【BIM案例】滬昆客專北盤江特大橋設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用

滬昆客專北盤江特大橋設(shè)計(jì)

BIM應(yīng)用中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司一

、工程項(xiàng)目簡介滬昆客運(yùn)專線為“五縱五橫”的大通道之一，是西南和中南至華東最重要的鐵路大動(dòng)脈。北盤江特大橋?yàn)槿€最大跨度的橋梁工程。大橋位于貴州省關(guān)嶺縣和晴隆縣之間，在光照水電站下游跨越北盤江。兩岸均有貴州省光照水庫庫區(qū)公路從橋下通過，并與滬昆高速公路相通。北盤江河谷深切，呈“U”字型，橋址處屬構(gòu)造剝蝕中山河谷地貌，兩岸岸坡地勢(shì)陡峻，岸坡自然坡度為37°～62°，局部為陡崖，橋高近300m，場地地震峰值加速度為0.089g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.65s，場地類別為I

類。大橋主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下：鐵路等級(jí)：客運(yùn)專線

、雙線軌道類型：有砟軌道最高設(shè)計(jì)行車速度：350km/h。（長昆段

250km/h，基礎(chǔ)預(yù)留進(jìn)一步提速條件）設(shè)計(jì)活載：ZK活載橋上線路：線間距5m，直線、平坡使用年限：正常條件下為100年圖1

主橋布置圖橋梁中心里程為D1K881+943.0，橋梁全長：721.25m。主橋?yàn)橹行目缍?/p>

445m

上承式鋼筋混凝土拱橋，引橋及拱上孔跨布置為：1×32m

簡支箱梁+2×65m

預(yù)應(yīng)力混凝土T構(gòu)+8×42m

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁+2×65m

預(yù)應(yīng)力混凝土

T

構(gòu)+2×37m

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁。本橋建成之后為世界最大跨度的鋼筋混凝土拱橋。圖2

大橋效果圖全橋主要工程量：主拱C60（C80）混凝土：2.9

萬方，梁部C55混凝土：1.17萬方，拱座C30、C40混凝土：7.1

萬方，其余墩柱及基礎(chǔ)

C30、C40混凝土：2.6萬方。全橋混凝土總圬工約：13.77萬方；鋼筋約為

16000t，鋼管拱勁性骨架鋼材約為5500t，土石方開挖約

43

萬方，邊坡防護(hù)約24000平方米。北盤江特大橋主拱采用鋼管混凝土勁性骨架法施工，施工過程結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程規(guī)模大、

施工步驟特別多、控制難度大、控制因素多。

全橋混凝土圬工總量：13.53萬方，施工階段：211

個(gè)。北盤江特大橋于2010年10

月開工，預(yù)計(jì)于2015

年5月竣工。目前拱座基礎(chǔ)及102m

高交界墩已經(jīng)施工完成，正在進(jìn)行鋼管骨架的架拱施工，施工照片見下圖。圖3

北盤江特大橋施工照片二

、BIM團(tuán)隊(duì)介紹表1

北盤江特大橋設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用團(tuán)隊(duì)成員姓朱穎名工作單位中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院中鐵二院職

務(wù)總經(jīng)理集團(tuán)公司副總副總經(jīng)理集團(tuán)公司副總副所長院副總工程師副院長院總工程師高工職責(zé)及技術(shù)履歷BIM項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人總方案規(guī)劃BIM技術(shù)總工程師項(xiàng)目總體陳列張雪才周建楊詠漪徐勇胡京濤董鳳翔謝海清閔世平朱泳標(biāo)陶奇BIM橋梁建模BIM橋梁建模橋梁

BIM技術(shù)總工程師協(xié)同平臺(tái)和系統(tǒng)維護(hù)組長BIM橋梁建模部長技術(shù)師主任高工GIS系統(tǒng)構(gòu)建BIM地質(zhì)建模BIM橋梁建模協(xié)同平臺(tái)維護(hù)GIS系統(tǒng)構(gòu)建張毅副所長工程師工程師副部長趙亮亮葉明珠代強(qiáng)玲系統(tǒng)維護(hù)GIS系統(tǒng)構(gòu)建三、

BIM技術(shù)應(yīng)用軟件配置圖

4

軟件實(shí)施流程圖1、DS-CATIA：產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)，負(fù)責(zé)地質(zhì)、隧道與橋梁BIM模型建立；最有效的功能：（1）

二維和三維的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能；（2）

模板的超級(jí)副本、特征模板和文檔模板，特征模板的白盒和黑盒功能；（3）

知識(shí)功能模塊；（4）

高速緩存讀取輕量化模型；（5）

復(fù)雜實(shí)體的精確造型；最需要改進(jìn)的功能：（1）

BOM

表功能無法對(duì)

