基于Bentley平臺的預應力T梁橋三維設計

李金陽 向正松 齊 飛

（四川公路橋梁建設集團有限公司勘察設計分公司， 四川 成都 610041）

0 引言

沿江高速公路BIM試點工程實施的范圍為K242+881～ K261+708.24高速公路段，線路長度為18.83km，橋梁全長6348.64m，其中包含預制T梁橋12座。公路工程設計經(jīng)歷了從手工繪圖轉換為AutoCAD繪制二維圖紙 ，目前正處于傳統(tǒng)的二維設計轉換為三維參數(shù)化設計的研究階段。目前主流三維建模軟件分別是Autodesk、Bentley以及達索系統(tǒng)，但運用到實際的工程項目設計中均需要在其平臺上的主要設計軟件上進行開發(fā)[1]。

Bentley平臺中設計軟件對于常規(guī)橋梁的下部結構可按照設計要求生成三維模型，但橋梁主梁的布置在曲線段還存在進一步優(yōu)化的空間。為進一步把三維參數(shù)化設計真正應用到工程設計項目中，解決實際工作中大量常規(guī)橋梁的設計問題，在Bentley平臺上開發(fā)預支T梁橋三維設計插件，該插件可在常規(guī)設計流程上完成三維設計，經(jīng)過金陽至寧南高速公路段的應用，該插件得到驗證并逐步完善[2]。

1 二維布梁方式

傳統(tǒng)的二維設計中布梁方式主要有三種：（1）相對于墩臺中心線偏移，是以橋墩、橋臺中心連線為基線進行偏置，放置每一片梁。（2）相對于路線中心線偏移：是以路線設計中線為基線，按照每一片主梁寬度偏置基線，定位出偏置后的曲線與蓋梁中心線的交點，再分別連接前后兩蓋梁上的交點，放置每一片梁。（3）相對于橋臺中心連線:是先將兩個橋臺的中心連線，做為全橋中線，然后按照直線橋布置主梁[3]。三種布梁方式基于二維平面偏置布梁中心線，均不能精準的反應預制T梁在路線縱坡上的變化情況。

2 三維布梁主要方法

首先，通過計算分析將數(shù)據(jù)整理，通過數(shù)字化的形式貫穿整個三維設計流程，使創(chuàng)建的模型與實際構件相同[4][5]，從而提高模型質量與建模效率，為后期構件參數(shù)的修改減少難度。在Bentley平臺進行二次開發(fā)，構件控制性參數(shù)之間的邏輯關系的確立，是保證構件的幾何尺寸、超高、相對位置、T梁橫坡精準設計的重要前提，通過這些重要數(shù)據(jù)用數(shù)學模型建立構件的形狀[6]。

在二次開發(fā)的設計流程中，難點是梳理參數(shù)之間的邏輯關系，將模型通過代碼實現(xiàn)。因此，只能構想T梁橫斷面控制性參數(shù)之間的數(shù)學邏輯關系，并對其設定相應的約束才能實現(xiàn)模型的準確性，并對全模型建立清晰的思路，從而完成最終構件模型的參數(shù)化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的變動對構件變化調試。

以傳統(tǒng)的二維布梁設計思路作為三維參數(shù)化設計的根本指導方針，首先得到每個橋墩的中心坐標，即墩臺軸線與路線平面線的交點，連接相鄰兩個墩臺的中線點，得到墩臺的中心軸線連線，基于該直線向兩側同時偏移一預制T梁標準寬度的間距，再結合橋梁橫坡參數(shù)計算得到相鄰主梁的梁中心定位點。主梁首尾兩端對應的梁中心定位點相連，即得到每一片梁的梁中心線。

