鋼結構橋梁建設中的BIM正向設計

文/華設設計集團股份有限公司 尹夢祥

獲獎等級：一等獎

項目名稱：基于BIM正向設計的鋼結構橋梁全生命期關鍵技術研究

南京市公共工程建設中心和華設設計集團股份有限公司以提升橋梁建設現代化水平為總體目標，開展了基于BIM正向設計的鋼結構橋梁全生命期關鍵技術的項目研究。該項目依托浦儀公路西段跨江大橋工程，開展對復雜曲面鋼結構橋梁BIM三維正向設計實施方法研究，突破了多項應用技術卡點，實現了BIM三維建模與多專業設計一體化高效應用，創立了國內橋梁BIM三維平臺正向設計應用開發與參建單位協同共享參數模型的首例示范，為推動我國橋梁項目BIM全壽命周期集成管理和協同應用價值化積累形成了成功經驗，為交通基礎設施數字化升級發展和技術進步提供了優良示范。

探索BIM正向設計技術創新實現設計質量與效率雙提升

南京市公共工程建設中心和華設設計集團股份有限公司以持續提升跨江橋梁建設品質和全面支撐交通強國建設發展為目標，緊靠綠色環保建設理念，以工業化建造和智能建造為抓手，大力探索、推進BIM技術在鋼結構橋梁全生命周期應用。項目依托浦儀公路西段跨江大橋工程，開展了Catia平臺三維參數模型正向設計應用研究和二次開發，首次實現了BIM在大跨鋼結構橋梁建造中協同設計、加工制造和建設管理的正向設計協同共享應用。

← 組圖：建成后的浦儀公路跨江主橋及其BIM正向設計模型

針對空間曲面鋼結構橋梁設計難度大、圖紙表達困難、更改效率低、重復工作量大、易出現“差、錯、漏、碰”、板件大樣表達不夠精準、多專業配合不直觀等痛點，該項目以BIM技術為載體，在建設伊始就將BIM技術引入設計過程，吸收房建、機械行業BIM設計經驗，深入研究Catia平臺的設計方法、圖紙表達方式等功能，編制了國內首部鋼橋BIM正向設計流程手冊，研發編制了鋼結構橋梁設計構件庫，研發了鋼結構橋梁骨架生成程序、鋼結構橋梁構件快速實例化程序等BIM正向設計輔助模塊，并利用BIM參數化模型直接生成局部結構計算模型，實現了與有限元分析軟件的高效掛接。

→鋼塔安裝

→組圖：設計參數和加工參數集成的BIM設計模型

BIM正向設計極大地提高了設計效率和質量，一是圖紙的生成及更新全部基于BIM參數化模型及其實例化，可隨著BIM模型的更新自動更新，大幅提高圖紙生成及修改效率；二是基于平臺的協同設計，以先生成模型再生成圖紙的設計方式，可有效避免結構設計圖紙的“錯、漏、碰、缺”，大幅減少設計過程中不必要的反復和調整；三是局部結構計算模型可直接利用BIM模型生成，且同樣可隨BIM模型快速化修改，節約了傳統設計過程中局部計算模型的建立和修改時間。同時，此項目的設計方法及構件庫可應用到后續其他鋼結構橋梁的項目設計中，項目成果可推廣性強。

探索多階段集成設計引領鋼結構橋梁智能制造新方向

按照傳統，制造單位需根據設計施工圖和自身工藝文件，重新利用CAD編制施工圖深化設計文件，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，制造單位可通過三維模型全面了解、評斷結構設計和制造工藝。然而，采用傳統方式繪制板件下料圖，不僅工作量巨大，且容易造成設計和加工環節的信息不對稱，不可避免地帶來差錯和返工。浦儀公路的上壩夾江大橋在利用BIM技術進行結構正向設計時，將制造單位工藝參數集成到BIM正向設計模型中，利用BIM正向設計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、實時更新、尺寸零誤差等優點。制造單位利用生成的板件大樣圖，可直接導入下料機床軟件，直接進行板件的下料切割。不僅節約了制造深化設計周期，還提升了制造精度和結構制造的智能化水平。

探索全生命周期共享打通信息傳遞鏈助力結構管養

基于BIM數字模型的全生命周期信息傳遞，實現了設計-制造-施工-運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性，降低了項目各階段風險。開發以BIM模型為中心的全生命期信息協同管理平臺，實現了BIM正向設計三維模型構件與圖紙“多對多”關聯，多途徑的訪問功能極大提高了圖紙的查詢效率。平臺通過施工建造、施工監控等過程管理與模型的映射機制，給出了一種以模型為中心的高效協同的工作模式。