钢结构桥梁建设中的BIM正向设计

文/华设设计集团股份有限公司 尹梦祥

获奖等级：一等奖

项目名称：基于BIM正向设计的钢结构桥梁全生命期关键技术研究

南京市公共工程建设中心和华设设计集团股份有限公司以提升桥梁建设现代化水平为总体目标，开展了基于BIM正向设计的钢结构桥梁全生命期关键技术的项目研究。该项目依托浦仪公路西段跨江大桥工程，开展对复杂曲面钢结构桥梁BIM三维正向设计实施方法研究，突破了多项应用技术卡点，实现了BIM三维建模与多专业设计一体化高效应用，创立了国内桥梁BIM三维平台正向设计应用开发与参建单位协同共享参数模型的首例示范，为推动我国桥梁项目BIM全寿命周期集成管理和协同应用价值化积累形成了成功经验，为交通基础设施数字化升级发展和技术进步提供了优良示范。

探索BIM正向设计技术创新实现设计质量与效率双提升

南京市公共工程建设中心和华设设计集团股份有限公司以持续提升跨江桥梁建设品质和全面支撑交通强国建设发展为目标，紧靠绿色环保建设理念，以工业化建造和智能建造为抓手，大力探索、推进BIM技术在钢结构桥梁全生命周期应用。项目依托浦仪公路西段跨江大桥工程，开展了Catia平台三维参数模型正向设计应用研究和二次开发，首次实现了BIM在大跨钢结构桥梁建造中协同设计、加工制造和建设管理的正向设计协同共享应用。

← 组图：建成后的浦仪公路跨江主桥及其BIM正向设计模型

针对空间曲面钢结构桥梁设计难度大、图纸表达困难、更改效率低、重复工作量大、易出现“差、错、漏、碰”、板件大样表达不够精准、多专业配合不直观等痛点，该项目以BIM技术为载体，在建设伊始就将BIM技术引入设计过程，吸收房建、机械行业BIM设计经验，深入研究Catia平台的设计方法、图纸表达方式等功能，编制了国内首部钢桥BIM正向设计流程手册，研发编制了钢结构桥梁设计构件库，研发了钢结构桥梁骨架生成程序、钢结构桥梁构件快速实例化程序等BIM正向设计辅助模块，并利用BIM参数化模型直接生成局部结构计算模型，实现了与有限元分析软件的高效挂接。

→钢塔安装

→组图：设计参数和加工参数集成的BIM设计模型

BIM正向设计极大地提高了设计效率和质量，一是图纸的生成及更新全部基于BIM参数化模型及其实例化，可随着BIM模型的更新自动更新，大幅提高图纸生成及修改效率；二是基于平台的协同设计，以先生成模型再生成图纸的设计方式，可有效避免结构设计图纸的“错、漏、碰、缺”，大幅减少设计过程中不必要的反复和调整；三是局部结构计算模型可直接利用BIM模型生成，且同样可随BIM模型快速化修改，节约了传统设计过程中局部计算模型的建立和修改时间。同时，此项目的设计方法及构件库可应用到后续其他钢结构桥梁的项目设计中，项目成果可推广性强。

探索多阶段集成设计引领钢结构桥梁智能制造新方向

按照传统，制造单位需根据设计施工图和自身工艺文件，重新利用CAD编制施工图深化设计文件，主要包含建立全桥三维模型、绘制块体图、板单元图、板件下料图。而其中最重要的就是建立三维模型和板件下料图，制造单位可通过三维模型全面了解、评断结构设计和制造工艺。然而，采用传统方式绘制板件下料图，不仅工作量巨大，且容易造成设计和加工环节的信息不对称，不可避免地带来差错和返工。浦仪公路的上坝夹江大桥在利用BIM技术进行结构正向设计时，将制造单位工艺参数集成到BIM正向设计模型中，利用BIM正向设计模型和空间曲面板件展开模块直接生成制造单位所需的板件大样图，具有可编辑、实时更新、尺寸零误差等优点。制造单位利用生成的板件大样图，可直接导入下料机床软件，直接进行板件的下料切割。不仅节约了制造深化设计周期，还提升了制造精度和结构制造的智能化水平。

探索全生命周期共享打通信息传递链助力结构管养

基于BIM数字模型的全生命周期信息传递，实现了设计-制造-施工-运维的桥梁全生命周期信息共享，打通了多阶段信息孤岛，确保了全方位信息的完整性和真实性，降低了项目各阶段风险。开发以BIM模型为中心的全生命期信息协同管理平台，实现了BIM正向设计三维模型构件与图纸“多对多”关联，多途径的访问功能极大提高了图纸的查询效率。平台通过施工建造、施工监控等过程管理与模型的映射机制，给出了一种以模型为中心的高效协同的工作模式。