【BIM案例】沪昆客专北盘江特大桥设计BIM应用

沪昆客专北盘江特大桥设计

BIM应用中铁二院工程集团有限责任公司一

、工程项目简介沪昆客运专线为“五纵五横”的大通道之一，是西南和中南至华东最重要的铁路大动脉。北盘江特大桥为全线最大跨度的桥梁工程。大桥位于贵州省关岭县和晴隆县之间，在光照水电站下游跨越北盘江。两岸均有贵州省光照水库库区公路从桥下通过，并与沪昆高速公路相通。北盘江河谷深切，呈“U”字型，桥址处属构造剥蚀中山河谷地貌，两岸岸坡地势陡峻，岸坡自然坡度为37°～62°，局部为陡崖，桥高近300m，场地地震峰值加速度为0.089g，地震动反应谱特征周期为0.65s，场地类别为I

类。大桥主要技术标准如下：铁路等级：客运专线

、双线轨道类型：有砟轨道最高设计行车速度：350km/h。（长昆段

250km/h，基础预留进一步提速条件）设计活载：ZK活载桥上线路：线间距5m，直线、平坡使用年限：正常条件下为100年图1

主桥布置图桥梁中心里程为D1K881+943.0，桥梁全长：721.25m。主桥为中心跨度

445m

上承式钢筋混凝土拱桥，引桥及拱上孔跨布置为：1×32m

简支箱梁+2×65m

预应力混凝土T构+8×42m

预应力混凝土连续梁+2×65m

预应力混凝土

T

构+2×37m

预应力混凝土连续梁。本桥建成之后为世界最大跨度的钢筋混凝土拱桥。图2

大桥效果图全桥主要工程量：主拱C60（C80）混凝土：2.9

万方，梁部C55混凝土：1.17万方，拱座C30、C40混凝土：7.1

万方，其余墩柱及基础

C30、C40混凝土：2.6万方。全桥混凝土总圬工约：13.77万方；钢筋约为

16000t，钢管拱劲性骨架钢材约为5500t，土石方开挖约

43

万方，边坡防护约24000平方米。北盘江特大桥主拱采用钢管混凝土劲性骨架法施工，施工过程结构体系转换多，结构复杂、工程规模大、

施工步骤特别多、控制难度大、控制因素多。

全桥混凝土圬工总量：13.53万方，施工阶段：211

个。北盘江特大桥于2010年10

月开工，预计于2015

年5月竣工。目前拱座基础及102m

高交界墩已经施工完成，正在进行钢管骨架的架拱施工，施工照片见下图。图3

北盘江特大桥施工照片二

、BIM团队介绍表1

北盘江特大桥设计BIM应用团队成员姓朱颖名工作单位中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院中铁二院职

务总经理集团公司副总副总经理集团公司副总副所长院副总工程师副院长院总工程师高工职责及技术履历BIM项目总负责人总方案规划BIM技术总工程师项目总体陈列张雪才周建杨咏漪徐勇胡京涛董凤翔谢海清闵世平朱泳标陶奇BIM桥梁建模BIM桥梁建模桥梁

BIM技术总工程师协同平台和系统维护组长BIM桥梁建模部长技术师主任高工GIS系统构建BIM地质建模BIM桥梁建模协同平台维护GIS系统构建张毅副所长工程师工程师副部长赵亮亮叶明珠代强玲系统维护GIS系统构建三、

