CN115787524B - 一种基于bim的人行桥改造施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于BIM的人行桥改造施工方法，涉及建筑改造技术领域，包括以下步骤：获取人行桥的施工基础信息；基于施工基础信息建立BIM信息模型，构建人行桥吊装及拆除施工的空间实体模型；对空间实体模型进行有限元受力分析，得到人行桥在各施工阶段的安全系数；确定最终改造施工方案；根据最终改造实施方案进行人行桥改造施工，该人行桥改造施工方法利用BIM技术极大降低了施工风险，控制施工质量，且通过分块吊装的手段完成了复杂吊装环境下人行桥的吊装任务，同时也减少了管线的迁改次数，减少了工程造价。

Description

一种基于BIM的人行桥改造施工方法

技术领域

本发明属于建筑改造技术领域，特别是涉及一种基于BIM的人行桥改造施工方法。

背景技术

对于很多早期的城市人行桥建筑，基础资料不完善且无竣工图。受制于建造时的技术、历史局限性，人行桥空间狭小、旧有管线凌乱，设备系统制式相对落后。因此有必要进行专业的更新改造。

雨季行洪时，番禺区市桥街道丹山河上游及各支涌汇流迅速归槽，经丹山分洪河排入市桥河。但丹山河桥兴大桥至富华西市场段现状河道狭窄、旧富华西人行桥桥板较低，其中原桥面比20年一遇洪水位低0.6m，严重阻水，不能满足防洪排涝要求，汛期易发生洪水漫堤、城区淹没等洪涝灾害，严重影响两岸企业生产和居民生活安全。因此，富华西人行桥的拆除重建非常迫切。在不影响运营情况下，制定安全可靠改造方案，保证改造后车站各项功能实施，提升车站公共服务水平成为地铁车站改造的难点。

传统的改造施工方案只能通过现场人工测量和计算所得车站基础资料，并且现场测量和计算工作量大，效率低下，不够精准，不能够提前判断管线安装是否合理。由于在原址重建，且地处老旧小区之间，各种管线错综复杂，吊装及运输空间狭窄，且工程投资受限，如何在如此复杂环境中完成富华人行桥的拆除重建，且节省投资，保证质量安全，是改造施工的重点和难点。因此有必要提供一种新的人行桥改造施工方法，提前发现不满足要求功能和美观需求的部位，对管线进行深度优化，避免后期设计变更，同时可以满足在复杂狭窄环境下，减少管线的迁改次数，从而缩短工期、节约成本。

发明内容

基于以上问题，本发明公开了一种基于BIM的人行桥改造施工方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于BIM的人行桥改造施工方法，包括以下步骤：

步骤一、获取所述人行桥的施工基础信息；

步骤二、基于所述施工基础信息建立BIM信息模型，构建人行桥吊装及拆除施工的空间实体模型；

步骤三、对所述空间实体模型进行有限元受力分析，通过有限元软件对各阶段施工进行建模，根据实际参数定义模型，再进行受力分析，得到所述人行桥在各施工阶段的安全系数；

步骤四、确定最终改造施工方案；

步骤五、根据所述最终改造实施方案进行人行桥改造施工：

其中具体包括：

利用旧桥梁做平台，针对主桥桁架分边分块进行吊装；

修筑新桥桥墩和新桥梁板；

分边分块安装主桥桁架；

利用新桥梁板做支点，对旧桥梁板分块切割，完成旧桥梁板的绳锯拆除。

优选地，所述施工基础信息至少包括人行桥设计CAD图纸、施工工序、地质勘测资料、水文环境信息。

优选地，在所述步骤二中，结合所述施工基础信息，并对所有数据进行标准化和结构化处理后，建立BIM信息模型，并构建人行桥吊装及拆除施工的空间实体模型；具体建立BIM模型的步骤为：

按照顺序建立四个分块吊装的主桥桁架梁模型，分别定义为第一吊装分块、第二吊装分块、第三吊装分块和第四吊装分块，并分别赋予赋予材料特性，且每一个吊装分块独立建立为一个族文件；