Body

級(jí)別的對(duì)象進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)；（2）

零件和產(chǎn)品的梁桿單元有限元化；2、DS-ENOVIA：數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)多專業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)管理最有效的功能：（1）

關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)管理；（2）

完整變化的設(shè)計(jì)上下文環(huán)境；（3）

數(shù)據(jù)共享更安全；（4）

系統(tǒng)及時(shí)通知；（5）

CATIA

應(yīng)用性能提升。最需要改進(jìn)的功能：（1）

大尺寸問題，在

VPM

環(huán)境下，無法管理處于大尺寸標(biāo)度的模型；只能管理標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)度的模型；（2）

裝配參數(shù)和裝配關(guān)系某些時(shí)候不方便管理，在

VPM

環(huán)境下僅能以技術(shù)包形式管理；（3）

VPM

環(huán)境下，人員權(quán)限配置較為復(fù)雜，需要較為深厚的計(jì)算機(jī)功底；（4）

在

VPM

環(huán)境下，刪除操作較為復(fù)雜，需要執(zhí)行較為多的步驟；（5）

在

VPM

環(huán)境下，模版管理較為復(fù)雜，需要較多的步驟；3、DS-DELMIA：仿真應(yīng)用平臺(tái)，負(fù)責(zé)BIM

模型的施工四維仿真最有效的功能：（1）

甘特圖、PERT

圖關(guān)聯(lián)的三維裝配（人機(jī)）過程仿真；（2）

機(jī)械加工工藝規(guī)劃、驗(yàn)證仿真；（3）

人、機(jī)和料的過程化信息查詢；（4）

真實(shí)機(jī)器人的交互設(shè)計(jì)、仿真和離線編程；最需要改進(jìn)的功能：（1）

信息查詢機(jī)相關(guān)報(bào)表輸出需后期開發(fā)定制；（2）

動(dòng)畫效果在一定程度上不能很好的滿足后期匯報(bào)要求；4、DS-3DVIA

Composer：三維動(dòng)態(tài)演示平臺(tái)，負(fù)責(zé)三維模型數(shù)據(jù)發(fā)布及設(shè)計(jì)成果集成最有效的功能：（1）

多種

CAD

模型數(shù)據(jù)處理：支持大部分三維

CAD

設(shè)計(jì)軟件模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和導(dǎo)入；（2）

精確三維模型交互式瀏覽：能對(duì)顯示最大能夠達(dá)到零件級(jí)的三維模型進(jìn)行實(shí)時(shí)交互瀏覽操作，如旋轉(zhuǎn)、縮放等；（3）

輕量化模型數(shù)據(jù)：通過自身算法，模型文件大小被壓縮到很小，普通地質(zhì)場景的模型僅幾十兆；（4）

實(shí)時(shí)測(cè)量：可以在交互瀏覽的過程中對(duì)任意邊線點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，獲得真實(shí)的尺寸數(shù)據(jù)；（5）

動(dòng)畫：軟件內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)漫游動(dòng)畫及裝配動(dòng)畫的制作和播放；最需要改進(jìn)的功能：（1）

對(duì)模型精細(xì)化顯示有一定的性能要求：對(duì)大場景顯示達(dá)到以萬計(jì)的零件級(jí)別的場景會(huì)有一定的性能要求；（2）

無物理仿真效果：由于

3DVIAComposer

主要面向

CAD

三維模型展示，所以不支持水流等效果引擎；5、AUTODESK-AutoCAD2012二維設(shè)計(jì)工具，負(fù)責(zé)編輯地形及地質(zhì)剖面模型最有效的功能：（1）

二維繪圖非常方便；（2）

對(duì)模型的建模和修改范圍沒有限制；（3）

圖層、標(biāo)注和線型的管理；最需要改進(jìn)的功能：（1）

二維和三維的參數(shù)化設(shè)計(jì)；（2）

模型附加參數(shù)比較困難，參數(shù)的種類比較少；6、AUTODESK-Navisworks2012適時(shí)漫游平臺(tái)，負(fù)責(zé)BIM模型的適時(shí)漫游最有效的功能：（1）

數(shù)據(jù)整合---兼容設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)

50

種以上文件格式，支持將設(shè)計(jì)、施工和其他項(xiàng)目數(shù)據(jù)整合進(jìn)單一集成的輕量級(jí)項(xiàng)目模型；（2）

設(shè)計(jì)優(yōu)化---支持模型的碰撞和沖突檢測(cè)，能夠幫助分析空間問題，解決專業(yè)間沖突，在施工前預(yù)測(cè)和避免潛在問題，提升協(xié)同和設(shè)計(jì)質(zhì)量；（3）

