基于BIM技术的刚性加劲悬索连续钢桁架桥设计施工中的应用分析

 本文以重庆市曾家岩嘉陵江大桥项目为研究对象，采用 Bentley 和 Autodesk 两个平台的软件进行 BIM 技术协同设计和施工管理，成功探索出基于 BIM 技术的刚性加劲悬索连续钢桁架桥设计和施工中的应用流程和价值
第 1 章 绪论

1.1 研究背景

  公路交通作为国家的重要基础设施、国家的经济大动脉和大众化的交通工具，在我国经济社会发展中有着举足轻重的地位和作用，改革开放以来，随着我国经济的快速发展，公路交通作为经济发展的先行官得到政府部门的高度重视，公路桥梁建设事业得到快速的发展，成绩斐然。1998 年亚洲经济危机之后，国家加大了对公路交通基础设施建设的投入，国家高速公路“五纵七横”规划全面实施[1]，使得我国公路桥梁的建设进入了前所未有的黄金时期。在这一时期，我国基建工作者自主设计完成了多座跨江、跨海特大桥，为我国桥梁事业的快速发展奠定了扎实的基础。大量跨江跨海特大桥梁的建成完工，为我国积累了丰富的桥梁建造经验，使得我国基础设施建造技术和管理水平有了很大程度的提高，我国开始由桥梁大国走向桥梁强国。根据交通部交通运输业统计公报[2]，截至 2016 年 12 月，我国共建设公路桥梁 80.53 万座、4916.97 万米，我国已成了名副其实的公路桥梁大国。在我国公路桥梁取得了一系列成就的同时，也应该注意到我国桥梁建设过程中遇到的一些问题。在项目设计方面，跨度更大、结构更复杂的异形桥梁将会成为未来基础设施发展的方向，以往的通过传统二维图纸设计的方法将不适用；在项目施工方面，超大型施工项目的协同管理、施工质量控制、施工监测等问题，成为施工单位面临的又一个难点；此外，项目的各个参建方之间的协同合作的问题，由于没有合适的协作平台，导致各个项目参与方相互之间的项目信息不能实时共享。BIM 技术的出现为解决这些难题带来了转机，在近十几年的时间里，BIM 技术的快速发展，成为了基础设施建设中的第三次革命，由二维图纸设计向三维信息模型设计的转变，在新世纪更加复杂的项目中发挥更重要的作用。BIM 技术成为了未来土木行业发展的趋势，在全世界诸多大型项目建设中发挥着巨大作用。例如上海的迪士尼乐园、银川火车站工程、兰州西客站以及港珠澳特大桥等的建设均采用了 BIM 技术[3]，BIM 技术的应用使得传统桥梁二维设计转变成三维信息设计，增强了设计过程中的协调合作，使得设计任务更加高效，保证了桥梁从设计到施工，再到运维的全生命周期的顺利进行，提高项目建设过程中的效率，节约项目成本，更好的维护项目整个寿命周期的使用。

1.2 研究的目的与意义

  采用现代化信息技术手段 BIM 技术来推进桥梁建设的发展，利用虚拟现实技术、空间信息技术、计算机仿真技术[4]用于公路桥梁规划、设计、建设施工和运营管理全生命周期的地理环境建模，在该环境场景中，通过对桥梁构造物信息建模、虚拟环境模拟等技术的研究，建立和完善桥梁数字化设计、施工、运维等理论与方法，并研制一个适合于桥梁数字化设计、施工、运维等信息管理一体化平台[5]。此外，大型公路桥梁项目具有投资规模大，技术复合度高，参与单位多等特点，在技术、工期、经济上较一般项目都存在更大的实施风险。所以对项目实施的各个环节进行协调控制[6]，尽可能以低成本高效率地调配整个过程中有限的资源就显得格外重要，对项目中各类资源进行高效利用的前提是项目各阶段信息的整合，而建筑信息模型是工程项目的信息载体[7]。因此，在大型公路桥梁市政项目中采用 BIM 技术十分必要且具有重大意义

 

第 2 章 BIM 标准和钢桁架桥建模方法研究

2.1 BIM 标准介绍

  BIM 标准对于 BIM 技术的发展十分重要，是一个项目应用 BIM 技术的基础，基于BIM 标准开展 BIM 应用，可以有效的提高项目建设质量，提升项目建设管理水平。本节首先介绍了常用的三大 BIM 标准，既 IFD 标准、IFC 标准和 IDM 标准，并介绍了中国的 CBIMS 标准体系和公路工程信息模型标准体系，根据公路桥梁的工程特点，开展对于公路桥梁的结构分类和模型编码的研究。