建立旧桥梁板、旧桥桥墩、新桥梁板和新桥桥墩，并赋予材料特性，且所述旧桥梁板划分为独立的7段建立，其中每一个部位独立为一个族文件；

在模型中创建revit项目文件，导入CAD地形图，生成并优化周围场地模型；

将建立的所有族文件导入项目文件中，根据施工步骤调整族文件中的模型位置，组合完整的旧桥及新桥，调整模型位置使各部位与平面图对齐；

利用所述族文件建立不同施工阶段的桥梁模型，并确认在施工过程中部分构件是否需要保留。

优选地，在步骤三中，将不同施工阶段的桥梁模型导入到有限元计算软件中，形成力学有限元模型，并进行模型生成、查看和求解。

优选地，获取不同施工阶段的桥梁模型的安全系数，根据人行桥施工相对应的施工阶段的安全系数进行对比分析，确定人行桥的安全稳定性。

优选地，所述安全系数指极限应力与许用应力之比。

优选地，确定安全稳定性至少包括以下确认内容：

针对吊装作业及新桥焊接时进行旧桥受力分析，检查是否存在超负荷导致旧桥坍塌的风险，是否导致旧桥一端不平衡；

拆除旧桥时对分段切割方案及拆除阶段进行受力分析，是否存在提前断裂风险。

优选地，基于所述安全系数对所述BIM信息模型进行数据补充和优化，并重复有限元受力分析步骤，直至获取最优改造施工方案，并确定最终改造方案。

优选地，利用旧桥梁做平台，针对主桥桁架分边分块进行吊装，具体施工步骤为：

将主桥桁架划分为四块并吊卸至旧桥的中心位置；吊车移至右岸，将旧桥上的两块钢桁架结构利用旧桥做平台在新桥上进行安装；右岸两块钢桁架结构完成后，将吊车移至左岸，将剩余两块钢桁架结构利用旧桥做平台在新桥上进行安装；拼装新桥桥面及天面横杆；拼装新桥桥面钢板；构件焊接；构件打磨、补漆及面漆。

优选地，利用新桥做支点分块切割拆除的具体施工方法为：施工准备；施工围挡及安全标识设置；分块划线；水钻钻孔；钢绳悬吊新桥；绳锯切割；砼块吊装；混凝土块运输；渣场破碎。

与现有技术相比，本发明有以下优势：

本发明提出了一种基于BIM的人行桥改造施工方法，通过BIM模拟预建造，对空间狭小、管线密集或净高要求高的区域进行分析，并理由有限元分析得到所述人行桥在各施工阶段的安全系数，快速直观的定位不合理位置，提前发现不满足要求功能和美观需求的部位，对管线进行深度优化，避免后期设计变更，从而缩短工期、节约成本；施工过程中采用分边分块进行吊装不仅完成了复杂吊装环境下人行桥的吊装任务，同时也减少了管线的迁改次数，减少了工程造价。

附图说明

附图1是本发明一种基于BIM的人行桥改造施工方法的方法流程图；

附图2是本发明一种基于BIM的人行桥改造施工方法中分块吊装的结构示意图；

附图3是本发明一种基于BIM的人行桥改造施工方法中利用新桥做支点分块切割拆除示意图；

图4是本发明一种基于BIM的人行桥改造施工方法中分边分块吊装的工艺流程；

图5是本发明一种基于BIM的人行桥改造施工方法中绳锯切割拆除施工工艺流程。

附图标记：

1-第一吊装分块；2-第二吊装分块；3-第三吊装分块；4-第四吊装分块；

5-第一切割区域；6-第二切割区域；7-第三切割区域；8-第四切割区域；

9-第五切割区域；10-第六切割区域11-第七切割区域；12-旧桥梁板；

13-旧桥桥墩；14-新桥；15-新桥桥墩。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

一种基于BIM的人行桥改造施工方法，如图1-图5所示，包括以下步骤：

步骤一、获取所述人行桥的施工基础信息；所述基础施工信息至少包括人行桥设计CAD图纸、施工工序、地质勘测资料、水文环境信息等。

步骤二、基于所述施工基础信息建立BIM信息模型，构建人行桥吊装及拆除施工的空间实体模型；结合所述基础施工信息，并对所有数据进行标准化和结构化处理后，传输至服务器进行存储，并基于现有的BIM平台，构建人行桥吊装及拆除施工的空间实体模型。

具体建立BIM模型的步骤为：

①因需要进行分块吊装，因此按照顺序建立四个分块吊装的主桥桁架梁模型，分别定义为第一吊装分块1、第二吊装分块2、第三吊装分块3和第四吊装分块4，并分别为该四个吊装分块赋予材质，针对所述空间实体模型赋予材料特性，且每一个分块吊装独立建立为一个族文件；

