基于BIM技术的桥梁工程参数化智能建模技术

基于BIM技术的桥梁工程参数化智能建模技术

冷贵杨,宋现超

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摘要：网络以及通信技术的发达使得越来越多的高新技术出现在人们的视野，高新技术的出现使得各个领域都开始出现了翻天覆地的变化。其中BIM技术就是众多新兴技术中的一种，目前BIM技术已经被广泛应用到了建筑领域，并且也取得了很好的效果。城市桥梁作为建筑领域的一项基本建筑工程，也将BIM技术充分的结合到了桥梁的施工与设计过程当中。基于此，本篇文章对基于BIM技术的桥梁工程参数化智能建模技术进行研究，以供参考。

关键词：BIM技术；桥梁工程；智能建模技术

引言

BIM技术在世界建筑领域已有相当数量的成功应用，欧美国家BIM软件应用已达到70％的普及率，运用BIM的工程项目超过了传统工程。近年来，国内外学者针对BIM技术在桥梁工程中的应用开展了探索研究。采用Revit软件建立棋盘洲长江公路大桥北锚碇三维可视化模型，并基于该模型进行碰撞检查、虚拟漫游、施工模拟和工程量统计，提高了工作效率与模型的准确度；基于Bentiley和Autodesk软件对桥梁进行BIM技术协同设计，节约了成本、提高了设计质量，同时提升了整个工程的管理水平；通过对沉井、桥塔、主梁建模方法进行研究，比较自顶向下和自底向上２种建模方法的适用场景，提出减少重复建模工作量和提高参数传递自动化的思路并成功应用；基于WPF三层架构方式开发，借助桌面虚拟化解决方案，将Windows桌面和应用转换为一种按需服务方式与任何用户进行交互，实现“云＋端”的应用模式。

1BIM的含义

BIM的中文全称是建筑信息模型，是利用计算机技术和网络技术来为整个建筑领域提供服务的管理理念。BIM从准确意义上来说并不是一种技术或者是一种模型，它其实是一种可以进行实际应用的管理理念，该种管理理念将设计、管理等因素统一的包含在内，对各个因素之间进行协调，最终设计最科学合理的方案。

2参数化智能建模技术

桥梁结构形式多样，不同桥型拥有的构件类型不同，构件外形也有较大区别。CATIA是一款BIM建模软件，其中包含的产品生命周期管理（Product Life-Cycle Management,PLM）功能是工程全生命周期管理系统的一个重要组成部分，可以帮助使用者设计产品，并支持从项目前期规划、具体设计、分析、模拟、组装和维护的全部工业流程，且适用于各种复杂型式桥梁结构的建模，因此本文选用CATIA作为建模软件。建立桥梁BIM模型前，需根据桥型进行形态分析、构件分类；根据构件分类情况，逐个判断单个构件所需的控制元素，整理并设计出桥梁整体框架，即“骨架”；然后为每个构件创建参数化构件库，即“模板”；最后通过二次开发方式编写适用于所有桥型的程序，批量地对构件进行实例化并将构件放置于骨架上相应位置，通过参数调整不断优化，最终完成参数化模型的创建。

3桥梁工程参数化智能建模技术

3.1三维建模

通过对以往施工图纸的观察分析发现，其所涵盖范围大多相互分离，关联性较差，再加上道路桥梁工程自身所固有的复杂施工环境与施工工艺，导致潜藏于施工中的各类问题难以挖掘。本项目桥梁部分上部结构为波形刚腹板连续钢构，结构复杂，在二维的平面图纸上很难得以体现，存在一定的技术隐患。利用Ｒevit对桥梁进行精细化的三维模型创建。三维模型能够将桥梁工程中各个构件之间的关系及作用机制进行全面的详细的呈现，可视化的三维模型对图纸进行了生动及清晰的表达，确保了设计的准确性和可靠性。相比较于传统的人工图纸审核，所需投入人力少、所需时间周期短、达到的效果更加显著。针对本项目中的波形钢腹板、钢筋、钢绞线等结构与工程，如利用Ｒevit进行大规模的三维建模任务，对计算机的配置要求极高，且工作效率低，对施工单位人员来说整体效果不够理想，不建议进行整体建模。本项目进行了单独的复杂节点建模，输出3份碰撞检测报告，共计发现碰撞100余处，复杂钢筋节点优化59处。对于混凝土结构及一些异性结构，手工计算工程数量的效率不高且不够准确，本项目借助于Ｒevit三维建模来实现精准算量。发现计算错误、钢绞线长度及混凝土量统计错误、构件尺寸前后不统一等问题38处。避免了施工返工现象及材料资源浪费，节约了施工成本，提高了施工效率。它的需求来源于每个基础岗位，回归于项目施工各个环节本质。

3.2提升技术以及施工设计方案的科学性

在设计过程中应用BIM可以及时掌握人们的需求信息，使得城市桥梁的设计更加贴合客户的需求，避免了反复更改设计方案的情况出现。在设计过程中应用BIM还可以减少实际施工过程中意外情况的发生，这是因为在进行城市桥梁设计的过程中可以通过BIM对桥梁的施工过程进行动画模拟，及时的发现实际施工时可能出现的问题，并提前采取预备措施，防止意外情况在实际施工过程中出现。并且，建筑单位还可以根据模拟建筑动画及时的发现实际施工与设计方案中的不符合之处，及时的修改施工方案，使得施工方案更加贴合实际。运用BIM技术对施工图设计进行校核，完善施工单位对设计文件的理解，有效的减少了因“错、漏、碰”导致的设计变更和工程浪费。

3.3缆索吊系统模拟

基于桥址区地质地貌、交通状况，为安装桥梁上部钢结构，特设计修建一套缆索吊装系统。该系统按其工作性质分为4部分:主索、工作索、塔架和锚固装置，其中工作索包括起重索、牵引索、扣索等。主索是缆索吊装系统中的主要承重构件，共3组，每组由8根直径60mm钢丝绳组成，跨径布置(68+430+65)m，空索跨中垂度20．5m，吊车组最大垂度47m，最大荷载135t。起重索采用6根直径26mm钢丝绳，在每个炮车上设置1根起重索，用于起吊和控制构件升降高度。其一端在主索炮车下的起重滑轮组内缠绕后与吊钩相连接，另一端经塔架顶转向接入右岸卷扬机。牵引索为3根直径30mm钢丝绳，牵引索一般由炮车向两岸引出，接到两岸的卷扬机上，利用两岸的卷扬机，一侧收紧，另一侧放松，以牵引炮车在主索上往返运动。扣索用于悬挂边跨段拱肋，其一端系于边段拱肋接头附近，另一端通过扣索塔架接入卷扬机，通过收紧卷扬机调整拱肋接头部位标高。在泾河两岸分别设置钢塔架。塔架采用吊塔和扣塔合二为一的构造形式，塔架为3柱门式结构，每根立柱由6根直径为630mm钢管(壁厚14mm)组成，钢管立柱之间通过万能杆件连接成整体。在左右两岸设置锚锭作为锚固装置，锚固形式为桩锚，桩基深入基岩8m。通过BIM技术模拟缆索吊系统塔架拼装及缆索吊运行情况。

结束语

桥梁参数化建模技术适用于各种桥型，对BIM技术在桥梁工程中的应用有一定的指导作用。今后可在此基础上，继续深入挖掘工程项目在其全生命周期各阶段的应用，结合智能化、信息化相关的新兴技术，以期形成集规划、设计、建设、管理的桥梁全寿命周期一体化平台。

参考文献

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