BIM虚拟施工技术在装配式钢结构桥梁中的应用研究

桥梁在工程应用中的优势，结合BIM可视化分析平台，提出并采用Revit + Fuzor模式构建适用于桥梁结构的可视

化施工模拟体系的一般方法。以某4跨钢结构连续梁桥实际工程为实例，归纳总结其建造装配过程、关键施工工

序、机械设备作业情况等施工模拟方法。在虚拟建造过程中，采用Revit软件创建桥梁模型,Fuzor模拟施工，该模 式可将模拟输出的成果应用于实际施工管理中，实现对施工过程的动态管控。关键词：BIM；虚拟施工;钢结构桥墩;可视化中图分类号：U44& 21+8

文献标识码：B装配式桥梁由于钢结构施工方便、抗震性能良 好,愈发成为工程设计人员的首选方案之一⑴，但

方式打破了传统粗犷的现浇式施工的局限，是未来

桥梁的重要建造方式之一⑸。其中桥墩的连接形 式与拼装步骤作为现场施工过程中的重点与难点，

另一方面，也存在着制约其发展的因素。首先，装配 式构件多数采用工厂预制的方式获得，对预制精度

成为我们主要研究对象，我们需要考虑如何在桥梁 结构复杂的施工环境中使现场拼装作业有效进行。

要求较高;其次，在装配式钢结构桥梁的施工过程 中，墩与基础的连接尤为复杂，设计人员需要与施工 人员进行细致地技术交底，以保证现场施工人员对

12基于BIM的虚拟施工技术BIM以三维数字技术为基础，拥有强大的三维

工程有更明确的判断和把握。基于此，通过建立Revit + Fuzor模式将BIM虚 拟施工技术引用到装配式桥梁施工中，创建出适用

建模能力，具有可视化、协同交互、信息集成等特 点⑶。利用BIM技术创建结构的三维模型,能够实 现信息的关联和实时更新。而虚拟施工技术是在虚 拟环境的基础上,对施工过程进行可视化模拟，通过

于桥梁结构的可视化施工模拟体系，并以实际工程

为例归纳总结模拟过程。在施工之前，该体系可实 现关键施工技术的预先演示、碰撞检测、机具部署与

计算机协同工作,在不耗费实际资源的情况下,预先 对施工过程进行模拟和检验。吊装模拟，进而预先发现并减少施工过程中可能出 目前,BIM虚拟施工技术在建筑工程中具有一

现的问题，消除施工隐患、提高施工精度、优化施工 方案,最终提高施工效率。定的应用，然而在桥梁工程中的应用较少。2虚拟施工技术框架2.1技术手段BIM虚拟施工技术主要依托于BIM平台相关 软件进行，在本文中，将不再采用固有的Revit +

1理论基础11装配式钢结构桥梁对于装配式钢结构桥梁的研究最为关键的是桥

墩与基础的连接形式⑷。既要求其具有良好的承 载能力和稳定性以抵抗上部荷载的作用，又要保证

Navisworks模式,而是提出Revit + Fuzor模式进行桥 梁的施工模拟，如图1所示。在设计阶段，借助

现场拼装施工的可操控性与精度。因此，对于装配

Revit三维建模软件,创建工程所需的参数化模型, 并基于该模型对施工过程进行分析模拟，同时Revit

式钢结构桥梁的施工，主要通过工厂预制钢构件,再 运输至施工现场采用机械设备进行拼装。这种施工

具有强大的交互能力，尤其与Fuzor软件可实现完—10 —BIM ；北方交通2020年第7期I'u/or/”二实时存 Revitw严\"“/fuzor匸刖图1技术手段att：

确怎赧优方余最优.美的实时交互，可以集成控制以实现信息交流。在

施工阶段，借助Revit创建如临时支架等辅助设施的 三维模型,并结合Fuzor软件自带的施工机械模型根

交!氐据施工方案对场景进行布置,实现施工过程模拟。图2优化调整....耳....

