沪昆高速北盘江特大桥【沪昆客专北盘江特大桥BIM应用研究】

第八届中国智慧城市建设技术研讨会论文集

沪昆客专北盘江特大桥ＢＩＭ应用研究

中国中铁二院工程集团有限责任公司扬咪漪徐勇陈列

摘要：桥梁业与建筑业相比具有与地形地质结合紧密和二维出图更为复杂等特点，ＢＩＭ技术在桥梁领域的应用国内外尚处于起步阶段，本文以沪昆客专北盘江特大桥为工程背景，采用达索平台建立了全桥的ＢＩＭ模型，并对ＢＩＭ技术在设计、施工和运营方面的应用进行了探索性研究。

关键词：桥梁工程建筑信息模型全寿命管理

引言

信息技术已经为制造业、电子业等行业带来了革新性的变化，而ＢＩＭ技术作为建筑业信息革命的核心，已经开始领导建筑业开始一场继ＣＡＤ技术革命之后的又一场技术革命。不久的将来建筑业的生产效率必将在ＢＩＭ技术的带领与支持下得到极大的提高，建筑生产方式也将随着ＢＩＭ技术的应用及普及发生革命性的变化。

桥梁业与建筑业相比具有与地形地质结合紧密和二维出图更为复杂等特点，ＢＩＭ技术在桥梁领域的应用，国内外尚处于起步阶段。

１工程概况

北盘江特大桥是沪昆客专的控制性工程，建成后将成为世界上最大跨度的钢筋混凝土拱桥。该桥在贵州省关岭县和晴隆县之间跨越北盘江，主桥为：４４５ｍ上承式钢筋混凝土拱桥，梁部孔跨布置：卜３２ｍ＋２—６５ｍＴ构＋８—４２ｍ连续梁＋２—６５ｍＴ构＋２—３７ｍ连续梁。

一

～

呻．

＿．。¨。，桥■藩

：！：’

图ｌ北盘江特大桥总体布置图

３９１

第八届中国智慧城市建设技术研讨会论文集

２ＢＩＭ在设计中的应用

该桥造型复杂，拱圈为变高、变宽和空间扭曲的外包混凝土劲性骨架箱型结构，其中拱轴线为悬链线，拱轴系数ｍ－１．６。拱圈中心跨度为４４５．００ｍ，矢高１００．００ｍ。拱圈为单箱三室、等高度、变宽度的箱体，高度９．００ｍ，拱顶３１５ｍ段为１８．００ｍ等宽，拱脚６５ｍ段为１８．００～２８．００ｍ变宽，拱圈变宽由左右两个边室的宽度变化来实现。拱箱中间箱室为９．８０ｍ，左右两个边箱室为３．５０ｍ～８．５０ｍ变宽。

２．１构建三维协同设计平台

北盘江特大桥涉及到测绘、线路、地质、桥梁、隧道、轨道和路基等多个专业，需要建立统一的设计环境，并能对三维模型和零件进行有效的管理。因此，利用ＥＮＯＶＩＡＶＰＭ构建三维协同设计平台，实现了项目数据可视化管理、完整变化的设计上下文环境、支持参考已有的设计数据、设计知识模板重用、关联设计关联、系统即时通知、设计任务转移、ＣＡＴＩＡ应用性能提升、离线设计和数据共享安全等目的。

图２三维协同设计平台

２．２地形、地质建模

地形和地质建模是一个复杂的问题，通过开发ＡｕｔｏＣＡＤｆｌ，＇Ｊ转换插件，生成了ＣＡＴＩＡ能识别的点云文件，利用ＣＡＴＩＡ的逆向功能模块构建了复杂的地形、地质和水文实体。图３是在３ＤＶｉａＣｏｍｐｏｓｅｒｑＵ采用爆炸视图方式轻量化展现的地形、地质和水文实体。

２．３三维参数化建模

针对该桥的结构特点，构建参数化模板库，利用知识工程将几何变形、逻辑关系和外部输入条件封装在模板中，采用先进的骨架式建模思想，建立了全桥模型的骨架，通过模板实例化实现构件在三维空间的精准定位和自适用变形设计。并利用知识工程的黑盒功能对模板进行了封装，从而有效的保护了设计人员的知识产权。

