BIM新闻丨BIM应用于南宁英华大桥施工管理

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楼主 2019-01-16 05:58:43
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南宁英华大桥通车仪式将于12月底举行。项目施工过程中用BIM实时监控检验实际操作方案,并通过BIM空间旋转,三维定位捕捉来解决现实中难以解决的难题。


英华大桥俯瞰

  

南宁英华大桥是一座民族韵味与现代设计感兼具的大桥,两座百米巨塔呈双曲面弧形,造型取自广西出土的汉代文物羊角钮编钟。一道主缆从双塔顶部穿越,然后被两个超级大的锚碇结结实实地“钉”在邕江两岸。主缆上垂下91根共重1600吨的悬索,将长为500米的钢箱梁托起。这个重达万吨的巨型结构就是大桥主跨,双向六车道的桥面就基于此。南宁英华大桥通车仪式将于12月底举行。此后,该市柳沙片区和大沙田片区之间的距离将极大缩短,而这座城市的发展规划和空间布局也将相应改变。而对于公路桥建筑领域来说,一系列的技术空白将被填补。

  

先拆后拼:两个巨塔竖起来

  

十余座型式各异矗立于邕江之上的桥梁,不但连接着南宁的交通血脉,也成为这个城的立体名片。英华大桥便是其中一座,跨度最大。

  

“这座桥的双曲面弧形塔式单主缆悬索桥结构,是全国之首。”英华大桥项目部总工李定有告诉记者,其所在的中铁四局五公司为大桥施工单位。双曲面弧形即指索塔的羊角钮编钟造型,这种独特设计不仅体现了八桂大地民族特色,还可将主缆带来的纵向压力顺畅地传导下去。但问题是,双塔给施工建设者带来了挑战。


英华大桥吊装

  

这两座百米高塔,16米以下是混凝土结构,之上的84米全是钢结构。“这是一种桥梁专用钢,新材料。”李定有说。


一般国内使用的都是厚度在25毫米以下的钢板,而这次用的是48毫米的超厚钢板。用这样厚重结实的钢板“凹造型”对卷板技术来说已属挑战,何况还要被弯成“纵向横向都有曲面,下大上小锥形过度”的羊角钮编钟造型。为此他们专门引进了先进的上辊多轴万能卷板机,用于双曲面弧形的卷制。

  

那么双塔是如何竖在邕江岸边的?原来,每座巨塔在厂房内是躺着被制成,然后原地解体,然后一块块吊装起来的。观看电脑动画模拟的吊装过程,记者感觉像是堆乐高积木那样轻易,但实际情况远非如此。

  

“最长的一节11米,其他平均7米5,单个节段最大吊装重量126吨,最大吊装高度为100米。”要把上百吨的钢件吊上百米高空,然后再调整定位组装,项目部常务副经理丁得志给出的这组数据充分显示了其难度之大。

  

不仅如此,施工时还要考虑到邕江航道正常运行,质量、安全、经济等影响都不可落下,因此技术人员确定采用500吨浮吊进行钢塔的吊装施工,这是我国内河水域首次采用500吨浮吊吊装。

  

吊装过程对精度的要求好比用吊车去绣花。据丁得志介绍,500吨浮吊钢塔最大吊装重量为220吨,主副臂组成最大吊装高度为105米,“如何实现英华大桥主塔最大100米的吊装需要进行精确计算,特别是顶部几个节段的吊装对应了浮吊的作业半径以及角度极限,任何一点偏差都无法确保吊装安全。”  


最终,两个主塔共吊装了54个节段,共计5600吨,而这就是两个主塔的“体重”了。“主塔顺利吊装让大家都松了一口气。”丁得志表示,本来也是摸着石头过河,但主塔工期提前2个月结束,并节约成本700余万元的结果让大伙很欣慰,而这也为以后我国内河浮吊施工提供了很多可以借鉴的经验。

  

超级锚碇:牵引大桥的“定海神针

  

作为一座单主缆悬索桥,通过照片我们可以看出,钢箱梁的自重,还有行车的动荷载,所有的受力都经由那根粗壮的主缆,集中在地面上牵引钢索的那个点。而那个点就是重约8万吨的重力式锚碇。