优化流程图2.2技术路线对于虚拟施工技术在装配式钢结构桥梁中的应

用，我们主要从施工方法的可行性、资源成本的合理 性和方案的优化几个方面着手,为此,我们需要做如

碰撞检测糾下工作：芜施檯厂司邂死「(1) 利用Revit建模软件建立钢结构桥梁、辅助 设施的三维模型。(2) 将模型载入到Fuzor施工模拟软件，分别在 桥梁设计、施工、运维阶段进行模拟、检测。模拟施 工环境与关键施工工艺,检测工程故障。一丄.施工方案场地，T资源人员j 丫优化调整；* f____I____A(3) 在模拟过程中如发现施工工序不当、构件 碰撞等情况,软件将自动发出提示，技术人员可直观 地发现问题并进行更改。［发现问题；卜 Y(4) 进行多方案可视化对比，确定最优施工方 案，如图2所示。采用Revit + Fuzor模式进行桥梁的施工模拟的

图3技术路线具体流程如图3所示。16000040000400004000040000图4连续梁桥整体立面图(单位：nun)3具体实例3.1工程概况某4跨连续梁桥，如图4、图5所示，跨度40m,

箱型截面,宽度为1.8m,并设有纵向加劲肋,加劲肋 的尺寸为220 x28；承台宽度8.5m,厚度2.2m；基础

形式为群桩基础，桩基直径为1.2m,墩身与承台基 础的连接采用锚杆连接。本文将着重归纳总结钢桥

上部采用工字型钢板主梁，全桥宽度12. 0m,梁高 2200mm,主梁之间的间距2500mm。下部采用独柱

墩拼装等复杂施工工艺的虚拟施工的实现过程。式钢桥墩，各构件采用工厂预制现场吊装的形式进 行施工，桥墩高度12. 2m,盖梁长12m；墩身截面为

3.2虚拟施工技术体系3.2.1参数化模型建立2020年第7期王占飞等:BIM虚拟施工技术在装配式钢结构桥梁中的应用研究—11 —12000E-B截面8500图5桥梁正面图模型的建立是指导施工的前提同，利用Revit

建模软件创建桥墩和辅助设施的参数化模型，将桥 墩模型与设施模型集成,导入到实际地形，用于指导

工程实际。对于本桥的建模,最为关键的是对桥墩与基础

连接处的处理。本工程的下部结构钢桥墩与混凝土 承台拟采用带有钢锚杆加强板连接方式，这种连接 方式需要在工厂预制留有锚杆孔的桥墩外环板、预 埋在基础中的加强板和固定于板上的锚杆，对预制

精度要求较高，所以必须做到准确建模。由于仅利 用Revit软件进行参数化建模过程已有众多学者进 行研究一刃，故本文不再赘述,创建完成的桥墩模型

如图6、图7所示：图6锚杆与加强板连接图3.2.2虚拟施工Fuzor施工模拟软件是随着BIM技术的发展而

产生的一种基于Revit的插件,Fuzor不仅能与Revit 完美实现双向互通，而且拥有与Navisworks相同的

碰撞检测功能，同时又能够以动画的方式实现对施 工工程的模拟与检测。通过建立Revit + Fuzor模式

图7墩身三维图进行可视化虚拟施工模拟,能很好地弥补传统虚拟 施工模拟方法的局限。首先在施工组织设计阶段，在Revit中点击 **Launch Fuzor\"将创建完成的模型载入到Fuzor软

件中，利用其三维可视化技术将模型进行虚拟检测。

如在Fuzor中探查设计图纸是否出现漏、错、碰等问

题，如图8所示,若发现问题可进行实时更改并双向 同步，深化设计的整体布局。图8碰撞检测其次在现场施工阶段,Fuzor可实现一模多用， 具体应用有如下几个方面：(1) 技术交底。在完成对模型的检查后，需对 施工方进行技术交底,需按照施工工序添加时间信

息并制定构件运动关系，进而根据施工进度计划进 行技术交底，让施工方更加清晰施工流程与设计意 图。(2) 三维场布。在实际施工进行之前，根据施 工场地与施工情况进行科学合理的场地模拟布置,

有利于施工顺利进行。(3) 复杂工艺指导施工。对于施工过程中的复 杂工艺，易导致施工人员理解不清晰,便可利用虚拟

动画进行预先学习，了解其施工工艺。本工程下部 结构的桥墩与基础的连接作为复杂技术，其施工方

式为将钢桥墩的外环板与浇筑于混凝土承台中的带

—12 —北方交通2020年第7期有钢锚杆的加强板连接。为准确地指导施工，让施 工人员充分理解,可将其施工工艺进行动画模拟,其 具体模拟结果如图9所示。\\ 週，t =|建立承台模板

