bim技术在新机场交通共构段上盖梁施工模架体系方案比选中的应用

桥梁工程

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BIM技术在新机场交通共构段上盖梁施工

模架体系方案比选中的应用

李昊,刘佳杰

(北京市政路桥股份有限公司工程总承包一部，北京100067)

摘要：笔者针对北京新机场轨道与高速共构段上盖梁浇筑高度高、质量大、施工难度大、工期紧的特点，利用

BIM技术

建立了抱箍贝雷架模架体系、三角架模架体系、钢管柱贝雷架模架体系的结构模型，对其受力特点和施工过程进行了模 拟分析，从施工安全、质量、进度等方面进行详细的方案优化比选，确定了钢管柱贝雷架模架体系为最优施工方案。以期对 类似工程施工具有一定的参考价值。

关键词：BIM技术；模架体系；结构分析;模拟施工中图分类号：U445.35

文献标志码：

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文章编号：1009-7767(2019)06-0073-04

BIM Application in Scheme Comparison of Template Support System of Cover Beam for New Airport Traffic Line

Li Hao,Liu Jiajie

北京新机场线是市区与新机场的重要连接线，整 体采用高架形式，其中244轴墩柱为上下两层共构形 式，上层为新机场高速，下层为新机场轨道（见图1), 项目整体质量要求高，工期紧。由于上盖梁高度较大 (最高22 m),质量较大（约500 t),因此模架体系所承 受的荷载大，施工过程对模架的要求较高；同时共构 标准段红线宽度为46.5 m,而上盖梁结构宽度为35 m, 施工现场空间有限，模架体系应在满足施工要求的前 提下，在施工中节省空间，同时便于拆卸周转，为施工 提供便利条件，确保按期保质的完成工程项目。

钢管柱贝雷架模架体系。笔者通过BIM技术对上述模 架体系进行比选，以期达到预期安全、经济技术指标。1 BIM技术在模架体系比选中的应用

BIM即建筑信息模型，通过计算机建模模拟，使其 具有协调性、模拟性、施工过程可视性等优点，在近年 来越来越多的工程建设中得到重视和应用。通过模拟 分析每种方案的优缺点、可行性、经济性及可视性，提 前暴露各方案的施工难点并提出解决措施[1]。根据确定 的上盖梁模架体系，分别建立1:1的施工模型，通过模 型分析及计算进行比选。

利用建模软件Revit分别建立结构主体、钢模板、 钢管柱、盘扣式脚手架、抱箍和三角桁架的模型（见图2)，要求达到可进行组装的精度。钢管柱模型需按照常 规长度进行建模；盘扣式脚手架需分成横杆、立杆、斜 杆及节点分别建模进行组装；抱箍及三角桁架按照设 计图纸分构件建模，确保所建立的模型可以有效模拟 施工过程，并具有指导施工的作用。

不同模架体系建模完成后，应分别导人Robot软件

图1

BIM模拟共构段结构示意图

确定合理的模架体系是上盖梁施工方案的重点。 中进行受力分析，找出薄弱点和关键点，优化现有设 根据现场实际情况确定了 4种上盖梁模架体系，g卩：满 计，并进行不同模架体系的安全性分析比选。将模型导 堂模架体系、抱箍贝雷架模架体系、三角架模架体系及人Navisworks软件中进行施工过程模拟，通过每个构

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件的组装过程模拟，查找不同模架体系在施工过程中 可能遇到的问题和施工难点，确定各模架体系的施工 工期。通过BIM建模提供的参数及数据，进行比选并 确定最佳施工方案。笔者重点讨论有关结构分析和施 工过程的模拟，以期确定最佳施工方案。

通过Robot软件优化分析，在抱箍中间穿精轧螺纹 钢来提供额外的压力，增加摩擦力。经过受力分析，此 优化方案可以满足施工要求，但是需要增加20根精乳 螺纹钢才能满足承载力要求，精轧螺纹钢呈十字排布， 而且要求每根螺纹钢平均受力才能让整个模板面紧 贴墩柱混凝土面提供摩擦力。

