包揽国家级BIM大奖近10项，香溪河斜塔斜拉桥BIM技术应用实践

湖北省兴山县交通建设既是“十三五”交通运输发展规划的重要组成部分，也是推进兴山、秭归旅游集散地建设和当经济发展的重要保障。兴山县峡口香溪河大桥工程结合昭君携琵琶出塞的历史文化，桥塔创新设计为“琵琶形”斜向主塔，充分体现出兴山县的地方文化特色，为国内首创。

 

该项目建成后，将在香溪河左岸形成以峡口货运港为中心的鄂西矿产物流重要节点，在香溪河右岸形成以峡口旅游码头为中心的三峡、神农架水陆旅游集散地，大大缓解峡口集镇的交通压力，同时进一步完善“两坝一峡”、“两山一江”景区及周边区域交通网络设施，对推动鄂西生态文化旅游圈及当地经济发展，具有重要而深远的意义。

（图1：项目开工仪式）

 

二、项目概况

 

2.1

工程概况

 

香溪河大桥为单索面斜塔斜拉桥，地处昭君故里湖北兴山县，大桥跨径为(90+238)m+(2×15)m，主塔高度126m，塔身顺桥向倾角10°，采用“琵琶”型斜塔造型，与当地昭君文化呼应，造型美观。

 

项目建成后将分流峡口镇街道过境及港口运输交通，彻底解决优势航道资源不能充分利用的瓶颈问题，极大的提升该区域的路网通行能力及服务水平，为兴山县的发展建设打下坚实基础。

（图2：项目效果图）

 

2.2

工程重难点

 

Ø  主塔由椭圆、圆曲线、直线段相互衔接过渡，顺、横桥向各部分尺寸均不相同，塔内箱室尺寸相异，顺桥向宽度由最小7m渐变到8.2m，横桥向宽度由最小4.5m渐变13.4m，异形曲面，结构复杂多变。

Ø  钢平台桩基位于易滑塌倾斜陡坡面上，施工工艺繁琐；

Ø  背向钢支撑安全隐患大，碰撞问题和塔柱反力架预埋件定位难度大；

Ø  主塔模板形状、尺寸变化复杂，为异形变截面弧形，加工、定位、安装十分困难；

Ø  主塔钢筋、劲性骨架、预应力环向管道布置错综复杂；

Ø  斜拉索导管空间定位随环境温度影响不断变化；

Ø  施工塔吊、电梯定位和附墙臂安装及定位困难、构件碰撞点多。

（图3：大桥透视图）

 

针对项目存在的重难点和管理需求，特引入BIM技术，对项目进行全过程精细化管控。

 

2.3

实施目标

 

• 优化分部分项工程施工组织方案，解决施工重难点，辅助施工管理，达到管理升级、提质增效的效果

• 力创湖北省建筑工程楚天杯奖（省优质工程）

• 树立行业标杆，打造品牌形象

三、BIM实施策划

 

一个相对完整的前期策划和准备工作，是保障项目BIM实施质量的重要因素之一，也保证BIM应用能真正解决项目实际问题！根据本工程实际情况完成策划方案及准备工作：应用方案策划、应用流程、BIM组织架构建设、BIM团队培训交流、职责分配、BIM实施主要工作及配备的软硬件设备等。

（图4：实施标准、方案）

（图5：实施主要工作）

 

四、BIM实施应用情况

 

4.1

模型、平台搭建

 

Ø  主体结构搭建

按照项目需要及构件建模精度LOD400等要求，把桩基、墩柱、承台、盖梁、箱梁、桥面铺装、防撞护栏、斜拉索等复杂构件进行参数化建模，并把参数化的族形成项目独特的参数化族库，以备其他项目类似构件直接参数化应用，既提高了构件应用率，又避免了类似构件二次创建带来的人员、时间成本增加。

Ø  临建措施等结构搭建

除了主体结构模型的创建，鲁班顾问团队还对临建场布、主塔钢筋（主筋）、主塔劲性骨架（两榀）、边跨现浇支架、主塔背向支撑、施工爬梯电梯及其附墙件等进行创建高精度模型。

（图6：大桥整体BIM模型）

（图7：临建场布BIM模型）

 

Ø  鲁班工程管理数字平台部署

结合系统平台的轻量化、本土化、云共享及数据资源库的完整性等诸多方面考虑，本项目选择鲁班工程管理数字平台作为本项目内部管控的协同管理平台。对项目施工信息、工程质量、施工进度、项目资料、现场安全等模块进行统筹管控。

（图8：工程管理数字平台）

 

4.2

项目BIM技术启动会

 

