鋼桁架橋梁BIM設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉成林

（重慶對(duì)外建設(shè)集團(tuán)有限公司，重慶 401121）

鋼桁架橋梁是我國較為主要的橋梁類型之一，一般是借助短小的構(gòu)件拼接、連接所構(gòu)成的。在鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮每根鋼結(jié)構(gòu)的受力性能，以便于滿足鋼桁架橋梁跨越要求。鋼桁架橋梁相比傳統(tǒng)橋梁類型來說，更加具備承載力，建設(shè)效率非常高，具備一定耐久性，其經(jīng)濟(jì)投入相對(duì)較少，所以近年來我國鋼桁架橋梁建設(shè)數(shù)量日漸增多。我國全橋梁建設(shè)領(lǐng)域也朝著信息化方向發(fā)展。為此，必須要在鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)以及建設(shè)等各個(gè)環(huán)節(jié)，充分運(yùn)用BIM 技術(shù)手段，在促進(jìn)建設(shè)領(lǐng)域信息化發(fā)展的基礎(chǔ)上，推動(dòng)鋼桁架橋梁建設(shè)工作朝著節(jié)能化、綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的趨勢前進(jìn)?；诖?，該文針對(duì)如何在鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)節(jié)使用BIM 技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 BIM技術(shù)內(nèi)涵概述

BIM 建筑信息模型（Building Information Modeling）是一種信息技術(shù)軟件，能夠借助計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)、工程建造以及工程管理等內(nèi)容。構(gòu)建數(shù)字化BIM 參數(shù)模型，可以結(jié)合多種信息，實(shí)現(xiàn)建設(shè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息共享、傳遞、交互協(xié)作、成本控制、情境虛擬以及可視化等功能，可以在最大程度上降低人力、物力以及財(cái)力耗費(fèi)，提高工程建設(shè)效率，縮減工程建設(shè)成本[1]。

2 鋼桁架橋梁BIM設(shè)計(jì)與應(yīng)用的意義

鋼桁架橋梁是我國當(dāng)前最具備穩(wěn)定性、科學(xué)性的橋梁建設(shè)類型。隨著我國鋼桁架橋梁數(shù)量日漸增多，鋼桁架橋梁相比混凝土橋梁來說更加具有經(jīng)濟(jì)性，建設(shè)時(shí)間相對(duì)較短，更加科學(xué)合理。鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)與建設(shè)管理，充分借助BIM 技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)三維模型，能夠有效對(duì)鋼桁架橋設(shè)計(jì)的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行可視化，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼桁架橋梁的生命周期管理。BIM 技術(shù)的核心便是支撐全信息的三維模型，該模型涵蓋了命周期各項(xiàng)內(nèi)容的管控基礎(chǔ)，第一時(shí)間在三維實(shí)時(shí)模型當(dāng)中收取各類項(xiàng)目的數(shù)據(jù)信息，并且將大數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)更新[2]。BIM 技術(shù)當(dāng)中的鋼桁架橋梁模型 還有很多提升的空間，在實(shí)際運(yùn)用之下，要明確各項(xiàng)建設(shè)技術(shù)差異。在實(shí)施鋼桁架橋梁同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過批量生產(chǎn)的形式來提升設(shè)計(jì)效率。BIM 技術(shù)中的GPS、DIS定位系統(tǒng)，可以精準(zhǔn)地找出鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中潛在的問題[3]。

3 鋼桁架橋梁BIM設(shè)計(jì)與應(yīng)用途徑

3.1 主桁架建模

主桁架是鋼桁架橋梁的重要組成部分，找準(zhǔn)助行架的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，才是鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)前提。因?yàn)橹麒旒苁侨S空間的內(nèi)容，如果借助傳統(tǒng)二位空間手段去設(shè)計(jì)主桁架各個(gè)節(jié)點(diǎn)存在較大困難。便可以通過CATIA 軟件創(chuàng)建筑主桁架，并且生成骨架。這樣便可以結(jié)合鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)的要求明確主桁架，并且精準(zhǔn)地對(duì)主桁架的各個(gè)節(jié)點(diǎn)按照力學(xué)要求進(jìn)行定位，為鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。1）節(jié)點(diǎn)生成。主桁架由弦桿、腹桿以及交匯處的節(jié)點(diǎn)板構(gòu)成。主橋路中心線的生成方式相同，通過道路中心線可以獲得3 條下弦桿中心線。再與節(jié)點(diǎn)段實(shí)施分割面相交，就可以批量生成下弦桿定位點(diǎn)，上弦桿定位點(diǎn)也可以通過相同變換獲得。2）知識(shí)工程列陣。CATIA 軟件知識(shí)工程列陣是借助內(nèi)部調(diào)用參數(shù)、公式、反應(yīng)、檢查以及規(guī)則等對(duì)象來生成的智能幾何模型。幾何模型生成一般是面向?qū)ο蟛僮鞯模m用于有規(guī)律的幾何圖形和零件創(chuàng)建，并且可以避免設(shè)計(jì)人員不必要的勞動(dòng)。主桁架骨架除了桁架節(jié)點(diǎn)、連線之外，還需要?jiǎng)?chuàng)建弦桿和腹桿的起止面。鋼桁架橋梁上下桁架中間節(jié)點(diǎn)的骨架一般由一點(diǎn)、兩點(diǎn)腹桿連線和2 條弦桿連接所構(gòu)成的。板件截止面是在距離交點(diǎn)一定位置上與連線法相垂直。利用知識(shí)工程陣列手段調(diào)用用戶特征，實(shí)現(xiàn)截止面的批量生成，輸入桁架設(shè)計(jì)信息，明確模板文本尺寸，如圖1 所示。3）建立產(chǎn)品庫。CATIA 軟件自帶的鋼結(jié)構(gòu)模塊功能，一般可以結(jié)合鋼桁架橋梁的實(shí)際設(shè)計(jì)要求，科學(xué)合理地進(jìn)行鋼桁架橋梁模型設(shè)計(jì)。結(jié)合用戶特征、文檔模板組成，結(jié)合用戶特征，針對(duì)必要的構(gòu)件屬性如長、寬、厚、體積、材質(zhì)等特定進(jìn)行輸出，構(gòu)建出單元桁架模型并生成桁架單元結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。文檔模板是CATIA的一個(gè)重要模塊，適用于大部分鋼結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)，其能夠結(jié)合不同參數(shù)、不同批量產(chǎn)品進(jìn)行鋼桁架橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.2 碰撞檢查