在实际中，抱箍很难与方形墩柱形成无缝贴合，为 了确保抱箍与墩柱的贴合，在墩柱施工时，将抱箍作为 上盖梁下面墩柱的一节模板进行安装，浇筑完墩柱后 不拆除抱箍，然后进行抱箍贝雷架模架体系的架设。 2.3三角架模架体系

利用BIM建立的三角架模架体系（见图4)，是使 用型钢焊接成的8个大型桁架，通过预埋在墩柱里的 预埋件与墩柱连接并在上面铺设工字钢提供一个稳

图2

BIM软件建模分析

固的平台，通过对三角架模架体系的受力分析，发现 三角架的主要是受力点在与墩柱接触的上下两端，上 侧受拉，下侧受压。

2模架体系的结构分析

结合施工现场情况，满堂模架体系是比较传统的

2.1满堂模架体系

施工方案，采用满堂模架直接搭设在上盖梁底部，然后 进行铺设底模及绑扎钢筋施工，此方案造价最低，施工 工艺简单，但是模架搭设周期及拆卸周期长，不能满 足施工工期要求；同时占用场地面积大，需要硬化用 地，使施工空间变的更加狭小，不便于施工;另外，因为 项目所在地主要为砂性土，满堂支架基础如果处理不 到位，容易因地基承载力不足造成模架不均匀沉降酿 成事故，因此排除满堂支架体系施工方案。2.2抱箍贝雷架模架体系

利用BIM建立的抱箍贝雷架模架体系(见图3),采 用在墩柱上设置抱箍，提供一个稳定的平台搭设贝雷 架，然后在贝雷架之间搭设工字钢形成一个稳固的施 工平台。通过BIM建立的抱箍贝雷架体系分析，发现 方形墩柱在与抱箍无缝贴合时,无法提供可靠的摩擦 力来保证支撑体系不滑落。

图4

BIM模拟三角架模架体系

根据三角架的受力特点，通过Robot软件优化分析, 上部受拉部分的预埋件改成精轧螺纹钢对拉，让墩柱 两侧对称的三角架形成一个平衡的状态。另外，由于下 部受压面积小，压力集中造成压强过大，墩柱保护层下 的钢筋与表面的素混凝土在受压状态下变形量差别 过大，会造成混凝土表面出现条纹状裂缝，需要在下 侧预埋钢板，使压力均匀分布，确保墩柱的完整性。

2.4钢管柱贝雷架模架体系

利用BIM建立的钢管柱贝雷架模架体系（见图5)， 使用D/V609 mm钢管柱立于承台及临时基础上，并将 顺桥方向每两根钢管柱上搭设大型工字钢过梁，再在 大型工字钢过梁上横桥向搭设贝雷架，然后在贝雷架 上顺桥向搭设工字钢形成一个稳固的平台，通过钢管 柱贝雷架模架体系的受力分析(Robot软件），发现大部

图3

B1M模拟抱箍贝雷架模架体系

分荷载由钢管柱传到承台及临时基础上，承台及桩基

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结构稳定、承载力高，可以确保钢管柱贝雷架模架体系 的稳定性。钢管柱长度超过20 m,长细比过大,稳定性 差，通过在钢管柱之间增加系梁及斜支撑来提高钢管 柱整体刚度，但是系梁及斜支撑会增加搭设钢管柱的 难度。临时支墩的位置接近施工便道，增加了施工中有 车辆撞上钢管柱的风险，需要在施工现场钢管柱周围 摆放贴有反光条的水泥墩，并在钢管柱上贴反光条，确 墩柱的施工质量。在整个体系中，三角架工作时，主要 依靠摩擦力来支撑整个架体，三角架下侧受压的部分

在工作荷载下可以正常提供摩擦力；但是三脚架上侧， 由于是靠精轧螺纹钢进行对拉固定在墩柱上，荷载作 用下，变形会使三角架上侧与墩柱之间压力减小，摩擦 力会降低，因此需要在上盖梁施工过程中，对三角架 进行定期检查和监测，必要时需要补充精轧螺纹钢的 保钢管柱的安全及稳定。

