新白沙沱長江特大橋是我國高鐵首批BIM設計施工試點項目之一。大橋地理環境複雜，為解決鋼樑架設難題、檢驗施工方案可行性，利用BIM對鋼樑架設方案和施工過程全面模擬，提高設計質量、降低安全風險，確保項目成功實施。
新白沙沱長江特大橋位於重慶白沙沱河段，是渝貴客貨車線引入重慶樞紐重要通道，也是遠期預留渝湘客車線過江通道。大橋上層為時速200km四線客運專線鐵路，下層為時速120km雙線貨車線，是世界首座六線鐵路鋼桁梁斜拉橋，首座跨度最大、荷載最重的六線鐵路鋼桁梁斜拉橋，首座雙層鐵路鋼桁梁斜拉橋。
2018年1月25日，新白沙沱長江特大橋上層雙線客運線通車
2019年4月24日，下層貨車線通車
隨著新白沙沱長江特大橋建成，服役59年的老白沙沱長江大橋正式退役。未來，該線路運輸能力將大幅提升，重慶—貴陽平均運行時間由10h縮短至2h內，並與蘭渝、貴廣鐵路實現聯網互通，對促進西南、西北地區經貿發展與人文交流有重要意義。
隨著新白沙沱長江特大橋建成
服役59年的老白沙沱長江大橋正式退役
作為渝黔鐵路控制性工程，新白沙沱大橋是中國鐵路總公司批准立項的我國高速鐵路建設中首批採用BIM技術設計和施工的特大型鐵路橋樑試點項目之一。
施工方案
施工環境
新白沙沱大橋橋址區先後跨越重慶側構造剝蝕丘陵地貌區、河流侵蝕地貌區、河流堆積地貌區和貴陽側構造剝蝕淺丘地貌區，地形起伏較大，居民住宅和工廠等建築物密集。貴陽側主塔墩3#墩位於長江中心，橋下河段通航繁忙，處於“長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護區”的緩衝區，環保要求較高。大橋多處跨越既有公路鐵路運輸幹線。由於在施工過程中限制條件較多、地形複雜、交通不便，現場施工組織和管理難度較大。
施工方案
為減少對長江水體及河床的擾動破壞和汙染，主橋基礎鑽孔樁施工採用大扭矩液壓動力頭旋轉鑽機，配置泥漿分離器、泥漿運輸船等設備對泥漿進行循環利用和環保處理。承臺施工採用特大雙壁鋼圍堰進行封底止水和支撐圍護，塔柱施工採用液壓爬模及混凝土垂直泵送澆築技術。
鋼樑架設是施工難點。鋼桁梁結構複雜，工地連接為高強螺栓和焊接並用，製造及安裝精度要求較高，架設難度大。經反覆研究比選，確定水路運輸、碼頭吊機及浮吊配合運梁臺車轉運、專用提升站及全迴轉架樑吊機散拼安裝的方案，並修建相應碼頭、棧橋、存梁平臺等臨時設施。
風險控制
由於施工環境複雜，既要保障長江航運和既有線運營安全，又要保證大橋的施工安全和工期目標，為對大橋施工安全風險進行系統的分析、識別、評價和有效控制，項目組開展專項研究，提出包括項目建設規模、氣候環境、水文地質、地形地貌、橋位特徵及施工工藝成熟度等橋樑整體風險評價指標，根據專家評價結果採取相應風險控制技術。
新白沙沱大橋主樑雙層橋面佈置方案
BIM實施
新白沙沱大橋地處艱險山區和長江天塹，環境複雜、施工場地受限，跨多條既有線，安全問題突出，每次要點時間僅2 h、工序緊湊，要採用BIM技術能夠對每步工序詳細模擬，檢驗其可行性、安全性，以便科學制定工序流程和作業組織方式，確保施工過程安全、高效。
應用方向與應用點
為充分發揮BIM技術優勢，研究團隊將技術難度最大、施工風險最高的重慶側邊跨鋼樑架設方案研究及實施過程控制作為BIM技術應用重點，以保證鋼樑架設的安全、質量、效率、成本、環保等施工目標。
在BIM應用點中，對主體結構設計模型處理主要指將設計院提供的成橋狀態BIM模型按確定的施工方案進行必要的分節、分段或構件編組，並賦予時間及狀態屬性，使其能在後續應用中按不同工況模擬並呈現施工過程及狀態，屬於施工階段BIM應用的前處理工作。
資源配置
1 人員配置
BIM研究團隊由鐵路BIM聯盟成員單位中鐵大橋局集團有限公司BIM小組、設計事業部及項目部等技術骨幹人員組成，並分為策劃組、設計組、實施組，其具體分工為：
- 策劃組。負責BIM技術應用的策劃、督導、效果評估及應用價值研究
- 設計組。採用BIM技術進行施工方案研究、計算分析、過程模擬、成果管理等
