BIM技术在智慧梁场生产线T梁预制施工中的应用

朱霖

（杭州市交通工程集团有限公司，杭州 310008）

摘要：结合杭州弯地区环线并行线G92N（杭甬高速复线）宁波段二期甬绍界至小曹娥互通段项目智慧梁场生产线T梁预制施工经验，利用BIM技术创建30m标准预制T梁三维信息模型，在施工图纸会审、钢筋碰撞检查、施工技术交底、预制成品检验、梁板架设等方面应用。

　　关键词：智慧梁场；生产线；预制T梁；T梁信息模型；BIM工程应用

1绪论

建筑信息模型（Building Information Modeling）是建筑学、工程学及土木工程的新工具。BIM技术的应用在国外起步较早，BIM技术的优势及应用价值也比较明确并且得到广泛的认可。中华人民共和国住房和城乡建设部于2017年05月04日发布《建筑信息模型施工应用标准》国家标准（编号：GB/T51235-2017），自2018年1月1日起实施。在国内BIM技术在房屋建筑板块的应用相对较广，但在交通运输领域尚处于起步阶段，因此如何使用现有BIM软件与桥梁施工结合并在实践中应用是我们所面临的创新与挑战。

2工程概况

　　由杭州市交通工程集团有限公司承建的杭州弯地区环线并行线G92N（杭甬高速复线）宁波段二期甬绍界至小曹娥互通段项目，项目起点桩号为K0+000，位于浙江省宁波市余姚与绍兴市上虞交界处，接杭绍甬高速（G92N杭州湾地区环线并行线）杭州至绍兴段工程终点；项目终点桩号为K14+391.159，位于宁波市余姚小曹娥镇人和村，接在建的杭甬高速复线宁波段一期工程小曹娥互通起点，路线全长14.391km，其中主线桥全长13.850km，其预制T梁总计5986片（30m T梁5291片、27.5m T梁224片、25m T梁471片）。预制T梁梁高2.0m，中梁翼板宽度为170cm，边梁翼板宽度为182.5cm，梁肋腹板底宽50cm，端部腹板厚度为50cm，中间腹板厚度为20cm，T梁设置5道横隔板，如图1。T梁预制及现浇段设计标号均为C50混凝土。本文以30 m标准T梁为例，采用Revit软件对T梁混凝土、钢筋、波纹管进行精细化三维建模，在预制T梁施工阶段利用BIM技术进行工程量统计、施工图纸会审、施工技术交底、碰撞检查、成本管控、施工模拟等方面。

图1 30mT梁立面图

3 预制Ｔ梁智能生产线简介

本工程以标准Ｔ梁（30m）为主，且数量较大，为提升梁场专业化、标准化及智能化水平，研发出基于“施工工序区域固定、流水线施工”的预制新模式：通过智能移动式台座将钢筋骨架绑扎胎架区、浇筑区、蒸养区、预应力初张区有机的串联在一起，实现工厂化流水线作业的Ｔ梁预制施工。智能生产线核心区域为“移动台车＋固定液压侧模＋蒸养窑”，使T梁预制生产中以固定流水节拍，在钢筋存贮、加工绑扎区、浇筑区、蒸养区及预应力初张区建立车间覆盖（4*38m大跨径，每车间布设4条生产线），如图2示。产业工人在固定区域、固定时间进行专业化做业。结合智能化施工需要，同步研发出一套结合物联网、云计算、大数据等技术的信息化中枢管理平台，集成梁场生产管理、物联数据集成、设备智能控制、智慧大屏指挥等，软硬件数据信息综合集成及分析，相比传统梁场更自动化和智能化。

图2 生产车间

4 建模软件选择

4.1 建模软件选择

目前国内市场用于桥梁工程的BIM平台软件有美国的Bentley和Autodesk , 法国的Dassault , 芬兰的Tekla以及McNeel公司的Rhino。通过对各软件在相关领域的优势及局限性进行对比，综合考虑对桥梁BIM适配程度，最终选取美国Autodesk公司的Revit软件做为本项目30m标准预制T梁模型的建模软件。

