.5+65+50.5)m，共计166m，钢箱梁横截面为单箱结构，桥梁道路中心线处梁高2.2m，横截面顶部宽10m、底部宽7.06m。

　　2 工程实施难点

　　2.1 吊装施工工期紧，道路通行不能中断

　　金枫路立交互通段钢箱梁吊装施工时，原有路面道路和北环西延快速路交通不能中断，整体吊装施工工期为1个月，在如此短的工期内，吊装任务十分重，如何在有限的工期内提高钢箱梁吊装施工质量成为本项目最大难题。

　　2.2 钢箱梁起重量大，桥梁吊装高度高，预制钢箱梁安装难度大

　　本工程高架立交施工期间，由于原有交通不能中断，所以采用钢箱梁拼装吊装的方案进行施工，部分梁段跨度较大，钢箱梁分块长度最长约48m，整体吊装起重量达250t。而且由于本项目是高架立交互通桥梁段钢箱梁吊装施工，多达5层，所以4层钢箱梁匝道吊装施工高度达24m，钢箱梁起重量大、起重高度高、安装质量控制难度大。

　　2.3 现场施工场地狭小，施工组织难度大

　　本工程场地狭小，而吊装作业区域相对集中，场地内各类施工机具较多，而且由于钢箱梁自重大，需采用650t履带式起重机进行吊装作业，对大型起重机械的行走路线必须提前进行规划。所以，施工过程中钢箱梁拼装场地的布置、起重作业区域的划定、履带式起重机行走路线的选择等均是吊装作业难点。

　　3 工程BIM综合实践

　　3.1 三维模型构建

　　传统的高架立交互通桥梁施工图纸由一张张平面图组成，很难快速、直观地反映桥梁的空间构造情况，所以工程师们往往须耗费大量精力研究图纸，在平面图的基础上编制方案，由于缺乏直观效果，往往在施工中会出现错、漏、碰、缺的情况。随着BIM技术的发展，运用Catia软件建立高架立交桥梁BIM 3D模型，桥梁构件的尺寸、梁段之间的空间位置关系，以及施工场地内大型起重机械设备的作业空间等都能被直观反映出来。利用Catia软件建立的苏州中环快速路工程高新区段二标段高架立交桥梁的整体模型，包含编制钢箱梁吊装施工方案需要的各类参数，包括梁段的长度、高度，3,4层匝道的空间关系，起重机的作业空间，梁段拼接场地空间等。利用该BIM模型，工程师可快速、直观地分析出复杂立交互通桥梁施工的重、难点，大大提高工程管理效率(见图1,2)。

　　3.2 施工方案模拟

　　将已建立的高架立交互通桥梁BIM 3D模型导入Navisworks软件，利用Navisworks软件对施工方案进行4d施工模拟，可快速、直观地发现吊装施工方案中存在的问题，并指导现场施工。

　　图1 基于CAD的立交互通平面  

　　图2 基于Catia的立交互通三维BIM模型 

　　本例中，对金枫路高架立交互通桥梁的3层WN匝道和ES匝道、4层SW匝道和NE匝道钢箱梁吊装施工过程进行模拟，确定现场施工工序、钢箱梁拼接场地布置、钢箱梁起吊顺序、起吊高度、起吊作业区域规划和履带式起重机行走路线是否合理，提前发现吊装施工中可能出现的问题，采取事前控制措施，减少不必要的返工(见图3)。

　　图3 匝道吊装  

　　3.3 施工方案优化

　　针对高架立交桥梁施工复杂、预制构件多的特点，运用BIM模型实现可视化的施工过程模拟，工程师可有效分析复杂高架立交互通桥梁的匝道施工顺序、钢箱梁吊装施工的工序安排、场地布置、机械配置、空间位置等是否合理，一旦发现在施工方案模拟过程中出现问题，及时进行方案调整，并进行BIM再模拟，协助工程师快速分析吊装作业中可能出现的重、难点，指导现场实际施工，确保工程质量(见图4)。

