BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用從二維向數(shù)字化

1、Word文檔 BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用從二維向數(shù)字化 BIM技術(shù)應(yīng)用日漸盛行，最初僅僅應(yīng)用于民用建筑，當(dāng)前則已將BIM大范圍的應(yīng)用，但是，當(dāng)前BIM在橋梁設(shè)計(jì)的應(yīng)用過(guò)程也面臨這一個(gè)局面：對(duì)設(shè)計(jì)院來(lái)說(shuō)，BIM應(yīng)用增加了設(shè)計(jì)投入，延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期;對(duì)施工企業(yè)和業(yè)主來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)院提交的BIM成果不能完全滿意施工及后期運(yùn)維的要求。甚至在有些狀況下，BIM實(shí)施所引發(fā)的挑戰(zhàn)與它帶來(lái)的好處一樣多，在肯定程度上影響了工程師們應(yīng)用BIM技術(shù)的樂(lè)觀性。 一、采納三維參數(shù)化的必要性 在大跨度橋梁中，鋼橋具有肯定優(yōu)勢(shì)，但鋼橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)工作量大。傳統(tǒng)上鋼橋設(shè)計(jì)采納AutoCAD等二維CAD軟件出圖，由于設(shè)計(jì)信息分散

2、保存在大量視圖及圖紙中，簡(jiǎn)單產(chǎn)生差、錯(cuò)、碰、漏現(xiàn)象，同時(shí)由二維點(diǎn)、線、圓弧、標(biāo)注等圖元描述的三維實(shí)體不能由計(jì)算機(jī)自動(dòng)判釋，使得實(shí)施產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和協(xié)同設(shè)計(jì)遇到很大障礙。 從CAD技術(shù)的進(jìn)展趨勢(shì)看，三維參數(shù)化技術(shù)是解決上述問(wèn)題的有效途徑。三維參數(shù)化就是要將幾何及尺寸關(guān)系嵌入到三維模型中，從而體現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)意圖。采納三維參數(shù)化設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢(shì)： 1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是一個(gè)構(gòu)思、驗(yàn)證的迭代過(guò)程，直觀的三維顯示，使整個(gè)結(jié)構(gòu)一目了然，可大大提高設(shè)計(jì)效率。 2.完整地體現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)意圖，避開了曲解。 3.便利處理簡(jiǎn)單的空間幾何關(guān)系。 4.零部件及二維工程圖紙管理便利，這一點(diǎn)對(duì)大型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其重要。三維模型對(duì)幾

3、何對(duì)象的定義是完備的，可即時(shí)創(chuàng)建二維工程圖，可自動(dòng)生成各種視圖和多種形式的剖面，并可自動(dòng)生成材料表。 5.三維模型與工程圖之間、工程圖各視圖之間、模型與材料表之間完全相關(guān)，避開了簡(jiǎn)潔低效的勞動(dòng)。 6.可實(shí)現(xiàn)肯定程度上的并行設(shè)計(jì)，從而縮短設(shè)計(jì)周期。只要結(jié)構(gòu)形式確定了，就可以利用初步擬定的尺寸作為參數(shù)開展設(shè)計(jì)，后期一旦尺寸有變動(dòng)，只需要更改參數(shù)就可以更新模型和相應(yīng)的工程圖。 7.在概念設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)階段建立的模型可供下一階段使用，也可供匯報(bào)演示，建立的模型可供有限元使用，節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。 二、基于三維參數(shù)化的二次開發(fā) 用于鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)展比較快，主要可分為兩類：用于機(jī)械行業(yè)的主要有Ca

4、tia、UG、Solidworks、Inventor等，可用于機(jī)械、模具、鈑金、管道、小型全焊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，大部分產(chǎn)品附加了機(jī)械行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，用于建筑行業(yè)的主要產(chǎn)品有Bently公司的ProStructure、達(dá)索公司的3DExperience、芬蘭Tekla公司的Tekla Structure、英國(guó)AceCAD公司的StruCAD等，主要用于高層建筑、體育館館、工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)，一般都供應(yīng)了比較豐富的型材和節(jié)點(diǎn)庫(kù)。由于缺乏特地用于鋼橋三維設(shè)計(jì)的軟件，只能借用其它通用軟件或結(jié)合其它專業(yè)來(lái)完成，但橋梁設(shè)計(jì)與機(jī)械領(lǐng)域的設(shè)計(jì)相比又有一些自身的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得直接利用現(xiàn)有軟件進(jìn)行鋼橋設(shè)計(jì)存在諸多不便，