２．４二维出图

将指定的三维模型在二维工程图上投影、剖切并添加特定的标注构建出二维工程图模板，再使之与三维模型相关联，从而实现快速的生成二维工程图。图７是标注杆件的：维Ｉ：程图模板。２．５工程量统计

３９２

第八届中国智慧城市建设技术研讨会论文集

图３地形、地质和水文轻量化展示

图４部分三维参数化模型及模板

图５节段劲性骨架的轻量化展示

图６最大施工阶段模型３９３

第八届中国智慧城市建设技术研讨会论文集

图７参数化二维工程图模板

图８节段劲性骨架的工程量统计

ｃＡＴＩＡ的ＢＯＭ表统计功能只能对零件级别进行工程量统计，针对这种情况采用ｃＡＡ开发了ＣＡＴＩＡ工程量统计插件，该插件对产品树下的零件和实体进行遍历统计，并定制了工程量输出表格。

２．６干涉及碰撞检查

通过碰撞检查功能，可以检测构件的接触和碰撞问题，从而实现结构的数字化预拼装。

图９节段劲性骨架的干涉及碰撞检查◆｛

２．７桥墩实体分析

利用ＣＡＴＩＡ的分析模块，实现了ｃＡＤ与ＣＡＥ的一体化，文中以交接墩为例，进行了背索的优化分析，计算结果表明根部背索可以优化。

圈ｉｏ交界墩背索优化分析

３９４

第八届中国智慧城市建设技术研讨会论文集

２．８海量数据管理

北盘江特大桥的ＢＩＭ模型数据量超过４Ｇ，模型文件总量超过ｌ万个，本文利用ＶＰＭ采用如下方式减少了计算机资源消耗，可以使全桥模型在笔记本电脑上流程运行：（１）高速缓存模式后台实现模型轻量化；（２）上下文追加方式快速构建设计环境；（３）实时数据卸载减轻计算机负担。

僻ｔ●Ｉ咖ｈＩ，‘黼Ｉ＾■砒’瑚＿Ｉ■卣■戡Ｉ■■Ｉ■毫ｘ■

蕈■■■ｔ■～…

■｜■■ｎ——ｉｐ倒—瞳■湘一一——～一——＿’