　　3.4 施工进度优化

　　本项目高架立交处钢箱梁吊装作业工期仅为1个月，工期非常紧，利用BIM 4D施工模拟技术，将桥梁BIM模型和进度计划结合起来，以“天”为时间单位对施工进度进行模拟，并根据现场实际情况进行实时调整，分析在不同施工顺序的情况下所需工期，从而得出最佳施工方案。另外，还可充分挖掘施工潜力，对影响项目进度的重、难点进行精细化、可视化模拟，如在场地作业面的协同共享、钢箱梁进场计划、施工机械配置及安拆计划、钢箱梁堆放和焊接安排等方面对施工方案进行优化，不断重复和改进施工进度计划，获得工期最佳的吊装施工方案(见图5)。

　　图4 施工方案优化流程  

　　3.5 施工质量控制

　　由于本工程地处闹市区，施工时下部道路仍在使用，所以采用钢箱梁工厂预制加工、现场起吊安装工艺，在钢箱梁吊装过程中，存在很多质量控制难点。目前，针对钢箱梁节段安装精度的质量控制，通常情况下采用全站仪对钢箱梁的定位、标高等控制点进行测量，如果出现较大安装误差，则利用手拉葫芦等方式进行微调，直至安装精度满足要求。该吊装控制方法简单、易操作，但也存在误差易积累、控制手段不直观等缺点。通过对Catia软件的二次开发，建立BIM可视化验收平台，可做到实时录入现场钢箱梁施工信息，经过数据处理后，将现场吊装误差直观反映到BIM模型中;并通过BIM模型分析，可根据上一节钢箱梁吊装误差，为下一节钢箱梁的吊装提供数据支撑，通过调整后续钢箱梁吊装误差的大小和方向，控制匝道整体桥梁曲线的安装精度，避免吊装误差的不断积累(见图6)。

　　图6 直观反映吊装误差  

　　3.6 施工管理优化

　　持续对Catia软件进行二次开发，建立工程可视化验收平台，将工程验收工作进行数字化和信息化管理。施工单位对现场构件吊装工序进行报验后，监理工程师在平台上单击待验收的构件，可快速查询到该构件在当前施工工序下其前置工作是否全部完成并达到报验要求。现场完成验收工作后，立即将实测结果输入平台，系统将根据规范要求自动判别验收是否合格，并记录验收的人员、时间及现场实测参数。可视化验收平台中内嵌了质量验收表格，根据现场输入的数据自动生成吊装构件的偏差数据，并完成填写。检验批表格自动生成后，现场工程师可根据其结果最终确定该构件吊装施工质量是否合格并签字，质量合格构件将在平台中被显示为绿色。

　　图5 吊装施工工期优化  

　　通过BIM技术对施工方案进行模拟，可提前发现高架立交桥梁施工过程中可能出现的问题，通过对BIM建模软件的二次开发，实现对钢箱梁吊装精度的精细化控制，主动控制现场质量问题，从而减少施工质量问题的发生。同时，通过可视化验收系统，可在后台实现桥梁构件安装施工的大部分验收工作，实时指导现场吊装施工，提高管理效率(见图7)。

　　图7 可视化验收系统  

　　4 结语

　　本文以苏州中环快速路工程高新区段二标段高架立交互通段钢箱梁吊装施工为工程实例，以设计图纸等技术资料作为参考，通过建立复杂立交互通桥梁的BIM模型，运用Navisworks进行4d动态模拟，对桥梁构件吊装方案进行模拟，分析施工过程中可能出现的重、难点，合理规划有限场地内的施工布置、施工顺序、起吊高度、大型机械行走路线等，并对施工工期、工程质量、现场管理进行优化。

　　研究了采用BIM技术指导后续梁段吊装误差纠偏的方法，同时开发了基于BIM的可视化验收平台，通过BIM技术对钢箱梁吊装施工的质量进行控制，提高现场管理效率。