图5

BIM模拟钢管柱贝雷架模架体系

3模架体系的施工过程模拟

通过Navisworks软件进行建模分析，对已确定的

3种备选模架体系进行施工过程模拟，从施工安全、质 量及进度等方面进行比选，确定最适合施工现场的施 工方案。

3.1抱箍贝雷架模架体系

在抱箍贝雷架模架体系施工模拟过程中发现，在 施工完成后存在拆卸困难的问题，在最后拆除抱箱的 时候，没有施工平台能够进行拆除工作，并且拆除工 作较为复杂。首先在拆除螺纹钢的时候，应先拆除一个 方向螺纹钢，并将此方向的2块抱箍拆除;然后拆除另 一个方向上的精轧螺纹钢，此时抱箍的摩擦力就会失 效，抱箍就有滑落的趋势，螺纹钢难以拔出，需要将抱 箍临时固定才能将螺纹钢拔出。

因此在现场操作中，拆除剩下的2块抱箍时，需要 先将已经失去摩擦力的抱箍用吊车临时固定，配合高 空作业车上的工人将精轧螺纹钢抽出后，再拆除剩下 的两块抱箍。整个过程需要大型机械配合，危险性较 大。抱箍贝雷架模架体系的搭设及拆除对现场工人的 施工技术及配合要求较高。在抱箍拆除之后一个墩柱 上有40个洞需要封堵，对外观质量有较大影响，而且 墩柱容易在局部受压处产生裂纹。3.2三角架模架体系

进行三角架模架体系施工模拟时发现，预埋件会 影响墩柱钢筋布置，造成墩柱钢筋不连续，可能影响

预应力，确保三角架与墩柱紧密贴合。如果精乳螺纹钢 有瑕疵很容易发生脆性断裂造成整个支撑体系瞬间 失效，安全性低。拆除三角架的时候也同样需要吊车配 合高空作业车上的工人才能进行。三角架模架体系搭 设过程、检查及拆除均需要较高的技术，对现场工人 的施工技术及配合要求较高。每个隔墩柱上有4个外 露的预埋件，对外观质量有一定影响。3.3钢管柱贝雷架模架体系

进行钢管柱贝雷架模架体系施工模拟时发现，由 于钢管柱丨节长度在0.5〜6 m不等，需要根据承台与 上盖梁之间的高差确定各型号钢管柱的使用量，而且 各节钢管柱之间需要采用螺栓连接并要严格保证垂 直度。每一个墩柱都需要浇筑临时基础，增加了临时设 施的投人，但是合理安排临时基础施工，可以避免其 对进度的影响。钢管柱贝雷架模架体系整体结构受压， 受力明确，施工技术相比其他2种模架体系，要求不 高，便于现场施工人员掌握。钢管柱及贝雷架在安装 过程中需要大型机械长时间配合，可以充分利用大型 机械。

通过以上分析，将各种模架体系施工特点汇总（见 表1)对比可知：从模架体系搭设，上盖梁施工，模架体 系拆除过程中，考虑对施工安全、质量等方面影响，钢 管柱贝雷架模架体系是最适用于现场的施工方案。钢 管柱贝雷架模架体系搭设及拆卸时间相对较长，但是 通过合理工序安排，可以降低其对进度的影响。4结论

随着BIM技术的发展，其应用领域不断在扩大。在 建筑工程中得到了广泛应用，但是在市政工程中应用 较少,需要加强探索|2]。利用BIM建模进行施工临时结 构分析和施工过程的模拟，预先处理施工过程中可能 遇到的问题,确定最佳施工方案。

笔者结合北京新机场线上盖梁施工临时支架设计 方案，通过BIM技术讨论了不同模架体系的结构特点， 并结合现场实际情况模拟各模架体系的施工过程，在 安全、质量、成本、进度控制等方面讨论了各模架体系

(下转第79页）

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不超过计算跨径的\"600。结构的承载能力、应力、刚度 等指标均可满足规范要求。

