基于bim技術(shù)的北京新機(jī)場高速3標(biāo)施工技術(shù)研究

基于bim技術(shù)的北京新機(jī)場高速3標(biāo)施工技術(shù)研究

社會環(huán)境分析道路建設(shè)是線性的。它具有形狀復(fù)雜、環(huán)境和社會環(huán)境等特點(diǎn)。施工過程、質(zhì)量和安全難以控制。隨著BIM技術(shù)在公路交通行業(yè)的應(yīng)用不斷深入，其可視化、模擬性、優(yōu)化性、協(xié)同性和可出圖性等優(yōu)勢1項(xiàng)目現(xiàn)狀及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)北京新機(jī)場高速公路(南五環(huán)—北京新機(jī)場)工程施工第3標(biāo)段，設(shè)計(jì)起點(diǎn)為K17+091.291，位于通黃路北側(cè)，設(shè)計(jì)終點(diǎn)為K19+375.808，位于邢各莊南路南側(cè)，全長2.284km，是一座跨越既有六環(huán)主路的互通立交，包含一座主線橋和八座匝道橋。主線全部為高架橋段，上跨污水處理廠沉淀池、新鳳河、黃馬路、六環(huán)主路及兩側(cè)地方路，如圖1所示。橋梁工程上部結(jié)構(gòu)形式主要包括預(yù)制小箱梁、鋼箱梁、現(xiàn)澆箱梁;下部結(jié)構(gòu)形式主要包括樁基、承臺、墩柱、橋臺、蓋梁。本項(xiàng)目具有以下難點(diǎn):(1)高速公路配套管廊交通總工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目涉及諸多村莊、現(xiàn)況道路以及各種障礙物拆遷，雨季和冬季施工，六環(huán)路交通導(dǎo)行，以及高速公路配套管廊工程同期施工干擾等影響因素;導(dǎo)致有效施工工期非常緊張，不足1年。同時(shí)在總包方管理下，共有11個(gè)主要專業(yè)分包單位參與建設(shè)，現(xiàn)場協(xié)調(diào)管理難度大。(2)交通引導(dǎo)壓力項(xiàng)目共有六條匝道與六環(huán)路拓寬拼接;主線和其中四條匝道上跨南六環(huán)路主路，需要多階段，長期占用六環(huán)主路施工，對社會交通影響較大。(3)吊裝難度主線橋及NE匝道橋上跨新鳳河、黃馬路與沉淀池，上部結(jié)構(gòu)為鋼箱梁。受黃馬路交通車流量，新鳳河雨季汛期，跨沉淀池42m大跨度鋼箱梁吊裝難度等影響因素，對吊裝過程的時(shí)間安排、作業(yè)場地、吊裝方法、工序安排、機(jī)械設(shè)備站位等方面提出了很高的要求，不容許有失誤。(4)管廊工程與高速工程的交叉本項(xiàng)目與新機(jī)場高速公路配套綜合管廊工程2標(biāo)同期施工，且管廊路線走向與高速公路一致，管廊工程明挖和暗挖段與高速工程路基和橋梁下部結(jié)構(gòu)施工存在大量交叉作業(yè)，干擾很大。2團(tuán)隊(duì)合作平臺互通立交線性復(fù)雜，存在著平曲線、縱曲線和超高等情況，橋梁上部結(jié)構(gòu)均為復(fù)雜異形構(gòu)件;附屬工程、交通工程構(gòu)件數(shù)量龐大，模型建立和項(xiàng)目組裝難度大。團(tuán)隊(duì)采用Revit軟件為基礎(chǔ)平臺，利用“中心文件”實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)同工作(1)場地與道路工程在Civil3D中建立，包含既有六環(huán)主路和七條匝道的路基?；诘匦螖?shù)據(jù)建立場地模型，依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行路線、縱斷面、裝配的建立與編輯，得到道路模型，提取道路實(shí)體，如圖2所示。(2)橋梁下部結(jié)構(gòu)在Revit中建立，對幾何構(gòu)造進(jìn)行參數(shù)化，上部異形結(jié)構(gòu)則利用Dynamo參數(shù)化編程方法建立(3)項(xiàng)目組裝時(shí)，先設(shè)置好基點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，將場地與道路模型導(dǎo)入Revit中，利用Dynamo參數(shù)化程序調(diào)用族文件，通過讀取Excel中幾何與坐標(biāo)參數(shù)，對族參數(shù)進(jìn)行修改，實(shí)現(xiàn)一鍵式精準(zhǔn)布置，整體效果如圖5所示。3模擬與優(yōu)化技術(shù)3.1交通導(dǎo)行方案優(yōu)化北京六環(huán)主路交通流量大，本項(xiàng)目有六條匝道需要與六環(huán)路主路拼接相連，主線及四條匝道上跨六環(huán)主路，需要多階段、長期占用部分六環(huán)路行車道。為減少施工對既有交通的影響，在分析六環(huán)主路交通流量的基礎(chǔ)上，利用BIM技術(shù)，結(jié)合施工方案、施工進(jìn)度計(jì)劃安排，優(yōu)化了交通導(dǎo)行方案。