②建立旧桥梁板12、旧桥桥墩13、新桥梁板和新桥桥墩15，并赋予材料特性，且所述旧桥梁板12划分为独立的7段建立，其中每一个部位独立为一个族文件；

③在模型中创建revit项目文件，导入基础施工信息中的CAD地形图，生成并优化周围场地模型；

④将在①-③步骤中建立的分块吊装、旧桥梁板12、旧桥桥墩13、新桥梁板和新桥桥墩15等已建族文件导入项目文件中，组合完整的旧桥及新桥，调整模型位置使各部位与平面图对齐；

⑤根据施工步骤调整旧桥和新桥各结构部位(已建族文件)模型位置，利用所述族文件建立不同施工阶段的桥梁模型，并确认其中的部分构件是否需要保留，使模型与各施工阶段相对应，完成各阶段建模。

步骤三、对所述空间实体模型进行有限元受力分析，得到所述人行桥在各施工阶段的安全系数；具体的，建立所述空间实体模型中每个构件的有限元建模指令代码，并导入到有限元计算软件中进行模型生成、查看和求解，形成初始化的力学有限元模型。通过有限元软件对各阶段施工进行建模，根据实际参数定义模型，再进行受力分析。

其中受力分析过程至少包括：在执行吊装作业及新桥焊接时进行旧桥受力分析，检查是否存在超负荷导致旧桥坍塌的风险，是否导致旧桥一端不平衡；在拆除旧桥时对分段切割方案及拆除阶段进行受力分析，检查是否存在提前断裂风险。其中安全系数指的是极限应力与许用应力之比。

步骤四、基于所述安全系数对所述BIM信息模型进行数据补充和优化，并重复有限元受力分析步骤，直至获取最优改造施工方案，并确定最终改造方案；

步骤五、根据所述最终改造实施方案进行人行桥改造施工：

利用旧人行桥做平台，针对主桥桁架分边分块进行吊装；再进行新桥桥墩15和新桥梁板的修筑，新桥梁板与旧桥梁板12上表面之间的间距约为1m，修筑完成后，主桥桁架在新桥梁板上进行吊装安装，再利用新桥14做支点，分块切割，完成旧桥的绳锯拆除。

改造施工过程中，获取各施工阶段人行桥模型的安全系数，根据人行桥施工相对应的施工阶段的安全系数进行对比分析，确定人行桥的安全稳定性。

其中具体包括以下步骤：钢结构主桥桁架梁全长35.2M，总高为4.6M，宽3.9M，侧悬4.6M，结构横跨丹山河两边。

如图2所示，主桁架按H、J轴向分别卧装，本桥分上下游(或者A面和B面)两片桁架，每片桁架分二段吊装，一共分为第一吊装分块1、第二吊装分块2、第三吊装分块3和第四吊装分块4四段进行吊装，其中第一吊装分块1和第二吊装分块2的长度均为18.2m，重量为16吨，第三吊装分块3和第四吊装分块4长度为16.8m，重量为16吨，具体吊装顺序如下：

第一步：钢桁架结构主桥桁架梁分四块吊卸；第二步：将右岸的两块钢桁架结构吊卸至旧桥的中心位置；第三步：吊车移至右岸，将旧桥上的两块钢桁架结构利用旧桥做平台在新桥上进行安装；第四步：右岸两块钢桁架结构完成后，将吊车移至左岸，将剩余两块钢桁架结构利用旧桥做平台进行安装；第五步：拼装桥面及天面横杆；第六步：拼装桥面钢板；第七步：构件焊接；第八步：构件打磨、补漆及面漆；

旧桥的绳锯切割拆除施工工艺流程具体如下：

施工准备：确保混凝土拆除施工现场设备装置齐全，具有较好的排水设施和供电设施；施工围挡及安全标识设置：分块划线：依据施工图纸及现场实体的勘测，结合前期BIM信息模型的模拟和计算，对将要切除的混凝土实体进行设计排版，并用墨线弹出准确的切割线并加以保护，如图3所示，具体将旧桥梁板12划分为第一切割区域5、第二切割区域6、第三切割区域7、第四切割区域8、第五切割区域9、第六切割区域10、第七切割区域11，一共切成7个部分；水钻钻孔：根据切割线选择合理的位置，安装切割设备，并钻穿绳孔；钢绳悬吊新桥：安装绳索将钢绳按切割线的位置及一定的顺序缠绕在大飞轮和小飞轮上，绳索的方向应和大飞轮驱动方向一致；绳锯切割：切割作业启动液压马达,驱动大飞轮带动钢绳转动切割；砼块吊装：将被切割下来的钢筋混凝土块由起重机运输车上，切割下来的不需要的混凝土块运输至渣场破碎处理。