基于Bentley中OpenRoadsDesigner軟件為基礎進行二次開發(fā)。以C#語言為底層語言將設計問題轉化為邏輯推理過程的問題，各部位異形構件建立時，需要將構件復雜因素轉化成參數(shù)，借用函數(shù)的算法對構件進行編程設計。以C#語言編預制T梁橫斷面為例，首先基于T梁中點為起點，通過T梁寬度、T梁高度、馬蹄寬度、馬蹄倒角高度、腹板厚度、T梁翼緣高度等參數(shù)計算得到整個橫斷面上的每個控制點的精確坐標位置，將所有的控制點連接成線，形成T梁標準斷面。然后以布梁中心線為基準，再以點控制的方式，實現(xiàn)主梁腹板漸變段的變化，通過自適應點創(chuàng)建主梁參數(shù)化模型，如圖 3.1所示。

圖3.1 預制T梁結構三維圖

通過Excel表格編寫橫斷面參數(shù)以及主梁結構參數(shù)，將預制T梁標準橫斷面的控制參數(shù)以表格的方式輸入，主梁結構參數(shù)主要包括主梁起始樁號、橫坡、橫隔板數(shù)、跨徑、主梁片數(shù)、主梁梁距，如表1所示。將該Excel文件導入ORD軟件中，插件讀取該表格的主梁信息自動生成T梁三維模型，該三維模型相對于二維布梁設計可精準反應主梁在縱坡上的變化情況。在設計過程中，若主梁參數(shù)有變化可通過調整表格參數(shù)，快速精準的重新生成該橋主梁三維模型，實現(xiàn)以參數(shù)的形式控制主梁結構的變化。

表1 主梁結構參數(shù)

3 橋梁三維模型實例設計

本文將二次開發(fā)的插件應用于沿江高速公路中的騎螺溝互通。騎螺溝互通橋梁的主梁形式為25米、40米預支T梁。

橋梁主梁采用自主開發(fā)的插件導入主梁結構參數(shù)表格，運行程序，自動生成主梁三維模型。

橋梁下部結構采用CSD軟件設計。基于CSD的PCL語言編寫橋墩模板，以表格的方式輸入?yún)?shù)，如圖4.2所示。基于橋梁的路線相關信息、橋梁樁號，再導入橋墩參數(shù)表格，批量放置橋墩，運行CSD，自動生成橋梁下部結構的三維模型，如圖 4.1所示。橋梁下部結構的參數(shù)變化可通過修改 Excel表格完成，亦可通過在CSD里直接修改參數(shù)完成。

圖4.1 橋梁下部結構三維圖

將橋梁上部結構和下部結構組裝合并，得到橋梁整體三維模型，如圖4.2所示。主梁和橋墩的結構變化均可通過Excel表格修改參數(shù)完成，實現(xiàn)了預制T梁橋的參數(shù)化、精細化設計。高精度的三維模型為BIM全生命周期的應用提供了必要的基礎[7]。

圖4.2 橋梁整體結構三維圖

4 總結與展望

本文基于ORD開發(fā)的插件解決了橋梁主梁縱坡隨路線變化的問題。BIM技術在公路橋梁中的應用，能更好的提高橋梁設計環(huán)節(jié)的精確程度，使橋梁工程在三維圖下表達更明確、分析更精準、處理沖突問題更便捷、模型信息提取更豐富。由于運用軟件技術水平的局限性，以及工程經(jīng)驗的不足，本文僅基于 OpenRoadsDesigner進行二次開發(fā)。在本論文的研究過程中，各軟件結合雖得出一些成果，但是還有很多需要探究的地方，并在研究中加以完善。

（1）現(xiàn)階段BIM技術僅在初步設計應用階段。如何能將橋梁工程設計工作從傳統(tǒng)設計理念轉換到BIM平臺中，還需要進一步對BIM平臺技術進行深入的研究。

（2）BIM技術在基礎設施方面仍沒有大量普及，橋梁工程應用BIM技術的深度尚需進一步的提高。各研究人員不能夠及時共享族庫，導致BIM技術在真正意義上落地需要一段時間，BIM技術的工作人員還應投入更多時間進一步深入探究。

（3）在BIM技術中，當前二次開發(fā)的相關插件對一些構件仍不能進行細化設計，只能應用一些常規(guī)的模型，如何將二次開發(fā)突破，面對這一難關還要做進一步的研究。