数字管理的化零为整——基于BIM技术的公轨两用大跨径悬索桥施工控制技术
发怒的小摩托
2023年01月20日 09:05:51
来自于桥梁工程
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泸州市沙茜过江通道(城东长江二桥)及连接线工程,起于现国窖长江大桥东桥头茜草立交,经茜草半岛后跨越长江,终点止于成自泸赤高速公路收费站,路线全长约6.25km。


泸州城东长江二桥是全线主要控制工程,桥梁全长1016m。其中,主桥为双塔单跨板桁结合加劲梁公轨两用悬索桥,采用跨度为576m的钢桁梁悬索桥;主跨桥东西两侧边跨桥均为4×55m混凝土连续箱梁桥;主塔采用门形框架式结构;东、西两岸锚碇均为重力式锚碇;钢桁梁沿桥纵向分为51个节段,主桁采用两片主桁的纯华伦桁架(三角桁),主桁中心间距16m,桁高11.335m。


在项目建设阶段,引入BIM技术辅助工程建设周期内应用,服务项目建设过程及交付的相关工作,实现了工程建设过程中的数字化管控,提升了项目成果的质量和优化性,以及建设过程的效率,为今后的同类项目建立数字化及实施流程范本。


该项目采用Autodesk系列Civil 3d、Revit、Navisworks建模平台进行BIM建模和数据整合、分析,针对项目桥梁、结构物数量多、结构复杂等特点,将对模型进行合理拆分,使模型的浏览和引用更顺畅。最后,在可视化展示技术方面应用Lumion,对模型进行渲染和三维形象展示。


 
 

模型部件示意图


具有针对性的建模优化


ZP5承台西侧污水管

迁移模拟


ZP5(西索塔)承台左侧有一道DN2000的污水管,由于此污水管部分段落已侵入ZP5-1承台结构范围内,在进行ZP5承台开挖施工时,靠近污水管一侧放坡时此污水管也在放坡开挖范围内。综合考虑,现需对此范围内的管线进行改移,共需拆除原51#污水井1座,污水管60.44m;新增污水井2座,新增污水管51.225m。改移后,管线坡度与原有管线坡度一致。通过施工模拟,对施工人员进行技术交底,明确施工步骤,防止了因技术交底不明引发的安全事故,并优化相关施工方案。


西引桥施工区域

高压电塔影响模拟


高压电缆上跨西引桥施工区域,与引桥在高程上有足够的距离,所有起重作业均在高压电塔下方进行,但大型起重设备、泵车等在施工时需要足够的竖向施工空间,在机械设备选型等方面,需要考虑高压电缆的影响,保证施工机械与电缆有足够的安全距离。


利用测量数据建立高压电塔、电缆与引桥施工相对位置的模型,模拟施工过程中可能的施工机械布置及其运作情况,分析存在的施工风险。主要的模拟施工情况包括,拌和站及西引桥车辆运输、西引桥靠近电塔范围内的长臂吊车以及泵车施工情况、塔吊的正常使用情况等。通过模拟其施工时机械臂的运作情况,分析得到机械与电塔和电缆之间可能的最小距离,如果不满足安全距离要求,可在施工前及时更改施工机械型号,或在施工现场做好警示,提前对施工安全风险做出应对,优化施工方案。


桥墩桩位复核


在BIM建模时,提前发现了部分桥墩之间产生冲突的问题。通过对全桥桥墩桩位进行复核,找出桩位坐标设计值与BIM值之间的偏差,及时发现设计图纸错误,提升了施工水平,减少了返工。


 

桥墩桩位复核


工程量统计


针对项目中的异形构件,以建设项目施工二维平面设计图纸为蓝本基础,运用建筑信息模型技术将各专业构件智能转化,构建建筑项目三维信息模型,进行相关工程量统计与核算,排除人工误差,为项目控制施工成本提供精确的量化数据。


将BIM模型结合零号清单及工程WBS拆分规则,把全线施工图深入拆分形成独立的唯一的构件编码体系,可与计算机深度结合,快速统计各分部分项工程量,并可结合周报日报进度计划提前进行物资报量,保证80%以上的用材做到有条不紊的可控。


 

钢桁梁M0梁段工程量统计


利用BIM

减少不必要返工


钢桁梁安装模拟


项目前期通过模拟主桥钢梁安装情况,将原来平面化、静态化的施工步骤,生成初步动态模拟视频,辅助方案汇报,使安装方案形象化。


采用缆载吊机进行钢梁架设,缆载吊机只能垂直起吊,然而基于BIM技术分析可知,S07-N07钢梁伸出水平距离最大可达1.93米,已安装的梁段斜腹杆会挡住吊装梁段的上升路线,斜腹杆只能后安装。为便于安装斜腹杆,可利用镂空的临时支撑作为定位支架进行安装。


 

钢梁安装模拟——安装侵限示意 

 