5、工程師在使用時(shí)面臨的是一個(gè)生疏的環(huán)境，充斥著諸如特征樹、抽殼、拔模、放樣、凸臺(tái)等等術(shù)語(yǔ)，無(wú)法利用熟識(shí)的橋梁專業(yè)術(shù)語(yǔ)如桁式、節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度、桿件、梁、節(jié)點(diǎn)板、拼接板、填板等專有概念進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì)，因此有必要在現(xiàn)有平臺(tái)基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，形成一套包含鋼橋設(shè)計(jì)專用參數(shù)化對(duì)象庫(kù)的軟件包。 考慮到性價(jià)比、易用性、開發(fā)接口等因素，中鐵建大橋院在2021年起選擇Solidworks作為支撐平臺(tái)進(jìn)行鋼橋三維設(shè)計(jì)工具包的開發(fā)。到目前為止，該成果已勝利應(yīng)用于貴廣鐵路某四線鐵路斜拉鋼桁梁橋、國(guó)內(nèi)最大跨度大路鋼桁系桿拱橋珠海橫琴二橋、深茂鐵路潭江橋等已建和在建項(xiàng)目中。 三、從三維模型到二維圖紙 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)均需交付二

6、維圖紙，這種傳統(tǒng)意義上二維工程圖實(shí)際上是工程師通過(guò)空間想象將腦海中的三維模型投影、剖切到二維平面上的產(chǎn)物，相應(yīng)得到的二維圖紙表現(xiàn)力量及校核糾錯(cuò)功能相比實(shí)際三維模型大打折扣。 與之相反，由三維模型直接生成的圖紙則表現(xiàn)形式更為豐富，三維布置圖、預(yù)拼裝圖能精準(zhǔn)無(wú)誤的表示各細(xì)部結(jié)構(gòu)的空間位置，二維剖面圖及大樣圖是由三維模型經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)投影、剖切得到，比由人腦加工轉(zhuǎn)換得到的二維圖紙更加高效、精準(zhǔn)，也更便于其他人員再次復(fù)核。因此，不僅在空間構(gòu)造表現(xiàn)方面，三維圖紙有其肯定優(yōu)勢(shì)，而且在剖切示意及大樣展現(xiàn)及工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)方面，由自動(dòng)生成的二維圖紙更能保證精確度。 三維模型關(guān)聯(lián)工程圖紙的方式，在改善了出圖效能

7、的同時(shí)也將工程師的工作重心真正意義地轉(zhuǎn)移到了設(shè)計(jì)上面，而不是常規(guī)的先有圖紙后有模型，能有效保證BIM三維模型的精確性，并能提高設(shè)計(jì)院應(yīng)用BIM 的樂(lè)觀性。到目前為止，中鐵建大橋院已有多座大型簡(jiǎn)單鋼結(jié)構(gòu)橋梁采納了直接由三維建模生成施工圖。四、邁向BIM時(shí)代在三維參數(shù)化技術(shù)方面的積累為中鐵建大橋院邁入BIM時(shí)代供應(yīng)了良好的基礎(chǔ)。三維參數(shù)化建模是BIM系統(tǒng)的核心功能，也是其區(qū)分于傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的主要特征。在橋梁全生命周期和各專業(yè)橫向的數(shù)據(jù)交換過(guò)程中，三維參數(shù)化模型起到了信息載體的作用，同時(shí)Solidworks、Inventor等BIM工具軟件生成的三維參數(shù)化模型可采納IFC(IndustryFoun

8、dation Classes)、STEP(產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))等格式進(jìn)入BIM平臺(tái)軟件，為協(xié)同設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。 在使用過(guò)程中也發(fā)覺(jué)，Solidworks軟件雖然使用便利、建模效率高、對(duì)二維出圖支持好，但在管理大模型(如全橋模型)時(shí)性能下降明顯。因此引進(jìn)了CATIAV6平臺(tái)，與原有的Solidworks軟件一起形成一個(gè)凹凸搭配的BIM環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中，Solidworks作為BIM創(chuàng)作工具對(duì)鋼橋節(jié)點(diǎn)、桿件、錨箱等次級(jí)裝配進(jìn)行建模，CATIA V6平臺(tái)負(fù)責(zé)全橋模型組裝、融合其它專業(yè)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)協(xié)同、生成供發(fā)布用的輕量級(jí)模型等工作。 實(shí)際上，在實(shí)施BIM的過(guò)程中，類似的細(xì)節(jié)問(wèn)題會(huì)大量存在，信任隨著技術(shù)人員嫻熟程度的提高、BIM軟件的不斷升級(jí)和BIM應(yīng)用的深化二次開發(fā)等，BIM技術(shù)對(duì)橋梁設(shè)計(jì)的巨大推動(dòng)作用將會(huì)漸漸顯現(xiàn)。五、小結(jié)目前與BIM相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正在形成與完善，相關(guān)人才培訓(xùn)、技術(shù)政策、軟件研發(fā)還不能完全滿意BIM實(shí)施的要求，因此在橋梁設(shè)計(jì)中全面采納BIM技術(shù)會(huì)遇到相當(dāng)大的困難。在BIM實(shí)施時(shí)，單一軟件確定不能滿意橋梁設(shè)計(jì)的要求，需要對(duì)不同廠商的軟件進(jìn)行集成，搭建一個(gè)合適的BIM環(huán)境，可以通過(guò)定制開發(fā)等手段基本解決不同軟件間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題。由于橋梁設(shè)計(jì)的特