鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)中的BIM正向設(shè)計(jì)

文/華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 尹夢(mèng)祥

獲獎(jiǎng)等級(jí)：一等獎(jiǎng)

項(xiàng)目名稱：基于BIM正向設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁全生命期關(guān)鍵技術(shù)研究

南京市公共工程建設(shè)中心和華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司以提升橋梁建設(shè)現(xiàn)代化水平為總體目標(biāo)，開展了基于BIM正向設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)橋梁全生命期關(guān)鍵技術(shù)的項(xiàng)目研究。該項(xiàng)目依托浦儀公路西段跨江大橋工程，開展對(duì)復(fù)雜曲面鋼結(jié)構(gòu)橋梁BIM三維正向設(shè)計(jì)實(shí)施方法研究，突破了多項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)卡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了BIM三維建模與多專業(yè)設(shè)計(jì)一體化高效應(yīng)用，創(chuàng)立了國(guó)內(nèi)橋梁BIM三維平臺(tái)正向設(shè)計(jì)應(yīng)用開發(fā)與參建單位協(xié)同共享參數(shù)模型的首例示范，為推動(dòng)我國(guó)橋梁項(xiàng)目BIM全壽命周期集成管理和協(xié)同應(yīng)用價(jià)值化積累形成了成功經(jīng)驗(yàn)，為交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化升級(jí)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步提供了優(yōu)良示范。

探索BIM正向設(shè)計(jì)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率雙提升

南京市公共工程建設(shè)中心和華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司以持續(xù)提升跨江橋梁建設(shè)品質(zhì)和全面支撐交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)發(fā)展為目標(biāo)，緊靠綠色環(huán)保建設(shè)理念，以工業(yè)化建造和智能建造為抓手，大力探索、推進(jìn)BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)橋梁全生命周期應(yīng)用。項(xiàng)目依托浦儀公路西段跨江大橋工程，開展了Catia平臺(tái)三維參數(shù)模型正向設(shè)計(jì)應(yīng)用研究和二次開發(fā)，首次實(shí)現(xiàn)了BIM在大跨鋼結(jié)構(gòu)橋梁建造中協(xié)同設(shè)計(jì)、加工制造和建設(shè)管理的正向設(shè)計(jì)協(xié)同共享應(yīng)用。

← 組圖：建成后的浦儀公路跨江主橋及其BIM正向設(shè)計(jì)模型

針對(duì)空間曲面鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)難度大、圖紙表達(dá)困難、更改效率低、重復(fù)工作量大、易出現(xiàn)“差、錯(cuò)、漏、碰”、板件大樣表達(dá)不夠精準(zhǔn)、多專業(yè)配合不直觀等痛點(diǎn)，該項(xiàng)目以BIM技術(shù)為載體，在建設(shè)伊始就將BIM技術(shù)引入設(shè)計(jì)過(guò)程，吸收房建、機(jī)械行業(yè)BIM設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，深入研究Catia平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法、圖紙表達(dá)方式等功能，編制了國(guó)內(nèi)首部鋼橋BIM正向設(shè)計(jì)流程手冊(cè)，研發(fā)編制了鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)構(gòu)件庫(kù)，研發(fā)了鋼結(jié)構(gòu)橋梁骨架生成程序、鋼結(jié)構(gòu)橋梁構(gòu)件快速實(shí)例化程序等BIM正向設(shè)計(jì)輔助模塊，并利用BIM參數(shù)化模型直接生成局部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了與有限元分析軟件的高效掛接。

→鋼塔安裝

→組圖：設(shè)計(jì)參數(shù)和加工參數(shù)集成的BIM設(shè)計(jì)模型

BIM正向設(shè)計(jì)極大地提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，一是圖紙的生成及更新全部基于BIM參數(shù)化模型及其實(shí)例化，可隨著BIM模型的更新自動(dòng)更新，大幅提高圖紙生成及修改效率；二是基于平臺(tái)的協(xié)同設(shè)計(jì)，以先生成模型再生成圖紙的設(shè)計(jì)方式，可有效避免結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙的“錯(cuò)、漏、碰、缺”，大幅減少設(shè)計(jì)過(guò)程中不必要的反復(fù)和調(diào)整；三是局部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型可直接利用BIM模型生成，且同樣可隨BIM模型快速化修改，節(jié)約了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中局部計(jì)算模型的建立和修改時(shí)間。同時(shí)，此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方法及構(gòu)件庫(kù)可應(yīng)用到后續(xù)其他鋼結(jié)構(gòu)橋梁的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目成果可推廣性強(qiáng)。

探索多階段集成設(shè)計(jì)引領(lǐng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁智能制造新方向

按照傳統(tǒng)，制造單位需根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖和自身工藝文件，重新利用CAD編制施工圖深化設(shè)計(jì)文件，主要包含建立全橋三維模型、繪制塊體圖、板單元圖、板件下料圖。而其中最重要的就是建立三維模型和板件下料圖，制造單位可通過(guò)三維模型全面了解、評(píng)斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝。然而，采用傳統(tǒng)方式繪制板件下料圖，不僅工作量巨大，且容易造成設(shè)計(jì)和加工環(huán)節(jié)的信息不對(duì)稱，不可避免地帶來(lái)差錯(cuò)和返工。浦儀公路的上壩夾江大橋在利用BIM技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)正向設(shè)計(jì)時(shí)，將制造單位工藝參數(shù)集成到BIM正向設(shè)計(jì)模型中，利用BIM正向設(shè)計(jì)模型和空間曲面板件展開模塊直接生成制造單位所需的板件大樣圖，具有可編輯、實(shí)時(shí)更新、尺寸零誤差等優(yōu)點(diǎn)。制造單位利用生成的板件大樣圖，可直接導(dǎo)入下料機(jī)床軟件，直接進(jìn)行板件的下料切割。不僅節(jié)約了制造深化設(shè)計(jì)周期，還提升了制造精度和結(jié)構(gòu)制造的智能化水平。

探索全生命周期共享打通信息傳遞鏈助力結(jié)構(gòu)管養(yǎng)

基于BIM數(shù)字模型的全生命周期信息傳遞，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)-制造-施工-運(yùn)維的橋梁全生命周期信息共享，打通了多階段信息孤島，確保了全方位信息的完整性和真實(shí)性，降低了項(xiàng)目各階段風(fēng)險(xiǎn)。開發(fā)以BIM模型為中心的全生命期信息協(xié)同管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了BIM正向設(shè)計(jì)三維模型構(gòu)件與圖紙“多對(duì)多”關(guān)聯(lián)，多途徑的訪問(wèn)功能極大提高了圖紙的查詢效率。平臺(tái)通過(guò)施工建造、施工監(jiān)控等過(guò)程管理與模型的映射機(jī)制，給出了一種以模型為中心的高效協(xié)同的工作模式。