項(xiàng)目可視化校審---通過可視化功能完成渲染，制作照片級(jí)別三維動(dòng)畫和圖像，完成項(xiàng)目校審；并可創(chuàng)建對(duì)象動(dòng)畫，支持項(xiàng)目施工進(jìn)度模擬和特定工序的流程規(guī)劃；（4）

施工模擬和算量統(tǒng)計(jì)---能夠完成模型對(duì)象和施工進(jìn)度關(guān)聯(lián)，驗(yàn)證施工活動(dòng)的可行性，優(yōu)化施工方案；并通過基于模型的快速工程算量統(tǒng)計(jì)，完成項(xiàng)目概預(yù)算；（5）

項(xiàng)目協(xié)同---平臺(tái)提供了各個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)，標(biāo)注、視圖等功能提高了協(xié)同效率；同時(shí)模型能夠發(fā)布云端，在

Ipad

上瀏覽，促進(jìn)多地區(qū)、多團(tuán)隊(duì)的全方位協(xié)同。最需要改進(jìn)的功能：（1）

模型數(shù)據(jù)格式更加輕量化，提升模型協(xié)同效率；（2）

提供針對(duì)施工可建造模型的功能，針對(duì)施工實(shí)際訴求進(jìn)行更加精細(xì)化的施工方案模擬；（3）

算量部分，計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)本地自定義，或者本土化計(jì)價(jià)體系嵌入；（4）

提升渲染效率，縮短渲染時(shí)間，降低對(duì)本地資源的占用；（5）

其他施工管理軟件，以及施工現(xiàn)場硬件與

Naviswork

的集成，能夠直接從模型中提取需要施工數(shù)據(jù)。7、Skyline:

三維GIS

平臺(tái)，負(fù)責(zé)測(cè)繪數(shù)據(jù)發(fā)布最有效的功能：（1）

海量三維地形的快速索引與瀏覽技術(shù)；（2）

多源數(shù)據(jù)、多專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的集成共享、展示技術(shù)；（3）

鐵路沿線三維模型的快速匹配與生成技術(shù)；（4）

基于三維

GIS

平臺(tái)和三維地形，可開展多種多樣的分析功能，如碰撞檢測(cè)、剖面提取等；（5）

可將三維

GIS

平臺(tái)與海量的空間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)一種“所見即所得”的數(shù)據(jù)管理方式。最需要改進(jìn)的功能：（1）

三維

GIS

平臺(tái)的可擴(kuò)展性；（2）

三維

GIS

平臺(tái)模型的精度；（3）

三維

GIS

平臺(tái)與BIM模型的兼容性。四、硬件配置服務(wù)器：

HP

Z800工作站

+HP

Z420工作站×5+HP

EliteBook8560w

工作站×2五、BIM應(yīng)用情況1、BIM在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用BIM在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要分為以下幾個(gè)方面：1）

三維地質(zhì)信息模型通過逆向工程建立地形、地質(zhì)三維信息模型，下圖在以爆炸視圖的方式表現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造。圖5

輕量化的三維地質(zhì)信息模型2）

模板與知識(shí)工程采用骨架式建模思想，建立全橋模型的骨架，通過模板實(shí)例化實(shí)現(xiàn)構(gòu)件在三維空間的定位；利用三維參變功能，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件的變形設(shè)計(jì)；通過知識(shí)工程模板的黑盒功能保護(hù)設(shè)計(jì)者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。圖6

模板與知識(shí)工程應(yīng)用實(shí)例圖3）

三維模型驅(qū)動(dòng)二維工程圖將指定的三維模型在二維工程圖上投影、剖切并添加特定的標(biāo)注構(gòu)建出二維工程圖模板，再使之與三維模型相關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)快速生成二維工程圖。構(gòu)建與三維模型相關(guān)聯(lián)的二維工程圖模板，實(shí)現(xiàn)快速生成二維工程圖。圖7

二維工程圖模板4）

工程量統(tǒng)計(jì)采用

BOM表功能快速統(tǒng)計(jì)節(jié)段勁性骨架工程量。圖8BOM表工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖5）

碰撞檢查通過碰撞檢查功能，可以檢測(cè)構(gòu)件的接觸和碰撞問題，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的數(shù)字化預(yù)拼裝。圖9

節(jié)段勁性骨架碰撞檢查6）

有限元分析利用分析模塊，實(shí)現(xiàn)

CAD與CAE

的一體化。此處以交接墩為例，進(jìn)行了背索的優(yōu)化分析，計(jì)算結(jié)果表明根部背索可以優(yōu)化。圖10

交界墩實(shí)體有限元分析7）

設(shè)計(jì)庫管理通過建立中鐵二院橋梁設(shè)計(jì)庫，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)知識(shí)的記錄、封裝和積累，可以有效地保護(hù)企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。用戶可以隨時(shí)從設(shè)計(jì)庫中選取需要的模板進(jìn)行實(shí)例化，從而極大地提高了設(shè)計(jì)效率。圖