將六條匝道路基與六環(huán)路拼接安排在同一周期內(nèi)施工，為第一導(dǎo)行階段;第二導(dǎo)行階段為六環(huán)路中央隔離帶處樁基、承臺、墩柱和蓋梁施工;主線和匝道橋上部鋼結(jié)構(gòu)箱梁吊裝安排為第三階段導(dǎo)行。針對優(yōu)化后的三階段導(dǎo)行，對導(dǎo)行措施包含的隔離圍擋、錐桶、標(biāo)識、安全提示和夜間燈光等進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，模擬了交通導(dǎo)行效果，如圖6～8所示。3.2鋼箱梁吊裝難度本項(xiàng)目主線橋和EN匝道在起點(diǎn)附近往南，連續(xù)跨越污水處理廠沉淀池、新鳳河、黃馬路，橋梁上部采用鋼箱梁結(jié)構(gòu)，如圖9所示。鋼箱梁吊裝為本工程主要控制節(jié)點(diǎn)，制約后續(xù)進(jìn)度安排，影響整體目標(biāo)工期，鋼箱梁吊裝難度極大，吊裝方案需重點(diǎn)考慮以下影響因素:(1)新鳳河旱季水少，可借助河道回填形成吊裝場地，待吊裝完成后挖除疏通，回填量較大。(2)鋼箱梁共計(jì)5000多t,110片，吊裝任務(wù)重，工期臨近雨季，2018年6月20日具備現(xiàn)場吊裝條件，7月10日前水務(wù)部門要求疏通河道，吊裝工期僅為20天。(3)跨沉淀池位置處為42m大跨徑鋼箱梁，受運(yùn)輸限制，需要在現(xiàn)場焊接拼裝，且吊裝風(fēng)險(xiǎn)大。綜合考慮上述問題，利用BIM技術(shù)對吊裝場地、吊車站位、吊裝工序、吊裝方法等方面進(jìn)行了模擬與優(yōu)化，具體如下:(1)吊裝作業(yè)場地優(yōu)化為確保20天內(nèi)順利完成吊裝任務(wù)，借助BIM技術(shù)對吊裝作業(yè)場地進(jìn)行分析，優(yōu)化減少了河道內(nèi)作業(yè)場地的回填土方量;通過對吊車站位進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)如圖10所示，吊車與臨時(shí)支墩存在碰撞。(2)臨時(shí)支墩上一步施工通過對吊裝工序進(jìn)行模擬，直觀展示吊裝過程，精確每片鋼箱梁的吊裝時(shí)間、吊裝站位、吊裝順序。針對圖11中存在碰撞的問題，通過利用工序的時(shí)間差，先將未碰撞的臨時(shí)支墩和存在碰撞的臨時(shí)支墩基礎(chǔ)與地面以下部分安裝完成，待原碰撞工序完成后，將臨時(shí)支墩上部結(jié)構(gòu)通過預(yù)留法蘭盤實(shí)現(xiàn)快速接長，再進(jìn)行下一步工序，有效避免了返工，如圖11所示。(3)起吊時(shí)吊距不足新鳳河河道場地狹小，通過對場地進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)無法滿足42m鋼箱梁現(xiàn)場焊接的要求，同時(shí)利用BIM技術(shù)進(jìn)行了吊裝模擬，發(fā)現(xiàn)在河道內(nèi)起吊時(shí)吊距不足。優(yōu)化改為由北側(cè)起吊，借助蓋梁進(jìn)行空中接力，南北兩側(cè)吊車協(xié)同吊裝，模擬驗(yàn)證了該方案的可行性，順利完成鋼箱梁吊裝，如圖12所示。3.3管廊與高速樁基間的凈距新機(jī)場高速配套管廊工程2標(biāo)與本項(xiàng)目同期施工，兩個(gè)項(xiàng)目路線走向一致，管廊在下穿沉淀池、新鳳河、黃馬路和六環(huán)主路時(shí)采用暗挖施工，其余部分采用明挖施工，集成兩項(xiàng)目工程模型見圖13所示。為了避免管廊施工時(shí)對高速橋梁下部結(jié)構(gòu)造成影響，利用集成模型對兩項(xiàng)目結(jié)構(gòu)之間的凈距進(jìn)行測量分析，發(fā)現(xiàn)SW匝道13號橋臺與暗挖段管廊凈距僅有1.5m，無法滿足管廊施工和橋臺保護(hù)的最小凈距，提出設(shè)計(jì)變更，避免了設(shè)計(jì)失誤。如圖14所示。分析了不同工況下管廊與高速樁基之間的凈距，如圖15所示，得到高速下部結(jié)構(gòu)與管廊凈距。根據(jù)凈距分析結(jié)果，提出了暗挖隔離樁保護(hù)措施和兩種深孔注漿加固措施，針對不同下穿方式和開挖方法，采取針對性的保護(hù)和加固措施，如圖16所示，確保高速橋梁下部結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)降低了成本。3.4維可視化交底針對本項(xiàng)目復(fù)雜施工工藝，為使參建各方更為直觀地把握項(xiàng)目建設(shè)全過程，借助BIM技術(shù)進(jìn)行三維可視化施工技術(shù)交底，相對于傳統(tǒng)的二維交底，更有利于準(zhǔn)確把握項(xiàng)目的關(guān)鍵施工工序。結(jié)合二維碼技術(shù)，方便在工地一線隨時(shí)獲取交底動畫，如圖17所示。3.5基于bim的動態(tài)視景仿真VR虛擬現(xiàn)實(shí)以信息技術(shù)為核心，在計(jì)算機(jī)數(shù)字化環(huán)境中建立一個(gè)多源信息融合和交互式的三維動態(tài)視景的仿真世界本項(xiàng)目在施工過程中，通過利用BIM+VR+AR組合技術(shù)，對復(fù)雜構(gòu)造和施工工藝進(jìn)行剖析，達(dá)到更好的沉浸式體驗(yàn)，便于項(xiàng)目管理人員和作業(yè)一線人員準(zhǔn)確把控施工難點(diǎn)，如圖18所示。