4.2 Revit软件的优势
　　Revit包含丰富的工具和功能，且允许通过调整参数来快速生成T梁模型，提高了建模效率，保证了模型的准确性。支持“布尔运算”，方便拆解复杂造型构建，简化建模工作。其中最大的优势在于Revit对于模型之间相对位置关系的处理机制不需要反复进行约束，这一点在对T梁钢筋建模及碰撞检查的工作当中体现出极大的便利性。同时Revit其具有强大的建族功能和简单流畅的操作界面，并且Revit具有较好的三维视觉效果，尤其是结构钢筋。在钢筋建模及定位的过程中可以在六个方向上不受约束的自由移动，通过平面或修改高度或起止点等参数精确定位，如若相邻的钢筋产生位置冲突（重叠），相关钢筋会即刻产生偏移即反映出问题所在。如若使用嵌套族的方式进行模型创建，Revit也支持碰撞检测功能，从面可以发现T梁模型中的潜在冲突和碰撞问题。此外软件内置了许多造型的钢筋半成品，方便工程师快速创建。

5 建模思路及建模方法

30m标准预制T梁结构复杂，钢筋种类繁多且分布密集，预应力孔道线形复杂，Revit软件无法自动生成预制T梁模型，所以选择Revit建族功能进行三维建模。

为准确还原T梁外形细节及其内部钢筋分布，将对T梁实体结构及内部单体钢筋进行单独“族”模型的建立，最后采用“嵌套族”的方式进行组合，并逐一排查其结构问题，在正确理解30m标准预制T梁施工图后，主要步骤如下：

（1）启动Revit并设置项目参数：打开Revit软件，创建一个新的建筑结构项目。根据项目需求，设置适当的单位、坐标系和模板。

（2）创建T梁族：在Revit中，可以通过创建自定义族来模拟T梁。选择“族”选项卡，然后选择“新建”>“族”，开始创建T梁族。在族编辑器中，根据T梁的外观特点，可在T梁纵向上将其分为：剖面有马蹄形的部分、形状渐变的部分、剖面腹板位置等宽的部分以及横隔板、齿块部分。分别使用“拉伸”、“融合”等工具绘制T梁的轮廓后创建模型实体，并定义其尺寸参数。单体钢筋通常采用放样的方式绘制其圆柱形剖面和路径即可。

（3）放置T梁：完成族创建后，将其载入到项目中。以T梁实体结构的边界为基准，按照实际需求，在适当的位置放置钢筋族，调整钢筋的长度、位置和高度。也可结合阵列、镜像等工具快速增加钢筋到其对应位置。

（4）按照预应力孔道的尺寸和线形建立预应力管道族，并将其导入到项目中进行安放，最终生成含有混凝土实体、预应力管道、结构钢筋的30m标准预制T梁的三维信息模型。

（5）进行碰撞检查和优化：使用Revit的碰撞检查功能，检查T梁与其他结构元素之间是否存在冲突。根据检查结果，对模型进行优化调整。

（6）导出和共享：完成建模后，可以将模型导出为所需的格式（如IFC、DWG等），以便与其他软件或团队成员共享。

6 BIM技术在智慧梁场生产线T梁预制施工中的应用
　　6.1工程量统计
　　通过对30m 标准预制T梁建模，对T梁构件输入相应的工程属性，这些属性在需要的时候能够被计算机自动抽取，分门别类地进行相应统计和报表归类。

6.2施工图纸会审
　　基于BIM图纸会审是在三维结构模型中进行的，建模过程中，对照设计院给出的二维施工图纸进行精细化建模，可以很直观地发现图纸不合理的地方，准确发现设计成果中内容缺漏、表述不清、相互矛盾等。对于错误之处予以更正，对于设计意图不明之处，提出解决意见。
　　30m标准预制T梁建模过程中，审查图纸的问题主要是预应力管道与腹板钢筋及马蹄钢筋的冲突，翼缘板负弯矩处的预应力管道与翼缘板钢筋存在的碰撞问题。
  6.2施工技术交底

传统的技术交底采用设计院下发施工图纸（平面图纸）进行施工技术交底，难以表达复杂的T梁结构，预制班组也难以理解技术人员的交底内容。通过三维结构模型能真实再现施工过程，将每个施工细节通过三维软件展现出来，提高了施工人员的工作效率，使工程施工变的更加简单，能有效的将施工技术通过三维模型传递给施工人员。

