“天河”与“地河”的云纽带——引江济淮淠河总干渠钢渡槽BIM技术施工应用

引江济淮工程是沟通长江、淮河两大水系，润泽安徽、惠及河南、造福淮河、辐射长江，保障供水、发展航运、改善水环境，是安徽省基础设施建设“一号工程”。其中，江淮沟通段为II级航道，通行2000吨级船舶，需穿越长江、淮河分水岭，下穿既有淠河总干渠。

淠河总干渠渡槽位于合肥市肥西县境内，为“地河”引江济淮工程和“天河”淠河总干渠两大水利基础设施的立体交叉建筑物，可实现36m高差的两条运河，独立通水、通航，而不相互干扰，被誉为河上有河、船上有船的“水立交”“船立交”，是世界最大跨度通航钢结构渡槽水桥，世界首座波折钢腹板渡槽水桥，国内首座钢结构渡槽水桥。桥梁采用全焊接结构，钢板板厚向内变厚，外观整齐平顺；镂空的桁架结构，轻盈通透；拱肋圆润流畅，结构整体造型优美，实现了与周边环境的和谐统一。

钢结构渡槽采用三跨桁架式，上开下合、上桁下拱的全焊接桁架式粱拱组合体系，跨径布置为68m+110m+68m，U形水槽侧壁采用不锈钢复合波折板。渡槽横向采用分幅布置，两幅间净距为10m，全宽58.0m，总用钢量2.1万吨。

建筑业发展的必然趋势

建筑业是国民经济支柱产业，对国家宏观经济影响举足轻重，但随着劳动力成本的不断飙升和利润率的持续下行，建筑业高速发展的现状与相对落后的管理之间的矛盾日益突出，传统的建造模式已经不符合可持续发展的需要，建筑业改革迫在眉睫。随着“数字中国”和“中国建造”等概念的提出,建筑业企业对数字化发展也越来越重视，特别是对作为数据载体的BIM技术，加大了推广应用的力度。我国BIM技术在建造阶段的应用水平已逐步和世界接轨，价值呈现日渐明显，BIM技术也被认为是提升工程项目精细化管理的核心竞争力。从全球的BIM发展方向看，BIM技术与业务场景结合，更加有效地应用于各个阶段，为建筑业企业带来了实实在在的价值，成为现阶段应用BIM技术的共识。以BIM为数据载体，实现从设计到建造再到运维的基于数据驱动的建筑全生命期管理已成为未来建筑业发展的必然趋势。

由于本桥水荷载集度大（线荷载161.6kN/m)、水荷载变幅大（线荷载0-161.6kN/m）、活恒载比重大（水活载为恒载2倍，常规桥梁仅为0.2-0.3倍），并且是全焊接结构，致使节点构造复杂，加工精度要求高，钢梁制造运输及现场架设难度大。杆件高空对接数量大、焊接质量及整体线形控制是本工程的重点、难点。水槽壁板创新采用了不锈钢复合波折板工艺，绿色环保。成型及焊接质量控制是本工程的重点。构件现场焊接与土建安装单位的吊装施工配合与相互协调是本工程的重点。

针对以上挑战，就必须要求钢桥梁的加工制造实现自动化、数字化、智能化。同时在施工阶段，也要用信息化、数字化的技术来完成引江济淮钢渡槽工程的技术、进度、质量和安全控制。

钢结构工厂智能制造

钢结构是制造业中科技含量最高的成分，具有制造业的特征，率先进入工厂化、机械化、自动化、装配化、信息化，是建筑业转型升级的样板，对改造传统行业有着标杆的作用。

数字化加工制造

目前国内外越来越多的钢结构加工企业开始使用BIM软件进行三维建模，技术越来越成熟。同时数控火焰、等离子和激光切割机等切割设备也越来越普及，企业更加追求钢材套料及余料利用率，重视切割下料生产效率和质量，传统的手工和机械生产方式已经不合时宜。目前市场上套料软件种类较多，功能各有千秋。国内外先进企业以BIM技术和排版套料系统为依托，实现了深化设计数据化、加工生产数字化、管理可视化的管理模式，提升了企业的生产效率和管理水平，降低了生产成本。

淠河总干渠钢渡槽BIM深化设计模型

通过BIM建模对全桥钢结构进行深化设计。依据设计图纸搭建模型，过程中考虑加工制造工艺，及时与设计沟通确认。建模时即可对设计图纸进行错漏碰缺检查，提高了图纸会审的效率。基于单根构件出图时间，传统出图需要6天，模型生成图纸需要1.5天；基于单根构件审图时间，传统审核需要1.5天，模型审核需要1天。由BIM模型出工程量表，辅助成本管理及备料计划。基于高精度BIM模型输出深化设计图纸，图纸中的几何尺寸信息与模型一致，且零件编号、材质、数量、重量等信息均通过BIM模型自动生成，提高了深化设计的质量和效率。

BIM出图

基于模型输出数控文件进行排版套料，导出数控程序，实现数字化加工制造。SMARTNEST排版比传统人工排版料损减少2.1%，排版效率提高3倍。通过切割模拟，确定最佳切割路径，最终输出排版加工程序、下料作业指导，以及板材规格，方便材料采购及数控加工。使用BIM模型形象展示上弦杆等组装流程，提高工人理解的效率和准确率。

