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BIM发力拓展钢桥制 造新模式

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  近年来,我国桥梁建设发展迅速,但是钢桥所占的比例仍很低。可以预计,未来几十年随着我国交通建设及城市化进程的加快,钢桥以其抗震性好、自重轻、施工周期短、绿色环保,在国内将有巨大的市场。尤其是大型、特大型钢桥项目,如港珠澳大桥、平潭海峡大桥、沪通长江大桥等大型项目,对钢桥制造提出了更高的要求。


  由于BIM以3D数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,作为一个平台将建筑物生命周期不同阶段的数据、过程和资源整合起来,形成对工程对象的完整描述。BIM通过建立单一工程数据源,解决了分布式、异构工程数据之间的一致性和全局共享问题,并支持建筑生命周期动态的工程信息创建、管理和共享。


弯桥、曲面工艺设计优化


  利用模型,比较不同方案,筛选出满足设计、制造、施工的方案。以筑城广场大桥为例,筑城广场大桥采用曲线钢桁梁弯桥,三桁结构,造型独特。上层桥面宽27米,下层桥面宽24米,桁高约7米,全桥跨度为236米。


  方案一:按照设计思路为曲线桥,桁架与腹杆皆为曲线。在模型里面可以完全吻合,构件形成双曲面板,但图纸难以表达出来,加工制造难度更大,不具有可操作性。


  方案二:桁架用曲线,腹杆用直线。利用模型提前检测出节点板与腹杆会错位,误差达到一个板的厚度,不满足设计要求。


  方案三:以直代曲,保证腹杆为直杆,以下的桁架节点为折点,上下桁架轴线平行。通过模型可以看出腹杆与节点板完全重合,并且满足设计要求,同时降低了加工难度。可以作为桁架曲线设计的参考。


  其他的应用还有针对桥面进行优化处理。以直代曲之后,桥面系与桁架横梁连接处较为复杂。通过BIM模型,选择最优情况,保证桥面板以及横梁对应关系,使桁架板件造成了复杂的异形板,通过BIM模型,将其构造出来,避免了在CAD放样的困难。保证桥面系为规则板件,批量构造异形板将其出图。


  对于特征点的提取:监控点、锚梁定位点,在以直代曲之后,桁架轴线发生改变,再考虑预拱值后,无法完全参考设计值。通过BIM模型可以快速准确得出测量控制点。


  另一个应用案例是波形板曲面设计。钢结构主骨架,骨架纵向长18m,竖向高12.5m,横向宽1200mm。主骨架外设置波形钢网架,钢网架外包波形不锈钢板。


  项目技术特点:结构安装高度高达47m,迎风面积大225m2,各构件受力复杂,设计、制造难度均较大;结构为空间曲面体,各构件形态多样,外表面为多维曲面,拼装精度、表面线形要求高;所有构件均需高空转运、吊装、就位成型,工序繁杂;使用期内务必确保结构的安全性、耐久性、美观性。特别是波形板曲面形状满足灯光效果需求。飘扬褶皱曲面通过骨架圆管自然放样及不锈钢板自然光顺产生。


  通过对现场地形,对既有建筑和旗面BIM模拟进行方案比选,选用了500吨汽车吊分五块吊装的最优方案。


精密测量与模拟预拼装


  沪通长江大桥采用主跨1092米的钢桁梁斜拉桥结构,是世界上首座超过千米跨度的公铁两用桥梁。首次应用了高强高韧性Q500qE材料,安装单元为28米整体双节间桁段,最大达1800吨。标准节段尺寸大:35m×16m × 28m。对接口多:九个杆件接口,四个大断面接口,桥位基本上不可调,精密测量起到的作用重大。


  因为该桥的制造流程非常多,包括公路桥面、铁路桥面的上下层桁架、横联,以及在工厂需要进行桁段的预拼装。区别于传统结构的观念,焊接技术带来了很多不确定因素,例如焊接变形、焊接余量的预留等。因此,通过三维测量软件配合全站仪,对整节段关键控制点进行测量分析,然后根据软件处理的测量结果进行针对性的调整。将大型钢梁产品制造过程中各阶段的尺寸数据,保存在精度管理服务器中,基于大量的事实数据进行有效的分析、汇总、统计、发布,并实时共享。通过分析对比找出普遍规律,进而优化工艺技术和管理技术,提高企业的核心竞争力。


参数化深化图应用


  目前,在曲线钢箱梁、匝道桥深化设计方面的推进速度较慢。通过与软件开发商合作,把工艺要求和三维模型结合起来,能够快速准确地解决曲线深化图问题。




BIM参数化软件支持常规桥梁、异形桥梁(变高、变宽、斜、弯桥等)及任意组合桥型,且适用的类型多,包括整体式、分离式、斜腹板、超高段、变悬臂、悬臂、底板圆倒角;多种加劲肋样式,包括 I 形、矩形、倒 T 形、球扁形等;横隔板类形多样,包括实腹式、框架式、竖向板;支持独立设置顶、底、腹板的任意次厚度变化。


  软件基于CAD平台操作,定制参数化输入,实时显示二维视图及三维预览,便于检查参数的合理性,达到快速出图,包括平、立面展开图、横断面图(任意位置)、节段图、大样图(加劲肋、横隔板)、材料数量明细表,等等。而且三维模型还可以导入3D-MAX、犀牛做渲染,也可直接导入Revit、Bentley等平台软件。


  通过BIM参数化设计,叠加线形、预拱度、加工余量等信息,生成三维模型施工图、加工图,然后利用SGM自动套料系统,可以输出料单BOM指导物资采购,也可以输出数控NC代码进行数控切割。实现了工艺图深化一键出图,一般两天可出一跨全套深化图及相应的材料清单、材料采购清单、工程量表、三维模型等技术准备资料,可以大大缩短技术准备工作。


       BIM可实现建筑全生命周期的信息共享、信息可预测和可控制,支持设计与施工一体化。因此,BIM技术应用,在性能上能够更好地理解设计概念,使各参与方能够共同解决存在的问题;在效率上能够降低信息转换错误和损失,实现更快的建设周期;在质量上能够减少错误和遗漏,避免重复劳动,浪费时间等;在安全上能够提升施工现场安全;在可预测性上能够更精确地预测建设成本和时间。


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