ｉ户ｏｏ＿“｜ｉＩｉ＝：习＆ｌ

—＿＿“叮————一虱—

ｍＭ十～——～一一一一ｊ■Ｕ

‘ｐ■啊ｂ魄十

‘司■ｈ十ＦＦ一１

Ｈ＿ｉｐ■■∞’＿一

‘Ｄｑｎ时■■■ｔ

图１１ＶＰＭ模型管理

２．９数据命名规则

通过北盘江特大桥三维设计ＢＩＭ应用，初步制定了桥梁专业结构树、模板和文件命名规则。图１２为１８位桥梁专业结构树命名规则，表Ｉ为文件后缀命名规则。

表１文件后缀命名规则

学号类犁名称类型代码

１ｉ维模型３Ｄ

２一：维图２Ｄ

３骨架ＳＫ

４驱动模型的参数表ＰＲ

５附属文档ＤＣ

６用于开挖的三维模型ＣＴ

７模板圭文件ＫＧ

８模板目录文件ＣＬ

３ＢＩＭ在施工中的应用

３．１制造一体化

利用ＮＣ加工模块在ＢＩＭＺ维设计模型上添加加工制造信息，可以生成数控加工程序，并直接被数控加工设备识别使用。具体可以分为以下７个布置。

ｉ三雄设嗍｛．。二？一ｉ。‘耳Ｒｍ’耳篡蟹矸ｄ。’＿熙并＿Ｆｍ：‘＿囊＊Ｎｃ加工模块｛

一：。ｊｉ艺分析：一ｔｌｉ告参｝

∥ｉ竺三竺。』≮二ｉ氛爨臻型、∥ｉ，

＼、毒ｉ数控加ｎ略真实零件

、－＿，Ｈ＾Ⅵ＿Ｒｒ，！＿，Ｆ矸恻

图Ｉ２结构树命名规则图Ｉ３制造一体化流程图

３９５

第八届中国智慧城市建设技术研讨会论文集

（１）建立三维数模：数控加工技术一般都是从零件的模型开始的，因此零件的三维模型是整个数控加工的基础；

（２）加工工艺分析：工艺分析主要是分析零件加工工序、使用刀具、切削速度、主轴转速等；

（３）工艺模型检查；

（４）添加加工参数：加工参数主要包括加工对象、机床参数、加工操作、加工刀具、进退刀路径、刀具路径等；

（５）生成加工刀路：设置生成加工的刀路；

（６）刀路仿真：刀路仿真可以模拟刀具的切削过程，在刀路仿真中，可以检查出切削情况，是否有过切或者加工不到位，还可以对加工余量进行分析。

７）生成数控程序：ＣＡＴＩＡＶ５提供强大的数控编程模块，它可以将刀路输出为标准格式数控程序，这些数据可以直接输入到数控设备中进行数控加工。

３．２施工模拟

北盘江特大桥施工步骤特别多，全桥共２１１个施工阶段，采用ＤＥＬＭＩＡ和Ｃｏｍｐｏｓｅｒ对龙门吊预拼装杆件、吊装辅助定位、焊接、劲性骨架节段吊装、拱圈外包混凝土和Ｔ构挂篮施工等进行了模拟。并通过ＤＥＬＭＩＡ实时仿真检查了施工工序中不合理的地方。

４ＢＩＭ在运维中的应用

基于物联网技术初步构建了桥梁工程管理系统，该系统以桥梁ＢＩＭ模型为核心，将远程访问控制、模型管理、信息查询、文档管理、传感器数据传输、施工控制、运营维护集为一体。该系统采用如下的架构方式：

（１）整个系统主要基于微软的．ＮＥＴ架构进行开发，通过．ＮＥＴ架构实现后台数据服务及系统前端的应用，以实现适用于Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的大型工程三维展示及ＢＩＭ信息管理的功能。系统基于Ｃ／Ｓ架构，这样对大型三维场景应用会有更好的支持并对ＢＩＭ信息数据进行更有效的展示。

（２）本系统主要使）羽ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＳＱＬＳｅｒｖｅｒ作为数据库，该数据库除了能够对大量数据进行处理之外，对Ｗｉｎｄｏｗｓ平台下的应用也具有更好的支持。系统的设计同样支持Ｏｒａｃｌｅ等大型数据库。

（３）对于三维模型的显示，系统主要选用了能够支持精确化的ｃＡＤ三维模型显示的控件，能够支撑从大型工

图１４桥梁工程管理系统程序界面

程场景到精确化零部件展示的各个显示级别。该显示平台本身也支持从ＣＡＴＩＡ的三维ＢＩＭ模型的直接导入，导人后的模型也包含了ＢＩＭ模型本身的三维轮廓信息等重要数据。系统的客户端设计主要采用了模块插件式的开发，每个功能作为一个独立的应用模块，结构权限模块的管理，

３９６

第八届中国智慧城市建设技术研讨会论文集

实现分用户角色、用户权限加载应用模块。后续新功能的开发也可以通过插件式的架构方式接入到系统当中。图１５是桥梁工程管理系统的程序界面。

５结论

通过ＢＩＭ技术在北盘江特大桥设计、施工和运营中的应用，实现了该桥的全生命周期管理，可以得出以下有意义的结论：

（１）三维参数化设计与传统二维设计相比可以更为快速的构建全桥劲性骨架模型；

（２）采用ＥＮＯＶＩＡＶＰＭ可以有效管理海量的设计数据，并实现不同专业间的协同设计，

（３）通过干涉碰撞检查可以即时的发现设计中不合理的地方；

（４）基于．ＮＥＴ开发的桥梁工程管理系统可以有效的进行桥梁模型信息查询、施工控制及运维管理。

参考文献

［１］陈训．建筑工程全寿命信息管（ＢＬＭ）思想和应用的研究．上海：同济大学，２００６

［２］洪磊．ＢＩＭ技术在桥梁工程中的应用研究．成都：西南交通大学，２０１２

［３］谢海清．北盘江特大桥钢管混凝土劲性骨架设计专题研究报告．成都：中国中铁二院工程集团有限责任公［４］张云杰．ＣＡＴＩＡＶ５Ｒ２０高级应用．北京：清华大学出版社，２０１１

［５］ＣＡＡＶ５Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ．ＤａｓｓａｕｌｔＳｙｓｔｅｍｓ．２０１１司，２０１２

３９７