为了让施工技术交底更简单清晰，避免出现交底不全面或T梁预制班组出现理解误差，本项目30m标准预制T梁的施工利用BIM可视化的特性进行三维技术交底，30m标准T梁三维结构模型图如图3。尽可能的帮助T梁预制班组理解交底内容与施工意向，更准确、高效的完成工作。

图3  30m标准预制T梁三维结构模型图

施工技术交底的内容包括：①30m标准预制T梁所用钢筋的型号、数量、形状、间距等；②预应力管道的直径、数量及位置（管道坐标）等；③锚夹具型号、规格及数量等；④30m标准预制T梁混凝土结构几何尺寸、截面变化位置及细部结构。
　　6.3 碰撞检查
　　在施工中存在大量的物体位置干涉问题，严重时还会造成返工等严重后果。原因是二维绘图需要通过不同的图纸去表达各个层次的信息，但对于图纸信息的汇总缺乏有效的手段，人的经验判断能够解决的问题却有限，复杂的空间关系往往难以凭借脑海去定量分析。

Revit具有碰撞检查功能，检查T梁与其他结构元素之间是否存在冲突。根据检查结果，对模型进行优化调整。预制T梁的碰撞检查包括钢筋与钢筋的碰撞检查及预应力管道与钢筋的碰撞检查。施工图纸中钢筋均采用“·”表示，未考虑钢筋直径问题所带来的影响。在Revit软件中，按照设计图纸绘制钢筋模型如图4示，并且按设计位置准确位。将模型导入至Navisworks软件中，通过软件的碰撞检查功能，找出钢筋与钢筋之间的碰撞位置。
　　预制T梁的预应力管道既有正弯矩管道，又有负弯矩管道，线型既有直线又有曲线，尤其是翼板处的负弯矩管道，数量多且线形复杂。将模型导入至Navisworks软件中，可精确地找出预应力管道与钢筋之间的碰撞位置。
 

图4  30m标准预制T梁三维钢筋模型图

碰撞检查是预制T梁施工中的一项重要内容，通过建立预应力管道与钢筋的模型，可从中发现设计图纸中存在的碰撞问题，根据碰撞检查结果对预制T梁钢筋进行调整，并得出调整后的钢筋设计图纸。优化后的设计图纸能显著减少施工过程中的钢筋安装问题。一般施工图中都会标注：如果预应力钢束及锚具与梁板钢筋发生干挠时，可以适当移动钢筋位置。

6.4成本管控
　　依据碰撞检查优化后的预制T梁的三维信息模型，可避免按设计图纸下料而造成的钢筋浪费问题；另外预制T梁中内有预应力管道与钢筋，利用Revit软件中的明细表功能，计算出钢筋总量与总体积（含波纹管孔道所占的体积）。将模型族导入项目中通过计算，得出预制T梁的设计方量，施工过程中据此通知砼拌和站控制拌和数量，避免超拌造成的浪费。

6.5 施工模拟

运用BIM技术建立起来的桥梁工程信息模型，能够有效反应模型对象中各个结构之间的关联特征，工程技术人员可以通过调整相应的参数来观察模型结构或功能变化，收集相应数据后专业工程技术人员就可根据数据信息进行技术测算以进一步完善工程设计或工程管理。同时在实际施工过程中，如果遇到工艺问题也可通过BIM的仿真模拟技术做出相应规划和调整，从而优化施工图纸或完善施工工艺，进一步促进桥梁工程质量提高。
5结束语
　　利用BIM技术在Revit软件中将混凝土、钢筋及波纹管等集成在一起，以三维可视化的方式将其空间关系表达清楚，再利用Navisworks软件的碰撞校核功能对产生冲突的构件进行检测，最后进行优化调整。该应用为本项目30mT梁预的工程量统计、图纸会审、施工图技术交底、碰撞检查、模拟施工等方面得到了很好的应用，同时也为设计优化提供了一种新思路及新方法，在施工过程中能大大减少返工、提高工程质量、节约工期，最终带来的是项目经济效益的提升。通过杭甬高速复线项目所得出的经验成果可在同类工程中推广应用。

参考文献：
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