11

設(shè)計(jì)模板庫管理8）

海量數(shù)據(jù)管理利用協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能（PDM），可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型、二維圖紙和各種文檔的統(tǒng)一管理。利用協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以將通用零件庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫統(tǒng)一管理調(diào)用。減少計(jì)算機(jī)資源消耗的方式：

高速緩存模式可以后臺(tái)實(shí)現(xiàn)模型輕量化；上下文追加模式快速構(gòu)建設(shè)計(jì)環(huán)境；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)卸載減輕計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)。圖12

PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理9）

制造一體化利用

NC

加工模塊在

BIM

三維設(shè)計(jì)模型上添加加工制造信息，可以生成數(shù)控加工程序，并直接被數(shù)控加工設(shè)備識(shí)別使用。圖13

制造一體化流程10）制定數(shù)據(jù)命名規(guī)則通過北盤江大橋三維設(shè)計(jì)BIM應(yīng)用，初步制定了橋梁專業(yè)結(jié)構(gòu)樹、模板命名和文件命名規(guī)則。圖14

橋梁結(jié)構(gòu)樹命名規(guī)則表2

文件后綴名表序號(hào)類型名稱三維模型二維圖類型代碼3D122D345678骨架SKPRDCCTKGCL驅(qū)動(dòng)模型的參數(shù)表附屬文檔用于開挖的三維模型模板主文件模板目錄文件11）地形圖插件研究了地形等高線加密算法，基于AutoCAD

編制了等高線加密插件，針對(duì)

CATIA

開發(fā)了接口，實(shí)現(xiàn)了AutoCAD與

CATIA

的數(shù)據(jù)交換。圖15

不同地形比較12）輕量化模型展示利用3DVIA

Composer展示了輕量化的橋梁模型。圖16

輕量化模型展示2、

BIM在施工中的應(yīng)用BIM在施工中的應(yīng)用主要分為以下幾個(gè)方面：1）

龍門吊預(yù)拼裝桿件采用

DELMIA

將吊裝順序與甘特圖相關(guān)聯(lián)進(jìn)行了三維裝配過程仿真；圖17

龍門吊預(yù)拼裝桿件2）

施工工序優(yōu)化采用

DELMIA

勁性適時(shí)碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)了施工中不合理的地方，對(duì)桿件拼裝工序進(jìn)行了優(yōu)化。圖18

施工工序優(yōu)化3）

吊裝輔助定位采用

DELMIA

模擬了吊裝輔助定位及螺栓安裝過程，對(duì)現(xiàn)場施工人員起到一定指導(dǎo)作用。圖19

吊裝輔助定位4）

焊接模擬采用

DELMIA

模擬了桿件的焊接過程，對(duì)施工人員起到一定的指導(dǎo)作用。圖20

焊接模擬5）

節(jié)段吊裝采用

DELMIA

模擬了復(fù)雜的勁性骨架吊裝過程，對(duì)施工起到了很好的指導(dǎo)作用。圖21

勁性骨架節(jié)段吊裝6）

拱圈外包混凝土采用3DVIA

Composer模擬了復(fù)雜的勁性骨架外包混凝土過程，對(duì)施工起到了很好的指導(dǎo)作用。圖22

拱圈外包混凝土7）

T構(gòu)掛籃模擬施工采用3DVIA

Composer模擬了T構(gòu)掛籃施工的過程，對(duì)施工起到了一定的指導(dǎo)作用。圖23

T構(gòu)掛籃模擬施工3、

BIM在運(yùn)維中的應(yīng)用BIM在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用主要分為以下幾個(gè)方面：1)

橋梁工程管理系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)初步構(gòu)建了橋梁工程管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以橋梁

BIM模型為核心，將遠(yuǎn)程訪問控制、模型管理、信息查詢、文檔管理、傳感器數(shù)據(jù)傳輸、施工控制和運(yùn)營維護(hù)集為一體。圖24

橋梁工程管理系統(tǒng)架構(gòu)圖25

橋梁工程管理系統(tǒng)架構(gòu)圖26

橋梁工程管理系統(tǒng)界面2)

模型信息查詢系統(tǒng)通過建立輕量化的設(shè)計(jì)模型和數(shù)據(jù)信息庫，使用信息查詢系統(tǒng)可以查看每個(gè)模型關(guān)聯(lián)的

CAD

圖紙、設(shè)計(jì)施工材料、預(yù)計(jì)工程量等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，方便快捷的獲得設(shè)計(jì)文檔及關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。圖27

基于

3DVIA

Compo