- 實施組。負責方案實施、技術協調、監測監控及問題反饋等
2 軟件配置
為與設計模型對接，採用Dassault V5系列BIM軟件，軟件配置見表1。
3 硬件配置
Catia等軟件對運行環境的要求較高，硬件配置見表2。
初步方案
重慶側邊跨鋼樑跨越3條既有鐵路線，且部分鋼樑侵入山體，陸上交通不具備進場條件，為解決鋼樑運輸難題，並保證列車運行和鋼樑施工安全，提出在支架上拼裝鋼樑，採用同步頂推技術完成跨線段鋼樑架設的施工方案，以減少跨線施工時間、降低安全風險。
重慶側邊跨鋼樑拼裝與跨線施工方案總佈置
貴陽側主塔墩位於長江主河槽內，鋼樑架設擬採用對稱懸臂拼裝的方案，棧橋前端設置1座固定式提升站，在主塔墩施工期間即通過水路運輸將鋼樑運至主塔墩3#墩旁，由專用提升站將鋼樑提升至施工平臺上的運輸臺車，經棧橋運輸至預拼場存放，後期鋼樑架設時通過棧橋運輸至主塔墩鋼樑提升站下方，再由架樑吊機提升至橋面進行拼裝架設。
BIM建模與組裝
建模是開展BIM技術應用的準備工作之一，由於大橋結構複雜，施工臨時設施、設備較多，除對主體結構模型按施工方案要求進行處理外，還需要完成各種臨時設施及場地的建模，利用軟件模擬鋼樑杆件等材料吊裝、運輸、存放等過程的空間需求，合理佈置場地。
施工臨時設施建模
BIM團隊分工完成各單體模型創建，再利用軟件裝配功能按照統一的全局座標系組裝為一個整體。由於模型精確反映結構尺寸及相對位置，能全面模擬各構件安裝過程和干涉情況，消除各種設計缺陷和人為錯誤，提高了設計質量。
組裝後的大橋主體結構、臨時設施及場地佈置
設計採用Catia的BOM表功能，快速統計模型中各構件材料數量，提高了統計效率，配合出圖功能完成二維圖紙設計，且可輸出為Excel表格，便於物資部門管理材料，為工程的材料採供和備料提供準確數據。
材料統計與報表輸出
方案模擬與優化
鋼樑架設涉及大量起重作業，作業大多在高空或水上進行，存在較大安全風險，使用傳統平面設計方法往往不夠準確、全面。根據設備參數建立的施工機械模型可實現精確控制，通過定義模型的機構運動方式，模擬、驗證鋼樑吊裝方案。
施工過程模擬主要在Delmia仿真平臺進行，通過對鋼樑各構件和吊裝單元賦予時間屬性、定義運動軌跡和顯示控制，生成連續的生長動畫，表達主體結構安裝過程。
重慶側邊跨鋼樑拼裝與跨線頂推施工交替進行，設計人員根據成橋狀態下各段鋼樑最終位置推導該段鋼樑拼裝順序，應用BIM全面模擬鋼樑構件存放、運輸、吊裝等運動軌跡、鋼樑頂推過程等。
重慶側邊跨鋼樑拼裝與跨線頂推施工原始方案模擬
最初架設方案，首先在主塔墩3#墩橫樑拼裝架樑吊機臨時支架，然後拼裝額定起重能力70t的360°全迴轉架樑吊機，再利用吊機拼裝首段鋼樑，架樑吊機走行至鋼樑上，拆除架樑吊機臨時支架，再從棧橋上取樑架設其他節間鋼樑。
Delmia動態模擬發現諸多影響鋼樑架設安全及拼裝效率的問題，如架樑吊機在取梁與拼裝狀態吊機扒杆變幅角度變化過大、起吊過程中架樑吊機扒杆無法旋轉過主塔等。研究決定，修改鋼樑架設方案，並對其重新模擬和優化處理，有效解決安全隱患、提高作業效率，並據此制定出詳細的作業流程和施工步驟，保證施工方案順利實施。
重慶側邊跨鋼樑拼裝與跨線頂推施工優化後方案模擬
按照同樣流程，對貴陽側主塔墩3#墩鋼樑拼裝與掛索過程進行模擬，並根據各工況的計算分析和模擬中發現的問題進行優化處理。
貴陽側主塔墩3#墩鋼樑雙懸臂對稱拼裝施工模擬
新白沙沱大橋體量龐大、結構複雜、所處環境條件較惡劣，通過實施BIM，對施工過程和方案設計細節進行預先演練和分析，證明施工方案的可行性，細化作業流程和技術控制要點，確保施工安全。特別在跨線頂推施工過程中，必須在要點時間內完成頂推工作，BIM技術在優化施工方案、加強安全控制、提高作業效率等方面發揮了巨大作用。
主要內容來源：
中鐵大橋局集團有限公司（鐵路BIM聯盟成員單位）
劉宏剛，張海華，甘一鳴.
BIM技術在新白沙沱長江特大橋鋼樑架設中的應用[J].
鐵路BIM聯盟