2.1.1 国际常用 BIM 标准

  目前国际常用的 BIM 标准包括三个：IFD 标准、IFC 标准和 IDM 标准。通俗解释，IFD 标准就是给每一个概念和术语都赋予一个全球唯一标识码 GUID，从而保证 IFC 里面的每一个文件、每一个信息都有一个唯一的标识相连接；IFC 标准就是一种包含建设项目各个阶段所需要的全部信息的基于对象的、公开的文件交换格式；IDM 标准就是为某个项目明确不同用户在不同阶段进行不同工作时需要和需要提交的项目信息。IFD 标准、IFC 标准和 IDM 标准构成了建筑项目信息交换的三个基本支撑，三大国际常用 BIM标准具体解释如下：

2.2 BIM 软件介绍及本文建模软件选择

2.2.1 BIM 软件介绍

1. BIM 软件平台介绍  BIM 作为一种新兴的三维模型信息管理技术，对计算机硬件和软件的要求非常凸显。由于项目整体 BIM 模型体量大、信息繁多的特点，在硬件方面对计算机配置有一定的最低要求，尤其是计算机的 CPU 和显卡的选择是非常重要的，只要硬件上满足最低配置要求，才可以在模型建立、渲染和模拟应用的时候才会足够流畅；另一方面，BIM技术的应用对软件要求也十分重要，由此产生了多种各具特色的软件平台，其中应用比较多的主要包括 Autodesk、Bentley、Nemetschek 和 Dassault 四个平台的 BIM 软件。（1）Autodesk 平台：美国 Autodesk 是世界领先的设计和数字信息管理软件公司，主要研发用于建筑设计、土地资源开发、生产、基础公用设施、通信、媒体和娱乐等方面软件。依靠 Autodesk CAD 软件在我国的广泛使用率，该平台受到我国各个行业的青睐，在国内软件使用行业占据着巨大的应用市场，其主要的 BIM 软件包括 RevitArchitecture（建筑建模软件）、Revit Structural（结构建模软件）、Revit MEP（机电建模软件）、Civil 3D（地形、场地、道路建模）。其中 Revit 系列软件是专为建筑信息模型构建的一款核心建模软件，可以帮助建筑设计师提高设计质量，提升设计效率，更好的完成复杂建筑的设计和建造工作；Civil 3D 是一款面向交通运输、土地开发、水利水电等方面的土木工程设计与建模软件，能够帮助土木工程师分析项目综合性能，并提供相互一致、更高质量的项目信息，从而更轻松、更高效的完成设计方案。

（2）Bentley 平台：Bentley 公司 1984 年创建于美国费城，公司服务宗旨是以基础设施行业的可持续发展（Sustaining Infrastructure）为目标，为基础设施设计、建造和运营提供全生命周期的软件解决方案。Bentley 公司开发的 BIM 软件主要分为四大版块，包括土木工程行业、工业和管道设备行业、建筑行业、地理信息系统等四个方面。就基础设施建设行业来说，Bentley 平台软件的 BIM 解决方案还是比较完善，软件也更具有优势，由于该公司软件使用成本较高，软件学习和软件操作相对其他软件难度较大，因此在国内企业应用不多。

第 3 章 BIM 技术在刚性悬索钢桁架梁桥设计中的应用研究

3.1 基于 BIM 技术的模型总体设计

3.2 基 BIM 技术的结构参数化设计

3.3 基于 BIM 技术的校核及优化应用

3.4 BIM 技术与其它技术结合的应用探究

第 4 章 BIM 技术在刚性悬索钢桁架梁桥施工中的应用研究

4.1 基于 BIM 技术的施工阶段的应用

4.2 基于 BIM 技术的施工 4D 管理

4.3 基于 BIM 模型的结构有限元分析

4.4 章节小结

第 5 章 基于 BIM 技术的重庆市曾家岩嘉陵江大桥设计和施工中应用

5.1 工程概况

5.2 项目精细化建模

5.3 基于 BIM 技术的设计施工阶段的应用

5.4 章节小节