Tek la軟件在南寧英華橋鋼塔深化設(shè)計(jì)及制造中的應(yīng)用

曹 晗 杜伸云

(中鐵四局集團(tuán)鋼結(jié)構(gòu)有限公司，合肥230022)

1 工程概況

南寧英華大橋起于邕江西岸風(fēng)亭路，上跨亭江路，向東跨越邕江后，在流沙半島接英華路與半島環(huán)線交叉口。主橋跨徑為45+410+45=500m，主塔為“羊角編鐘”造型，高100m，主梁采用單箱四室扁平流線型全焊鋼箱梁，箱梁全寬37.7m，設(shè)機(jī)動(dòng)雙向六車道(見圖1)。

圖1 英華橋效果圖

2 深化設(shè)計(jì)

本橋深化設(shè)計(jì)的主要包含鋼箱梁和鋼塔的深化設(shè)計(jì)，其中鋼塔的深化設(shè)計(jì)是本橋的重難點(diǎn)，用傳統(tǒng)的二維平面圖紙難以表達(dá)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)及曲面的展開情況[1]。通過BIM技術(shù)建立整橋的三維信息摸(見圖2)，以模型為基礎(chǔ)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)并最終輸出深化設(shè)計(jì)圖紙，最終解決了復(fù)雜空間的結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)[2]。

圖2 鋼橋、鋼塔部分BIM模型

2.1 鋼塔深化設(shè)計(jì)

1)模型放樣

首先，利用CAD軟件按照原設(shè)計(jì)1:1畫出鋼塔的立面圖及主要控制截面的位置和角度(見圖3(a))，同時(shí)放樣各主要控制截面處的平面幾何形狀(見圖3(b))，然后將主要控制截面以立面放樣圖為基準(zhǔn)移動(dòng)到立面圖上對(duì)應(yīng)的空間位置，從而形成鋼塔的“骨架線框模型”[8](見圖 3(c))。

圖3 鋼塔放樣過程

2)建立BIM模型

將CAD線框模型以參考模型的方式導(dǎo)入Tekla Structure軟件，并以此“線模”為基準(zhǔn)進(jìn)行建模:先通過“三角形生成器”命令建立鋼塔外壁板，然后通過“多邊形板”功能建立隔板、板肋及加勁板等細(xì)部零件，建模的過程中輸入零構(gòu)件的編號(hào)信息、截面參數(shù)、材質(zhì)等信息[3]，建完一個(gè)節(jié)段后按此方法依次建立下一節(jié)段的模型直至鋼塔建完整個(gè)鋼塔模型(見圖4)。

圖4 鋼塔建模過程

3)模型應(yīng)用

通過模型輸出深化設(shè)計(jì)圖紙，尤其是對(duì)于不規(guī)則的弧形外壁板，通過軟件中的“展開”功能將其展開，提高了深化設(shè)計(jì)的精度及效率[4];通過BIM模型能快速的查詢選定零構(gòu)件的相關(guān)信息，提高了設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)信息的提取的效率和準(zhǔn)確度。

圖4 模型在鋼塔深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.2 鋼梁深化設(shè)計(jì)

主梁采用單箱四室扁平流線型全焊鋼箱梁，箱梁中間設(shè)置縱隔板，箱梁全寬37.7m，中心高3.5m。結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但主要的難點(diǎn)為鋼箱梁縱起拱導(dǎo)致鋼箱梁梁段之間的接口尺寸復(fù)雜多變，其建模工序如下:

根據(jù)系統(tǒng)線布置圖，通過CAD軟件放樣鋼箱梁的起拱圖(見圖5)，然后將其導(dǎo)入Tekla軟件建立鋼箱梁模型[7]，其建模順序?yàn)?橫隔板單元→縱隔板單元→底板單元→頂板單元→加勁肋→匹配件。先按水平向依次建立鋼箱梁，然后按起拱線將鋼箱梁重新排布，并使其與起拱系統(tǒng)線保持一致。最后，調(diào)整鋼箱梁之間結(jié)合部位的形狀尺寸保證接口匹配，從而完成后鋼箱梁的建模工作[5](見圖6)。

圖5 英華橋鋼箱梁起拱系統(tǒng)線放樣

圖6 鋼箱梁建模過程

3 工廠制造

在工廠制造過程中，充分應(yīng)用了深化設(shè)計(jì)階段建立信息模型:將模型中的零件輸出DSTV格式(*＊.nc1，“＊＊”為零件編號(hào))的文件。將數(shù)控文件導(dǎo)入SmartNest軟件進(jìn)行排料并輸出數(shù)控程序代碼直接用于數(shù)控機(jī)床零件切割(見圖7)。通過這種方式，大大提高了生產(chǎn)加工的效率及質(zhì)量，同時(shí)降低了工程技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，最終完成了復(fù)雜構(gòu)件的工廠加工任務(wù)[6](見圖8)。

圖7 通過模型輸出數(shù)控程序代碼過程

圖8 模型與生產(chǎn)過程中的照片對(duì)比

4 結(jié)語

利用Tekla Structure對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行建模，通過信息模型輸出施工所需的各種數(shù)據(jù)，解決了復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的深化設(shè)計(jì)難點(diǎn)及后期制造、施工中的問題。這種通過將CAD軟件與Tekla軟件相結(jié)合，利用信息共享充分發(fā)揮各軟件的優(yōu)勢(shì)，及充分利用各施工階段形成數(shù)據(jù)進(jìn)行施工的方式，保證了工程建設(shè)的質(zhì)量提，節(jié)約了工程的成本，對(duì)類似工程的深化設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。

[1]曹毅.BIM標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀及其發(fā)展[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013年29期.

[2]劉獻(xiàn)偉，高洪剛，王續(xù)勝.施工領(lǐng)域BIM應(yīng)用價(jià)值和實(shí)施思路[J].施工技術(shù)，2012年22期.

[3]彭鵬.基于詳圖描述和建筑性能分析的BIM設(shè)計(jì)流程研究[D].華中科技大學(xué)，2010年.

[4]王珺.BIM理念及BIM軟件在建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2011年.

[5]周春波.BIM技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用研究[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013年01期.

[6]洪磊.BIM技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)2012年.

[7]《鋼結(jié)構(gòu)工程施工驗(yàn)收規(guī)范》(GB50205-2001).

[8]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003).