与现有技术相比，本发明有以下优势：

本发明提出了一种基于BIM的人行桥改造施工方法，通过BIM模拟预建造，对空间狭小、管线密集或净高要求高的区域进行分析，并理由有限元分析得到所述人行桥在各施工阶段的安全系数，快速直观的定位不合理位置，提前发现不满足要求功能和美观需求的部位，对管线进行深度优化，避免后期设计变更，从而缩短工期、节约成本；施工过程中采用分边分块进行吊装不仅完成了复杂吊装环境下人行桥的吊装任务，同时也减少了管线的迁改次数，减少了工程造价。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、获取所述人行桥的施工基础信息；

步骤二、结合所述施工基础信息，并对所有数据进行标准化和结构化处理后，建立BIM信息模型，并构建人行桥吊装及拆除施工的空间实体模型；具体建立BIM模型的步骤为：

按照顺序建立四个分块吊装的主桥桁架梁模型，分别定义为第一吊装分块、第二吊装分块、第三吊装分块和第四吊装分块，并分别赋予材料特性，且每一个吊装分块独立建立为一个族文件；

建立旧桥梁板、旧桥桥墩、新桥梁板和新桥桥墩，并赋予材料特性，且所述旧桥梁板划分为独立的7段建立，其中每一个部位独立为一个族文件；

在模型中创建revit项目文件，导入CAD地形图，生成并优化周围场地模型；将建立的所有族文件导入项目文件中，根据施工步骤调整族文件中的模型位置，组合完整的旧桥及新桥，调整模型位置使各部位与平面图对齐；

利用所述族文件建立不同施工阶段的桥梁模型，并确认在施工过程中部分构件是否需要保留；

步骤三、对所述空间实体模型进行有限元受力分析，通过有限元软件对各阶段施工进行建模，根据实际参数定义模型，再进行受力分析，得到所述人行桥在各施工阶段的安全系数；

步骤四、确定最终改造施工方案；

步骤五、根据所述最终改造施工方案进行人行桥改造施工：

其中具体包括：

利用旧桥梁做平台，针对主桥桁架分边分块进行吊装；

修筑新桥桥墩和新桥梁板；

分边分块安装主桥桁架；

利用新桥梁板做支点，对旧桥梁板分块切割，完成旧桥梁板的绳锯拆除。

2.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：所述施工基础信息至少包括人行桥设计CAD图纸、施工工序、地质勘测资料、水文环境信息。

3.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：

在步骤三中，将不同施工阶段的桥梁模型导入到有限元计算软件中，形成力学有限元模型，并进行模型生成、查看和求解。

4.根据权利要求3中所述的一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：

获取不同施工阶段的桥梁模型的安全系数，根据人行桥施工相对应的施工阶段的安全系数进行对比分析，确定人行桥的安全稳定性。

5.根据权利要求4中所述的一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：

所述安全系数指极限应力与许用应力之比。

6.根据权利要求4中所述的一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：

确定安全稳定性至少包括以下确认内容：

针对吊装作业及新桥焊接时进行旧桥受力分析，检查是否存在超负荷导致旧桥坍塌的风险，是否导致旧桥一端不平衡；

拆除旧桥时对分段切割方案及拆除阶段进行受力分析，是否存在提前断裂风险。

7.根据权利要求4中所述的一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：

基于所述安全系数对所述BIM信息模型进行数据补充和优化，并重复有限元受力分析步骤，直至获取最优改造施工方案，并确定最终改造方案。

8.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：利用旧桥梁做平台，针对主桥桁架分边分块进行吊装，具体施工步骤为：将主桥桁架划分为四块并吊卸至旧桥的中心位置；吊车移至右岸，将旧桥上的两块钢桁架结构利用旧桥做平台在新桥上进行安装；右岸两块钢桁架结构完成后，将吊车移至左岸，将剩余两块钢桁架结构利用旧桥做平台在新桥上进行安装；拼装新桥桥面及天面横杆；拼装新桥桥面钢板；构件焊接；构件打磨、补漆及面漆。

9.根据权利要求1中所述的一种基于BIM的人行桥改造施工方法，其特征在于：

利用新桥做支点分块切割拆除的具体施工方法为：施工准备；施工围挡及安全标识设置；分块划线；水钻钻孔；钢绳悬吊新桥；绳锯切割；砼块吊装；混凝土块运输；渣场破碎。