需采用极小边、中跨比连续梁结构。笔者通过南京机场 二通道秦淮新河桥实际工程案例，采取在中跨跨中设 置钢梁段，通过在钢-混结合段配置预应力钢束、PBL剪 力键及PBL剪力板的前后承压板,解决了钢-混结合段 的复杂受力问题；同时在端横梁设置一定的压重等构 造措施，有效地解决边支点负反力的问题，满足了结构 受力及中跨长期挠度要求，且外观较为简洁美观。对小 边中跨比混合连续梁设计具有一定的参考价值。G

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注：不考虑普通钢筋作用。

图9

主桥混凝土梁段抗弯承载能力包络图（kN*rn)

丨

参考文献：

[1] 杨兴，武电坤.短边跨连续梁设计理论与创新技术研究中

外公路,2017,37(1): 144-147.

a)钢梁上缘应力

[2] 刘浪，卢小锋，欧昌伟.浅析小边中跨比钢-混凝土组合连续

梁受力特征及应对措施[J].西南公路,2018(3):21-24.[3] 邓文中，代彤.重庆石板坡长江大桥复线桥总体设计P1.桥梁

建设,2006(6) :28-32.

[4】刘安双，刘雪山，代彤，等.重庆石板坡长江大桥复线桥钢-

混凝土接头设计[J].桥梁建设,2007(2):35-38.

[5] 尹栋佳•钢-混组合梁结合段PBL剪力键受力分析[J].市政技

术，2017,37(4) :80-84.

b)钢梁下缘压应力

图10标准组合下钢梁上下缘应力（MPa)

[6] 聂建国.钢-混凝土组合结构桥梁[M].北京：人民交通出版社，

2011:40-45.收稿日期：2019-02-23

作者简介：周飞秦，男，工程师，硕士，主要从事桥梁设计研究工作。

4结语

桥梁建设中受现场条件或规划影响，不可避免的

(上接第75页）

模架方案

安全控制

表1

各种模架体系的施工特点对比质量控制

搭设拆卸搭设时间:4 d；拆卸时间:6

成本控制抱箍模板需要设计项目完成后无法再利用

三角架需要设计加工，一次性投入大;项目完成后，再利用的可能性很小

钢管柱及贝雷架可 以租赁，可缓解经济

体系受力明确，以受压为

投入;项目完成后，不 主；安装及拆卸技术要求不 用处理转运钢管柱 高;大型机械可以充分利用及贝雷架

2018,36(12)：82-83,

[21李卓.B1M技术在房建工程施I中的研究及应用[J].建材与

装饰，2016(39) :50-51.

模架受力特点

需要在上墩柱预留孔洞，装及拆卸技术要求高；大型机械不能充分利用

需要在上墩柱预留孔洞，体系主要靠摩擦力支撑；安装及拆卸技术要求高；大型机械不能充分利用

螺纹钢预埋孔需要

抱箍贝雷架模架体系

稳定性比较差；拆除作业危险性较大

封堵，对外观质量影响较大。墩柱容易在局部受压的处产生裂纹

稳定性差;拆除作业危险

三角架模性较大；补充精轧螺纹钢的架体系

预应力时，可能会拉断精轧螺纹钢，危险性较大

钢管柱贝 雷架模架体 系

模架体系受压为主，安全 可靠，可利用大型机械整体 拆除落地后，在分解拆除， 安全性较高

该模架体系是外部 支撑，不影响整个下部 结构的质量

预埋孔需要封堵，对5外观质量有一定影响

5

加工，一次性投人大；体系主要靠摩擦力支撑；安

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搭设时间:

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搭设时间： 67

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拆卸时间：

的可行性和操作性，确定了钢管柱贝雷架模架体系为 最适合方案，以期为类似工程提供参考。GSI参考文献：

[1]江俊福.BIM技术在施工质量管理中的应用[J].房地产导刊，

收稿日期：2019-03-11

作者简介：李昊，男，助理工程师，学士，主要从事建筑施工工作。

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