浇筑承台

吊装墩柱 墩与基础连接图9复杂工艺模拟(4)路径模拟。利用直观的三维动画对进场的

构件进行路径模拟，可以有效地避免施工中的安全

隐患。在桥梁装配式施工中，大型构件的进场与吊 装对施工路径要求较高,尤其需要确定吊车工作范

围，验证吊车的行进和转动是否与现场环境、已装配

好的桥梁构件、支架等发生碰撞，如图10所示。图10机械吊装模拟(5)施工组织优化。多方案的可视化对比，可

以确定高效可行的最优施工方案。技术人员从施工

角度进行多次可视化模拟，同时应用软件的统计功

能，统计出工程用量，计算工程成本。最后可通过比 较施工可行性、施工成本,确定最优方案,实现节约

施工成本和时间的目标。最后在运维阶段,可通过传感器等监测装置将

桥梁运维信息反馈到Fuzor的可视化模型中，一旦

出现故障，其中的故障信息可以反馈到软件中并发 出警报，工作人员可以准确定位并及时解决出现的 问题。4结论(1) 装配式钢结构桥梁由于其构件工厂预制现

场吊装的施工方式，减少现场湿作业,满足绿色施工

的理念;基于BIM的虚拟施工技术具有可视化、协

同交互、信息集成等特点，可以在现场施工前预先对 施工过程进行预演,提高施工效率,故将二者集成应 用到实际工程中，给桥梁事业的发展注入了新的动

力。(2) 提出采用Revit + Fuzor模式建立适用于桥 梁结构的可视化施工模拟体系的一般方法。包括 Revit建模,Fuzor可视化分析，碰撞、故障检测，优化

调整等步骤。(3) Revit + Fuzor模式可贯穿于桥梁的全生命

周期，实现设计、施工、运维阶段的信息共享。尤其 在桥梁施工阶段,Fuzor软件在技术交底、三维场布、 复杂工艺指导施工、进场模拟方面实现了全面覆盖，

有效地保证了施工安全,节约了施工成本。(4) 以某实际工程为例,详细说明了将BIM虚 拟施工技术应用到装配式钢结构桥梁的施工中，能

够有效减少现场施工隐患。通过桥墩构件的精准参

数化建模，既满足了预制构件的精度要求，又实现了 装配式钢桥墩施工关键技术的模拟和优化,确保施

工质量，提高施工效率。参考文献[1]

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Prefabricated Steel BridgeWANG Zhan-fei ? FENG Jin, LIANG Wei, ZHANG Qiang ,SUN Bao-yun(School o£ Traffic Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang 110168,China)Abstract In order to improve the application of BIM technology in the field of bridge engineering and

improve construction efficiency. First, the paper discusses the advantages of prefabricated steel structure bridges in engineering applications. Combined with the BIM visual analysis platform, a general method for constructing a

visual construction simulation system suitable for bridge structures is proposed and adopted by Revit + Fuzor mode. Finally, based on the actual project of a 4 - span steel structure bridge, the construction and assembly process, key construction procedures, and mechanical equipment operation conditions are summarized. In the

virtual construction process, revit software is used to create a bridge model, and Fuzo simulates the construction. This mode can apply the results of the simulation output to the actual construction management to achieve dynamic

control of the construction process.Key words BIM ； Virtual construction ； Steel pier ； Visualization（上接第8页）Analysis of Influencing Factors on Seismic Response

of Prefabricated Box Culvert StructureWANG Tao1, LI Ning-ning', ZHAO Xu-dong1, YU Jia-yue2, SHI Jian-jun1, KANG Yu-mei2(1. The Third Engineering Co. ,Ltd. of China Railway Seventh Group,Xi' an, Shanxi 710032,China；2. School of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819,China)Abstract By numerical simulation of the box culvert with different buried depth, ground motion peak and

roof extended length, the influence of seismic response characteristics are investigated. The results show that under the action of earthquake, horizontal displacement, vertical displacement and stress of the structure increase as the

buried depth increases. Besides, with the rises of ground motion peak, the maximum principal stress is concentrated in the middle of the roof, the comers on both sides of the roof and the inner comers of the side wall.

When the roof extension length is between 110cm and 115cm, the horizontal displacement, vertical displacement and the maximum principal stress of the box culvert are all decrease greatly, and the box culvert has better seismic

performance.Key words Prefabricated structure ； Box culvert ； Seismic performance ； Seismic response ； Numerical simulation