排版套料图

上弦杆组装流程图

信息化构件管理

钢结构加工企业在原材料的消耗控制、产品质量的检验、厂内库存的管理、发货计划的安排、收货验收的对接、项目数据的统计等方面投入大量人员进行重复性劳动，还经常出现人为方面的错误。我公司自主研发的基于BIM技术的二维码生产信息化管理系统，较传统管理方式在构件信息可追溯性、信息查询的便捷性、生产过程管控及发货管理等方面有突出的优势。

二维码管理系统是以构件为单位、二维码为载体，融合了BIM技术、信息化技术、物联网技术、大数据分析等现代化的技术手段，将钢结构从加工到安装全过程进行管控。系统让管理人员准确掌握构件的实时状态，实现构件入库、运输、施工等全程信息化跟踪，准确率提高70%，工作效率提高50%。

二维码生产信息化管理系统

施工现场智能建造

钢结构工厂将钢渡槽三维模型移交给项目部，后者添加施工参数，用于拼装场地规划、施工方案模拟、BIM平台应用等方面。

拼装场地规划

在项目前期采用无人机对现场区域进行航线规划,利用倾斜摄影技术处理数据生成实景建模。在软件中可以直接进行距离测量、面积计算、体积计算等操作。将原始地形模型与设计地形模型进行对比分析,得出场地的填方和挖方量。将实景模型与BIM模型整合,可用于施工调查、场地规划、辅助拆迁等方面。

倾斜摄影实景建模

拼装场地选址及优化

在拼装场地选址及优化方面，建立临时加工厂规划模型，多方案对比，最终确定合理方案。临时加工厂位于河渠之内，后优化移至河渠之外的场地，顺着河道，但由于长度不足，不能满足场地规划需求，最终垂直于河道布置。

利用BIM模型，对临时加工厂进行试拼装总体布局模拟，确定现场四个拼装区域分两个班组同步对称试拼装，单个班组的两个桁片对称成槽，分两轮从渡槽两端向跨中方向依次试拼装。

施工交底及方案模拟

通过BIM模型输出图片制作展板，形象展示吊装单元、单个箱口、单节段桁片焊接顺序，槽位焊接、一次焊接作业、二次焊接作业等操作流程，辅助现场焊接交底，提高工人理解的效率和准确率。

基于BIM模型查询吊装单元的重心位置及重量，为杆件翻身提供重要的数据信息，通过模拟确定合理的翻身方案。

建立等比例吊车精细模型，模拟履带吊站位,解决超大构件的吊装就位难题。根据现场实际工况,利用BIM模型对槽位构件吊装进行模拟，确定合理的吊装顺序。上弦杆最后吊装，是吊装模拟的重要成果，解决了槽壁板的安装难题。

查询吊装单元重心

吊装方案模拟

BIM智慧管理平台

研发BIM智慧管理平台，实现设计资料与模型的协同管理，以及施工阶段进度、质量、安全、计量、成本、档案管理等。基于BIM 智慧管理平台在施工过程中，按照相关BIM 标准录入施工关键信息，辅助施工管理。基于BIM 模型，采集现场施工原材料、质量安全检查、质量安全巡查、质量验收、安全风险、文明施工、特种设备等数据，与BIM 模型即时关联；使用BIM 智慧管理平台进行报验、审核、批准等，确保及时性、准确性、可追溯性。

BIM智慧管理平台

BIM及信息化技术在引江济淮淠河总干渠钢渡槽工程加工制造和现场安装阶段的成功应用,推广价值主要有以下几点：

（1）优化组织，节省工期：对专项施工方案可视化模拟，减少资源投入、提高方案编制质量、优化施工组织，从而节省工期；

（2）工厂加工，智能高效：三维模型出图加工，排版套料，数字化加工，构件加工到现场安装全过程跟踪管控；

（3）三维可视化，有效沟通：深化设计、图纸会审、工程量计算、方案比选实现可视化，方便各参与方沟通交流；

（4）精确计划，降低成本：通过BIM平台施工管理，合理安排施工内容，减少现场资源浪费。

淠河总干渠钢渡槽实景图片

BIM助力项目品质工程建设，引江济淮钢渡槽BIM技术应用成果，累计获得RICS皇家特许测量师学会及GUAS广东省城市建筑学会2021年度“SMART BIM”智建BIM大赛一等奖、中国图学学会第十届“龙图杯”全国BIM大赛施工组二等奖、中国建筑金属结构协会2021年度“金协杯”第二届全国钢结构行业数字建筑及BIM应用大赛二等奖等多个国家级奖项。

引江济淮钢渡槽拥有世界第一钢渡槽的美誉，受到中央、省、市等多家电视台、报纸和新媒体广泛报道。本工程已获中国钢结构金奖、中国桥梁工程创新奖、国际桥梁大会亚瑟海顿奖（2023年中国在国际桥梁大会上唯一一个获奖项目）、国际桥梁与结构协会杰出基础设施提名奖。被国际桥梁大会委员会主席Michael Cuddy评价为“淠河渡槽是一个了不起的工程，完成了‘地河’和‘天河’的立体交叉”“这确实是一个叹为观止的项目，也是我们的中国工程师同行所取得的诸多成就的缩影”。

本文刊载 / 《数智视界》杂志

2023年 第3期 总第26期

作者 / 杜伸云 黄浩

作者单位 / 中铁四局集团钢结构建筑有限公司

编辑 / 陈晨

美编 / 赵雯

责编 / 李诗韵

审校 / 李天颖 裴小吟 廖玲

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