4精細(xì)合作管理為了確保BIM技術(shù)的順利實(shí)施，達(dá)到協(xié)同和精細(xì)化管理的目的。本項(xiàng)目確定了以項(xiàng)目經(jīng)理為核心，全員參與的組織結(jié)構(gòu)4.1進(jìn)度評估與跟蹤本項(xiàng)目工作面大，工作節(jié)點(diǎn)起點(diǎn)多，各工作節(jié)點(diǎn)邏輯聯(lián)系不強(qiáng)，且受拆遷和設(shè)計(jì)變更的影響，需要經(jīng)常重新編制施工方案和進(jìn)度計(jì)劃，施工進(jìn)度難以控制。為了更好地把控項(xiàng)目的整體施工進(jìn)度，制定出完整的進(jìn)度協(xié)同作業(yè)流程，梳理各層級各部門的職責(zé)，聯(lián)動協(xié)同各層級各部門，制定了進(jìn)度協(xié)同管理流程，如圖19所示。(1)進(jìn)度計(jì)劃于偏差分析:根據(jù)工程目標(biāo)工期的要求，結(jié)合實(shí)際分包單位、作業(yè)班組、機(jī)械設(shè)備、材料供應(yīng)等實(shí)際情況，編制計(jì)劃，完善邏輯關(guān)系，調(diào)配勞動力及各種資源，優(yōu)化關(guān)鍵線路和整體計(jì)劃安排，確保實(shí)現(xiàn)目標(biāo)工期。每周對當(dāng)前實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行對比，利用前鋒線分析進(jìn)度偏差，進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。實(shí)時(shí)對比進(jìn)度計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度，輔助進(jìn)度計(jì)劃的動態(tài)調(diào)整。(2)虛擬建造:對工程整體進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行施工模擬，優(yōu)化施工組織，形象展示當(dāng)月進(jìn)度內(nèi)容及下月進(jìn)度計(jì)劃，可視化對比計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度之間的差別，如圖20所示。(3)生產(chǎn)任務(wù)單派發(fā):根據(jù)優(yōu)化后的進(jìn)度安排，每周生產(chǎn)例會PC端進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)派分，指定專業(yè)分包單位及項(xiàng)目部人員，明確生產(chǎn)任務(wù)，責(zé)任到人。生產(chǎn)一線人員通過手機(jī)APP可上傳生產(chǎn)進(jìn)度信息，如圖21所示。拍攝現(xiàn)場完工照片，填寫日期，數(shù)據(jù)匯總至網(wǎng)頁端進(jìn)度統(tǒng)計(jì)，通過對施工生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行過程跟蹤，對影響項(xiàng)目進(jìn)度的問題及時(shí)反饋，供決策層及時(shí)決策、處理、調(diào)整，保證施工進(jìn)度按照計(jì)劃進(jìn)行。(4)形象進(jìn)度:將進(jìn)度與模型鏈接，通過改變模型顏色來更新每周的生產(chǎn)進(jìn)度，并上傳至施工資料共享管理平臺。工程進(jìn)度展示匯報(bào)直觀清晰，方便實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)進(jìn)度，如圖22所示。4.2質(zhì)量安全隱患掃碼上傳與進(jìn)度管理一樣，根據(jù)各層級各部門的職責(zé)，制定了質(zhì)量安全協(xié)同管理流程，如圖23所示。在施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量安全隱患時(shí)，可通過手機(jī)端上傳問題詳情，包括發(fā)現(xiàn)問題的時(shí)間和地點(diǎn)、問題詳細(xì)描述及照片、指定責(zé)任人和整改期限、問題處理狀態(tài)，勞務(wù)作業(yè)隊(duì)按要求整改之后拍照反饋，問題發(fā)起人再審核驗(yàn)收，流程閉環(huán)，如圖24所示。5bim技術(shù)應(yīng)用BIM技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用尚處于起步階段，主流的BIM軟件，如Revit、Civil3D等功能不能較好地滿足應(yīng)用的要求(1)針對橋梁工程，利用Dynamo參數(shù)化編程能夠精準(zhǔn)建立橋梁上部復(fù)雜結(jié)