如何在三维视角下实现大小井特大桥的施工质量控制

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BIM技术诞生于上世纪70年代，其核心思想、实现方法等都要追溯到30年前。有关BIM最早的记载是一个叫“建筑描述系统”的概念,是由美国的查理·伊斯特曼在《AIA》杂志上提出。 [原创文章：www.11jj.com]

伴随着改革开放的大潮，中国经历30多年的桥梁大发展，成为了桥梁大国，桥梁建设水平不断提高。而大建设时期已接近尾声，此前的大多数桥梁都是图板或者二维CAD时代的产品，这就造成了桥梁建设的管理效率低下、生产效率低下、资源的浪费、工期的延长，现场的质量安全、工人的生命财产等得不到有效保障。在交通部“品质工程”大政策的指导下，如何实现施工过程中质量的控制是一项艰巨的任务。BIM技术的到来将有效地解决上述问题。本文依托大小井特大桥进行钢管混凝土拱桥质量控制研究。 [本文来自：www.11jj.com]

大小井特大桥属于贵州省余庆至安龙高速公路平塘至罗甸段项目控制性工程之一，桥梁呈北东-南西走向，主桥中心桩号为K70+655.0，左幅桥长1501m，右幅桥长1486m。大桥主桥采用计算跨径450m上承式钢管混凝土变截面桁架拱，主拱圈采用等宽变高度空间桁架结构。钢管拱肋对接接头采用内法兰盘栓接、管外焊接的形式进行连接，管内灌注C60自密实微膨胀混凝土。钢管拱肋的拼装质量是保证大小井特大桥整体质量的一个关键点。

 质量控制事前预防

碰撞检测可及时反馈问题

由于钢管混凝土拱桥桥梁结构较为复杂，可通过BIM软件建立三维可视化模型，模型建立之后可结合相应的用模软件，如Navisworks、Lumion等软件进行相应的碰撞检测。若检测发现问题，则可通过问题报告的形式提出，反馈给相关设计单位或者施工单位进行问题的闭环处理，进行质量的事前预防。

方案模拟避免浪费

针对钢管的生产制造和现场的吊装等极为复杂的单体工程施工，预先采用4D施工模拟技术对所制定的施工方案进行4D仿真模拟，对施工资源（材料、人工、机械设备）进行优化分析，提前发现问题、解决问题，优化施工组织方案，将有效节省施工进度、避免浪费，价值巨大。

碰撞检测

 质量事中控制

成品检测提高工作效率

在现场拼装过程中一般采用全站仪、吊锤和钢尺等进行检测，该传统方法存在工作量大、精度低等缺陷。通过有限的单点测量难以满足曲面表达的完整性，因此有必要提高测量的效率和数据完整性。利用三维激光扫描技术进行三维检测，可以很好地将BIM模型运用到现场施工中，优化施工检测程序，提高工作效率，实现工件的全面数字化检测。

把扫描到并经前处理过的点云数据，导入到相关后处理软件中进行对齐分析，对齐方式采用测试模型与参考模型之间的对齐，把点云数据设为测试模型，导入的相应BIM模型作为参考模型。本文先采用特征对齐使其测试模型与参考模型进行部分约束，然后用最佳拟合约束其他的自由度提高对齐精度，利用软件中相应的3D比较模块，进行三维偏差分析，生成相应的报告。

三维激光扫描结和BIM模型对片体拼装进行3D偏差分析结果，与采用传统测量方式分析结果对比，误差基本在2mm以内。对现场拼装进行3D偏差分析，可以从整体把握拼装质量，避免基于点数据分析带来的片面误差，对特别关注的部位可通过注释来查看具体的偏差情况，为验收工作提供良好的客观数据。

大小井特大桥上部结构施工方案

优化焊接收缩变形量

在钢管拱肋进行现场拼装时需预留一定的焊接收缩量，其值的确定一般都是根据相关经验。为了更加准确地指导后续施工，本文把点焊和完全焊接两片点云模型进行对齐分析，得出片体拼装时的整体焊接收缩量的范围。在把两片点云模型进行对齐之前，需对完全焊接点云数据做封装处理，以便可以把它作为参考对象来处理。在对齐时把完全焊接点云模型设为参考模型，点焊点云模型设为测试模型。

点云封装图

3D偏差分析及注释图

通过相关软件中2D偏差分析模块，选取钢管构件的腰线面为切面对点云模型进行切分，通过注释功能模块分析偏差情况，得出扫描片体的焊接收缩变形量范围。后续片体拼装的焊接预留收缩量，可根据前面片体得出的焊接收缩量作进一步的优化，使其拼装过程更加精准，同时也为其他同类型钢结构焊接提供一定的经验。

通过BIM模型技术，如碰撞检测、施工模拟等，可实现结构物质量问题的事情预防，防患于未然；通过三维激光扫描预拼装实现钢结构的成品检测和焊接前后偏移量的优化，做到事中控制质量。通过以上BIM模型技术的应用可以进行事后数据的分析，有效地指导下一步工作的开展。

作者 / 马白虎 闫振海 张胜林

作者单位 / 贵州高速公路开发公司

交通运输部公路科学研究院

北京公科桥梁技术有限公司

贵州桥梁建设集团有限责任公司

编辑 / 周洋

美编 / 赵雯

责编 / 裴小吟

审校 / 盛超 廖玲

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