  

锚碇是指承受悬索两端全部拉力的结构,多数由混凝土构成。据李定有描述,这两个超级大的锚碇埋于地下深坑,直径底部57米,高度是30米。你可以把它想象成一个由3万立方米混凝土筑成的巨型水泥台,这个体量,相当于1栋面积为1000平方米的10层大楼埋于地下。

  

全桥设计寿命100年,这个部件就是定海神针,是灵魂,绝对不能更换。如果渗进水去腐蚀了主缆,将对大桥造成不可估量的损失。“因此如此庞大的构件,对混凝土结构抗渗、抗裂要求极高。”李定有说。

  

我们都知道,水泥见了水很“热情”,会发热。而水化热导致的温度过高就是锚碇混凝土浇筑过程中的大敌,控制不好极可能造成开裂等恶果。为了防止其发生,除了精确控制混凝土的配比外,锚碇混凝土还采取了“水平分块、竖向分层”的施工模式。

  

这个庞大的构建被分成了五大块,分步浇筑制作,然后再分层浇筑,即每一层大概浇筑两米,分段施工。另外,在混凝土结构里还预设了冷却水管,通过循环水流散热。经过实测,冷却水管排出来的热水有七八十摄氏度。

  

值得一提的是,施工前,负责此项工序的技术主管魏鑫发现,很多刚参加工作的技术人员现场经验不足,对锚碇结构的感性认识不够。于是,魏鑫带着三名技术员利用休息时间,一周内制作出一个实体模型。拆解,拼装,整个锚碇的组成结构一目了然。在锚碇混凝土浇筑施工前,他们还将模型搬到了现场对工人进行了演示,使每个人都做到心中有数。此后,这个小锚碇就成了大锚碇的“代言人”,每每有检查和观摩这个实体模型就出来亮亮相。

  

BIM虚拟建造:数字化“沙盘”

  

在竣工以前,大桥实际上早已“建成”了,在电脑上。

  

“大桥做成后到底是个什么样子?对于首次参建如此"高、新、尖"项目的我们来说完全一头雾水,如将英华大桥建成后的实物按比例建造一个沙盘,项目每进行到一个工序,都能在沙盘对应的位置来进行直观讲解。”四局五公司职业项目经理兼英华大桥项目经理黄文国在2012年就提出了建造“沙盘”构思。

  

1个月后,一个大桥实体沙盘模型出现在了项目部会议室一角,此后,无论是领导检查,还是现场对工人讲解,或者工艺讨论,都会来到沙盘前,效果非常好。

  

尝到这一“甜头”后,项目部开始考虑是否能够将工程每个环节、每道工序通过电脑三维制作来实现全过程虚拟建造,构造一个虚拟“沙盘”,并通过对现场各节点进度、成本等数字信息化分析,优化项目管理。他们这一想法,正与中国铁路总公司、中国中铁准备试点推广的BIM应用技术不谋而合,获得了中铁系统内的首个试点机会。

  

BIM,建筑信息模型(Building Information Modeling),是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。简言之即虚拟建造,就是电脑模拟整个建筑过程。

  

BIM系统具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。既有利于项目管理,也可以规避问题。

  

黄文国回忆说,锚碇里连接混凝土和主缆结构的钢拉杆长21米,直径8厘米,对空间定位要求非常精准,参数要求严格控制在2毫米之内。去年10月,技术员在对钢拉杆进行空间定位时,发现定位难、定位慢且精度达不到要求等诸多问题。项目技术团队最终把问题放到BIM中去研究,用BIM实时监控检验实际操作方案,并通过BIM空间旋转,三维定位捕捉来解决这一现实中难以解决的难题。

  

“通过BIM应用快速捕捉到钢拉杆上的三维位置,再通过捕捉到的点,精准的计算出了其三维空间坐标,同时在现实中利用捕捉到的参数去放线,减少了大量工作的同时提高了精度。”工程部长周海峰说,通过BIM仿真技术,我们3天便解决了一个三个月都难以解决的难题。同时,这些对BIM技术的成功应用使其开始在中铁系统内全面获得推广。


来源:科技日报


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