鋼桁架橋梁鋼桁架一般需要在工廠當(dāng)中進(jìn)行預(yù)制拼裝，并且需要檢驗(yàn)鋼桁架是否存在連接、碰撞等問題。在鋼桁架橋梁節(jié)段與節(jié)段之間弦桿、腹桿、橋面板等均需要對(duì)接焊透，部分需要高強(qiáng)度螺栓連接，并且對(duì)于板件、孔位的位置進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)。針對(duì)邊桁來說，邊桁是鋼桁架橋梁最外面的側(cè)節(jié)點(diǎn)，與上弦桿、腹桿、上橫聯(lián)等位置相連接。最為外側(cè)的節(jié)點(diǎn)，借助邊桁手段可以加強(qiáng)鋼桁架橋梁結(jié)構(gòu)支撐，并且與上橫聯(lián)的連接進(jìn)行節(jié)點(diǎn)連接。由于內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)板內(nèi)傾斜度為8°，上橫聯(lián)也與垂直面存在一定角度，因此鋼桁架橋梁耳板位置很容易出現(xiàn)偏差。某鋼桁架橋梁在設(shè)計(jì)階段，通過建模發(fā)現(xiàn)，耳板與上橫聯(lián)連接存在2 處問題，即0.9°位置偏差、30 mm 位移偏差，直接影響了耳板焊接的精準(zhǔn)性，所以需要針對(duì)鋼桁架橋梁邊桁設(shè)計(jì)進(jìn)行整改。那么在整改的過程中，就可以借助三維建模的形式，針對(duì)鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中連接、碰撞等問題進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整。

圖1 文檔模板尺寸簡圖

圖2 桁架單元模型

3.3 工程量計(jì)算

工程量計(jì)算是確保鋼桁架橋梁建設(shè)的根本，影響著施工造價(jià)的精準(zhǔn)性和施工作業(yè)計(jì)劃編制，也是鋼桁架橋梁施工建設(shè)的重要依據(jù)。因?yàn)殇撹旒軜蛄旱漠愋伟宀南鄬?duì)較多，借助傳統(tǒng)的工程量計(jì)算手段進(jìn)行工程量計(jì)算，很容易出現(xiàn)工程量計(jì)算偏差，并且統(tǒng)計(jì)內(nèi)容煩瑣、統(tǒng)計(jì)數(shù)量煩瑣。那么便可以在主橋建設(shè)完畢之后，借助軟件自帶的編輯器針對(duì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行二次開發(fā)，并且完成對(duì)零件參數(shù)的信息提取，對(duì)鋼桁架橋梁各個(gè)部件進(jìn)行快速計(jì)算。因?yàn)樵阡撹旒軜蛄涸O(shè)計(jì)過程中，便針對(duì)各個(gè)鋼桁架橋梁構(gòu)件、部位構(gòu)建出了三維模擬圖形，而且對(duì)各項(xiàng)環(huán)節(jié)鋼桁架橋梁構(gòu)件尺寸、形狀等數(shù)據(jù)都進(jìn)行了明確的參數(shù)指定。為此便可以借助BIM 技術(shù)，將各個(gè)環(huán)節(jié)的桁架、構(gòu)件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，借助BIM技術(shù)當(dāng)中的計(jì)算手段，對(duì)各項(xiàng)工程量內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。

4 結(jié)語

總的來說，為了確保鋼桁架橋梁的質(zhì)量，需要在鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程當(dāng)中使用BIM 技術(shù)手段。在實(shí)際開展BIM 技術(shù)使用的過程中，需要明確BIM 技術(shù)的使用意義，充分借助BIM 技術(shù)手段，在鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)、建設(shè)等領(lǐng)域當(dāng)中科學(xué)合理運(yùn)用。結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境、地質(zhì)情況制定出科學(xué)合理的鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)方案，對(duì)各項(xiàng)鋼桁架橋梁構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。細(xì)化主桁架建模設(shè)計(jì)，對(duì)主桁架各項(xiàng)建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行明確。結(jié)合鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，嚴(yán)格開展主桁架建模、碰撞檢查、預(yù)拼裝模擬以及工程量計(jì)算，充分展現(xiàn)出BIM 技術(shù)的優(yōu)越性，保障鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)與應(yīng)用的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性，促進(jìn)我國鋼桁架橋梁設(shè)計(jì)建設(shè)的科學(xué)性、合理性。