项目BIM技术启动会的召开，一方面是为了保证BIM技术能真正解决项目实际问题，项目将邀请集团领导（业主单位负责人）、项目经理、项目总工、项目BIM负责人及项目相关部门负责人等成员共同参会，交流项目重要节点性工程、施工重难点、针对这些问题BIM究竟能用什么办法解决或优化，大致的思路方向是怎样的。同时在交流过程中也是收集项目意愿、项目其他需求不可错失的时机。

 

另一方面是为了向项目（集团）领导汇报项目BIM策划、实施流程、前期准备工作完成情况以及进一步实施计划，让客户心里有个底，同时也表明实施团队有能力、有信心服务好项目，能为项目和客户创造价值！

（图9：项目BIM技术启动会）

（图10：项目BIM技术启动会现场）

 

4.3

图纸复核

 

鲁班顾问实施团队在BIM精细化建模过程中就准确快速的复核了施工图纸，桩基、系梁、盖梁、塔柱的定位尺寸、坐标和标高问题共70余处，并在项目前期及时提交给设计复审、变更、答复，有效的避免或减少因图纸问题造成的工程成本增加。

（图11：图纸问题报告）

 

4.4

工程量复核

 

结合本项目主塔的独特性，在创建高精度的BIM模型的基础上，形成本项目结构工程量复核报告，对工程量误差较大的构件进行分析，得出图纸问题并形成问题报告反馈给设计单位进行二次复核、提前变更，进而避免工程量问题导致的计量增加。

（图12：工程量复核报告）

 

4.5

施工重难点优化

 

✔ 钢平台施工

 

考虑到施工现场主墩桩基邻水、处于易滑塌倾斜陡坡面上，并且按照原方案：采用浮船配合冲击锤施打平台支撑护桩，以护桩为支点安装贝雷梁+型钢形成钢平台，该方案受河水水位限制较大。所以结合BIM技术对方案模拟，最后确定新方案：采用人工引孔法成孔，安装设计永久性钢护筒作为钢平台支撑护桩，并在钢护筒上设置钢牛腿作为支点安装贝雷梁+型钢形成钢平台。

 

通过BIM技术对新方案模拟预拼装，解决现场安装时贝雷梁、型钢、钢管之间的碰撞和构件尺寸不准造成连接困难等问题。并结合Midas受力验算，新方案完全符合施工要求，且节省成本约100万、工期1个月。

 

（图13：钢平台施工现场） 

 

（图14：钢平台BIM模型）

 

✔ 背向钢支撑施工

 

无索区段主塔施工中，受到主塔倾斜自重的影响，塔底会产生较大的倾覆力矩和拉应力，所以需要在主塔背侧采用背向大直径落地钢管支架作为临时支撑，并采用千斤顶顶压来平衡倾覆力矩。其中解决背向支撑、斜拉索、塔吊碰撞问题和反力架预埋件、斜撑小管穿梁构件埋设定位问题就是方案研究的重点。

（图15：背向钢支撑施工措施模型）

 

由于原方案背向钢支撑欲采用八字形落地搭设，但其斜撑落地占地面积大，征地拆迁较为困难；所以鲁班顾问实施团队和项目总工通过BIM技术与Midas结合，分别对新方案的初步设计进行施工模拟、应力分析、优化设计，最终采用部分钢支撑落在桥面上的形式，完全满足现场施工要求，还能解决构件碰撞合理性问题以及预埋定位等问题，并且新方案比旧方案减少钢材约340吨，也减少了支撑占地面积，节约成本约153万，减少工期一个月。

（图16：背向钢支撑BIM模型）

（图17：Midas风荷载施加图）

（图18：背向钢支撑现场施工图）

 

✔ 主塔模板施工

 

主塔塔身整体在空间上呈“扭曲”变化，也就决定了主塔模板为异形变截面弧形形状。塔身模板均不相同，下塔柱采用定制钢模板施工，其加工、定位、安装十分困难，传统施工方法模板无法周转，施工成本高且施工质量难以控制，安全风险极高。需对钢模板深化设计，增加模板拼接周转使用次数，并准确定位模板安装位置；此外，中上塔柱施工采用爬模施工方法，结合可调模板，实现变截面施工，在保证施工质量及安全的前提下，提升施工效率，合理节约工程成本。

 

✔ 主塔钢筋、劲性骨架施工

 

主塔塔身空间内布置有钢筋、劲性骨架、预应力环向管道、斜拉索导管等，结构错综复杂，所以鲁班顾问团队应用Revit及Tekla软件分别创建了126m主塔的钢筋模型（主筋），以及上塔柱斜拉索导管布置密集处的劲性骨架模型（两榀），并对相关工程量进行校核，对量差较大的钢筋进行分析形成问题报告，提前反馈给设计复核。另外还做了上塔柱复杂节点处的碰撞检测，提前预测钢筋与各种管件间的碰撞点200余处，优化解决了大部分现场钢筋绑扎和各种管道安装问题，减少返工，提高了施工效率。