BIM技术应用软件配置图

4

软件实施流程图1、DS-CATIA：产品设计平台，负责地质、隧道与桥梁BIM模型建立；最有效的功能：（1）

二维和三维的参数化设计功能；（2）

模板的超级副本、特征模板和文档模板，特征模板的白盒和黑盒功能；（3）

知识功能模块；（4）

高速缓存读取轻量化模型；（5）

复杂实体的精确造型；最需要改进的功能：（1）

BOM

表功能无法对

Body

级别的对象进行工程量统计；（2）

零件和产品的梁杆单元有限元化；2、DS-ENOVIA：数据管理平台，负责多专业协调设计及数据管理最有效的功能：（1）

关联设计管理；（2）

完整变化的设计上下文环境；（3）

数据共享更安全；（4）

系统及时通知；（5）

CATIA

应用性能提升。最需要改进的功能：（1）

大尺寸问题，在

VPM

环境下，无法管理处于大尺寸标度的模型；只能管理标准标度的模型；（2）

装配参数和装配关系某些时候不方便管理，在

VPM

环境下仅能以技术包形式管理；（3）

VPM

环境下，人员权限配置较为复杂，需要较为深厚的计算机功底；（4）

在

VPM

环境下，删除操作较为复杂，需要执行较为多的步骤；（5）

在

VPM

环境下，模版管理较为复杂，需要较多的步骤；3、DS-DELMIA：仿真应用平台，负责BIM

模型的施工四维仿真最有效的功能：（1）

甘特图、PERT

图关联的三维装配（人机）过程仿真；（2）

机械加工工艺规划、验证仿真；（3）

人、机和料的过程化信息查询；（4）

真实机器人的交互设计、仿真和离线编程；最需要改进的功能：（1）

信息查询机相关报表输出需后期开发定制；（2）

动画效果在一定程度上不能很好的满足后期汇报要求；4、DS-3DVIA

Composer：三维动态演示平台，负责三维模型数据发布及设计成果集成最有效的功能：（1）

多种

CAD

模型数据处理：支持大部分三维

CAD

设计软件模型数据的转换和导入；（2）

精确三维模型交互式浏览：能对显示最大能够达到零件级的三维模型进行实时交互浏览操作，如旋转、缩放等；（3）

轻量化模型数据：通过自身算法，模型文件大小被压缩到很小，普通地质场景的模型仅几十兆；（4）

实时测量：可以在交互浏览的过程中对任意边线点进行测量，获得真实的尺寸数据；（5）

动画：软件内能够实现漫游动画及装配动画的制作和播放；最需要改进的功能：（1）

对模型精细化显示有一定的性能要求：对大场景显示达到以万计的零件级别的场景会有一定的性能要求；（2）

无物理仿真效果：由于

3DVIAComposer

主要面向

CAD

三维模型展示，所以不支持水流等效果引擎；5、AUTODESK-AutoCAD2012二维设计工具，负责编辑地形及地质剖面模型最有效的功能：（1）

二维绘图非常方便；（2）

对模型的建模和修改范围没有限制；（3）

图层、标注和线型的管理；最需要改进的功能：（1）

二维和三维的参数化设计；（2）

模型附加参数比较困难，参数的种类比较少；6、AUTODESK-Navisworks2012适时漫游平台，负责BIM模型的适时漫游最有效的功能：（1）

数据整合---兼容设计行业内

50

种以上文件格式，支持将设计、施工和其他项目数据整合进单一集成的轻量级项目模型；（2）

设计优化---支持模型的碰撞和冲突检测，能够帮助分析空间问题，解决专业间冲突，在施工前预测和避免潜在问题，提升协同和设计质量；（3）

项目可视化校审---通过可视化功能完成渲染，制作照片级别三维动画和图像，完成项目校审；并可创建对象动画，支持项目施工进度模拟和特定工序的流程规划；（4）

施工模拟和算量统计---能够完成模型对象和施工进度关联，验证施工活动的可行性，优化施工方案；并通过基于模型的快速工程算量统计，完成项目概预算；（5）

项目协同---平台提供了各个专业的设计协同平台，标注、视图等功能提高了协同效率；同时模型能够发布云端，在

Ipad

上浏览，促进多地区、多团队的全方位协同。最需要改进的功能：（1）

模型数据格式更加轻量化，提升模型协同效率；（2）

提供针对施工可建造模型的功能，针对施工实际诉求进行更加精细化的施工方案模拟；（3）

算量部分，计价标准本地自定义，或者本土化计价体系嵌入；（4）

提升渲染效率，缩短渲染时间，降低对本地资源的占用；（5）

其他施工管理软件，以及施工现场硬件与

Naviswork

的集成，能够直接从模型中提取需要施工数据。7、Skyline:

三维GIS

平台，负责测绘数据发布最有效的功能：（1）

海量三维地形的快速索引与浏览技术；（2）

多源数据、多专业设计数据的集成共享、展示技术；（3）

铁路沿线三维模型的快速匹配与生成技术；（4）

基于三维

GIS

平台和三维地形，可开展多种多样的分析功能，如碰撞检测、剖面提取等；（5）

可将三维

GIS

平台与海量的空间数据关联，实现一种“所见即所得”的数据管理方式。最需要改进的功能：（1）

三维

GIS

平台的可扩展性；（2）

三维

GIS

平台模型的精度；（3）

三维

GIS

平台与BIM模型的兼容性。四、硬件配置服务器：

HP

Z800工作站

+HP

Z420工作站×5+HP

EliteBook8560w

工作站×2五、BIM应用情况1、BIM在设计中的应用BIM在设计中的应用主要分为以下几个方面：1）

三维地质信息模型通过逆向工程建立地形、地质三维信息模型，下图在以爆炸视图的方式表现地质构造。图5

轻量化的三维地质信息模型2）

模板与知识工程采用骨架式建模思想，建立全桥模型的骨架，通过模板实例化实现构件在三维空间的定位；利用三维参变功能，实现构件的变形设计；通过知识工程模板的黑盒功能保护设计者的知识产权。图6