钢梁安装模拟——斜腹杆临时存放示意


锚碇大体积混凝土

施工温控


在分层浇筑锚碇时,因其体积过大,施工现场无法精确观测混凝土内部的温度,操作不当则容易出现混凝土开裂现象。


在混凝土浇筑过程中,通过温度传感器,每隔一段时间对各层混凝土结构进行温度测量,并将混凝土结构内外表面的温度数据上传到云端BIM模型,可以得到锚碇各层混凝土结构的温度分布情况,并根据冷却水管进行同步降温。


 

锚碇温度实时显示


猫道与引桥碰撞检查


即将完成锚碇施工时,通过对猫道模型平面图纸进行校对,发现猫道所占用范围与引桥主梁建设范围重叠。通过BIM技术检测出重叠范围,提前对引桥主梁进行修整,从而减少施工返工。


根据分析数据得知,西引桥空缆线形碰撞范围为K1+434.86-K1+442.85,成桥线形碰撞范围为K1+424.85-K1+431。综合以上数据可知,在猫道搭设完毕至主桥完工的时间段,中西岸猫道将与西引桥第一联发生碰撞,碰撞范围为K1+424.85-K1+442.85,长度为18m。为安全性考虑,引桥连续梁现场设置预留后浇段,建议将预留长度加长到20m,避免了碰撞,减少不必要返工。


 

猫道与西引桥碰撞检查——猫道与西引桥碰撞模拟

 

猫道与西引桥碰撞检查——引桥预留后浇段


水下地形危险性分析


钢桁梁架设拟采用水运的方式,但是主桥位置地处长江著名的小米滩,周边礁石密布,运输难度大。


为保证项目运输船和定位船的安全性以及项目工期,结合厂商提出的特种船舶吃水深度参数、船舶技术参数,以及海事局提供的水下复测地形数据,在软件中模拟复原了水下三维地形,对桥梁西岸的梁体运输进行了水深危险区域分析,分别就226m~228.5m临界水位进行模拟,红色区域为低水位下的危险区域,直观输出成坐标点位,用于现场船舶进行数据参考,辅助项目分析同水位下运输的可行性,顺利通过专项评审。同时,为东岸清淤提供支持,快速计算轮船抛锚点,辅助运输船安全运输路径的确定,为主桥安装方案中的运梁方案的确定提供数据支撑。


 

不同水位下危险区域模拟


以成本为核心

建立集成管理


数字管理平台


以进度为主线,成本为核心,利用IoT、BIM、大数据、AI等核心技术,通过软、硬件系统,汇总数据进行整合集成,实现建筑实体、生产要素、管理过程的全面数字化,为项目提供生产提效、管理有序、节约成本、风险可控的项目数字化解决方案。


利用基建生产管理系统,以总控计划管控整体任务及人、材、机投入,施工计划按周细分,每日更新完成情况。做到计划任务闭环、精细化管控,从而做到事前科学派分计划。其次,通过广联达移动技术、云平台技术,让现场人员发现质量、安全隐患,手机直接拍照上传,指定整改人、劳务队整改。云+手机移动端的模式,大大提升了现场安全、质量管理人员工作效率。通过筛选可得到隐患类型、问题部位的分布情况等,未销项问题可追溯到单位及个人,督促整改处理,实现过程跟踪管控。在技术管理模块中,将图纸、变更、方案、交底文档及三维交底模型上传至系统,可通过二维码展示,实现各方人员一部手机行天下,资料随时查随地查为辅助,解决了多作业面、多作业班组交叉作业管理难的问题。


智慧工地


现场安装了智能广播、视频监控、智能水电表、智能烟感、wifi教育、临电箱检测智能硬件设备。将现场运行数据和工地情况实现可视化管理,帮助提前发现隐患提前治理,并能利用监测数据进行决策分析,实现智能化管理。


数字化展厅


将项目静态展示转化为动态展示,融入互动技术,增加参观者之间的信息互动,融入了交互性的多媒体展项,实现数字展厅和用户之间的交流互动,使提供的内容、信息丰富多彩。


 

泸州城东长江二桥数字化展厅


通过使用BIM技术提前解决位置构件碰撞冲突、模拟主缆受力分析,避免返工,杜绝材料浪费。在BIM决策系统下部署了基坑监测,及大体积混凝土测温两项内容,及时监测温度与沉降情况,高质量完成锚碇施工。使用BIM技术提高了钢梁吊装效率及精度,为方案编制提供了技术支撑,并顺利通过专项方案评审。基于BIM集成,解决各参与方作业队伍多、作业点多而散、现场施工管理难度大、工期紧张的问题,降低了组织协调难度。


建立了以BIM应用为载体的项目管理信息化,提升了一体化项目的生产效率、提高了整个建筑的质量、缩短工期、降低建造成本。加强了施工中一体化管理,从质量、安全、进度、创新全方面对全生命周期过程中的分包队伍管控。


后续还将把BIM运用于桥梁运维管理,丰富BIM应用范围,为其余相似项目提供借鉴,提高整个工程的质量和管理效率。

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