 

✔ 斜拉索施工

 

桥塔两侧各有17对共68根斜拉索，梁上布置在中央分隔带上，每对斜拉索核心间距2m，塔上预埋位置均在上塔柱，且受主塔特殊造型及环境温度等因素影响，斜拉索导管空间定位就会产生一定偏差。应用BIM技术提前模拟出温度偏差前后的斜拉索索导管空间位置，保证斜拉索施工定位准确。

 

✔ 塔吊、施工电梯施工

 

无索区段下塔柱采用背向钢支撑平衡法施工，共有3组钢支撑，梁上梁下空间位置极为有限，塔吊、施工电梯、爬梯定位和附墙臂安装、定位是控制难点。

 

 

 

经过三维演示显示，原方案附墙件长度过长，影响整体稳定性，且两组爬梯与施工电梯影响背向钢支撑布置；经过探讨对比研究，形成新方案，不仅节省了梁上空间资源，优化了塔吊位置，也避免造成塔吊、爬梯与背向钢支撑之间的冲突以及附墙件过长导致的整体稳定性差的问题。

 

 

 

4.6

工程管理数字平台应用

 

✔ 构件信息、二维码管理

 

本工程引入鲁班基建管理系统，进行数据集成和质量安全进度资料等方面的平台化管理。并且平台会对所有构件以唯一的“二维码”进行全面覆盖，也方便将二维码打印出来，张贴在现场构件上，只需扫描即可快速知晓项目构件施工情况。此外，只有安装鲁班工场APP并在后台授权的成员才能看到项目内部信息资料，未授权或者其他软件扫描只能查构件基本信息。这也保证了项目重要资料数据的安全性。

 

 

 

✔ 施工进度管理

 

将构件与项目计划进度与实际进度相挂接，并通过电子沙盘模拟对进度进行对比分析,明确关键工序超前滞后情况，为项目进度决策调整提供有力依据。

 

 

✔ 资料文档管理

 

利用管理平台中的资料管理模块，创建了项目资料管理树，对各个部门技术方案、检测报告、应急预案等资料进行分区精细化管理，目前已形成电子档案千余份，实现了借调有痕迹，资料可追溯！

 

 

✔ 质量安全协同管理

 

项目采用鲁班协同管理软件（PC端+移动端），可对现场发现的质量、安全问题进行实时发起，要求相关人员进行整改并反馈，以形成问题整改的闭环，可有效提高问题整改效率。

 

(图37：移动端+PC端质量安全协同管理)

 

4.7

BIM+VR应用

 

将本项目现场三维场景与VR设备相对接，同时融入高空作业、机械伤害、高空坠物伤害、现场急救等安全体验项目，定期开展VR体验和安全技术交底，提高项目管理及施作人员安全意识，也保障了该项目自开始进场到现在持续保持零伤亡事故。

 

五、BIM综合效益分析

 

BIM技术在本项目产生的综合效益，主要是从BIM基础常规应用、项目重难点优化解决、BIM精细化管理以及BIM奖项荣誉等方面分析，具体效益如下：

 

• 模型创建、图纸会审：解决图纸问题70余处；

• 复杂节点碰撞分析：解决硬碰撞问题100余处；

• 优化解决六大方面施工难题：水上钢平台施工、主塔背向钢支撑设计优化、可调模板施工、施工电梯塔吊施工及主塔钢筋劲性骨架复核等；

• 目前在BIM技术及项目精细化管理的辅助下，节约工期约60余天，综合效益达270余万元;

• 荣获国内BIM大赛奖项近10项。

 

 

六、总结

 

兴山县峡口香溪河大桥工程是中交第四公路工程局有限公司第一个斜塔斜拉桥项目，也是第一个利用BIM技术进行方案优化、统筹管理的斜塔斜拉桥试点项目。本工程自2020年4月以来，鲁班实施顾问始终秉承专业敬业、认真负责的态度服务好项目，并结合以BIM技术为核心、鲁班工程管理数字化系统为平台的管理模式，为项目直接或间接产生了至少270余万元的经济效益，得到了项目及集团公司领导的肯定和赞扬，也为项目公司以后的BIM发展打下了良好的基础。下一步将继续挖掘BIM技术在项目全过程中的应用和价值，利用BIM技术推进工程数据化施工、信息化运营、平台化管理。最大化提高项目施工质量，避免或减少返工和误工，节约工期降低成本。

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