模板与知识工程应用实例图3）

三维模型驱动二维工程图将指定的三维模型在二维工程图上投影、剖切并添加特定的标注构建出二维工程图模板，再使之与三维模型相关联，从而实现快速生成二维工程图。构建与三维模型相关联的二维工程图模板，实现快速生成二维工程图。图7

二维工程图模板4）

工程量统计采用

BOM表功能快速统计节段劲性骨架工程量。图8BOM表工程数量统计图5）

碰撞检查通过碰撞检查功能，可以检测构件的接触和碰撞问题，从而实现结构的数字化预拼装。图9

节段劲性骨架碰撞检查6）

有限元分析利用分析模块，实现

CAD与CAE

的一体化。此处以交接墩为例，进行了背索的优化分析，计算结果表明根部背索可以优化。图10

交界墩实体有限元分析7）

设计库管理通过建立中铁二院桥梁设计库，实现了设计知识的记录、封装和积累，可以有效地保护企业知识产权。用户可以随时从设计库中选取需要的模板进行实例化，从而极大地提高了设计效率。图

11

设计模板库管理8）

海量数据管理利用协同设计系统的产品数据管理功能（PDM），可以实现设计模型、二维图纸和各种文档的统一管理。利用协同设计系统可以将通用零件库、标准件库统一管理调用。减少计算机资源消耗的方式：

高速缓存模式可以后台实现模型轻量化；上下文追加模式快速构建设计环境；实时数据卸载减轻计算机负担。图12

PDM产品数据管理9）

制造一体化利用

NC

加工模块在

BIM

三维设计模型上添加加工制造信息，可以生成数控加工程序，并直接被数控加工设备识别使用。图13

制造一体化流程10）制定数据命名规则通过北盘江大桥三维设计BIM应用，初步制定了桥梁专业结构树、模板命名和文件命名规则。图14

桥梁结构树命名规则表2

文件后缀名表序号类型名称三维模型二维图类型代码3D122D345678骨架SKPRDCCTKGCL驱动模型的参数表附属文档用于开挖的三维模型模板主文件模板目录文件11）地形图插件研究了地形等高线加密算法，基于AutoCAD

编制了等高线加密插件，针对

CATIA

开发了接口，实现了AutoCAD与

CATIA

的数据交换。图15

不同地形比较12）轻量化模型展示利用3DVIA

Composer展示了轻量化的桥梁模型。图16

轻量化模型展示2、

BIM在施工中的应用BIM在施工中的应用主要分为以下几个方面：1）

龙门吊预拼装杆件采用

DELMIA

将吊装顺序与甘特图相关联进行了三维装配过程仿真；图17

龙门吊预拼装杆件2）

施工工序优化采用

DELMIA

劲性适时碰撞检查，发现了施工中不合理的地方，对杆件拼装工序进行了优化。图18

施工工序优化3）

吊装辅助定位采用

DELMIA

模拟了吊装辅助定位及螺栓安装过程，对现场施工人员起到一定指导作用。图19

吊装辅助定位4）

焊接模拟采用

DELMIA

模拟了杆件的焊接过程，对施工人员起到一定的指导作用。图20

焊接模拟5）

节段吊装采用

DELMIA

模拟了复杂的劲性骨架吊装过程，对施工起到了很好的指导作用。图21

劲性骨架节段吊装6）

拱圈外包混凝土采用3DVIA

Composer模拟了复杂的劲性骨架外包混凝土过程，对施工起到了很好的指导作用。图22

拱圈外包混凝土7）

T构挂篮模拟施工采用3DVIA

Composer模拟了T构挂篮施工的过程，对施工起到了一定的指导作用。图23

T构挂篮模拟施工3、

BIM在运维中的应用BIM在设计中的应用主要分为以下几个方面：1)

桥梁工程管理系统基于物联网架构初步构建了桥梁工程管理系统，该系统以桥梁

BIM模型为核心，将远程访问控制、模型管理、信息查询、文档管理、传感器数据传输、施工控制和运营维护集为一体。图24

桥梁工程管理系统架构图25

桥梁工程管理系统架构图26

桥梁工程管理系统界面2)

模型信息查询系统通过建立轻量化的设计模型和数据信息库，使用信息查询系统可以查看每个模型关联的

CAD

图纸、设计施工材料、预计工程量等设计数据，方便快捷的获得设计文档及关联数据。图27

基于

3DVIA

Compo