元宇-BIM技术在异形钢结构桥梁设计中的应用实践.ppt-[兼容模式].pdf

BIMBIM技术在异形钢结构桥梁设计中的应用实践技术在异形钢结构桥梁设计中的应用实践 -淮海路京杭运河大桥淮海路京杭运河大桥 中设设计集团中设设计集团 2017.072017.07 提纲提纲 一，项目概况 二，项目特点 三，BIM在设计中应用 四，设计成果 五，BIM设计总结 一、项目概况一、项目概况 淮安市京杭运河淮海路大桥主桥位于淮安市市中心淮海路，跨越京杭运河，因此景观要求较高，通过前期方案比选及初步设计论证，施工图最终采用圆塔形独塔双索面斜拉桥，主桥跨径组合为152+90m，桥宽38m，塔高74.5m。二、项目特点二、项目特点 钢塔造型异型：由椭圆和圆组成的断面，在纵向拉伸20m产生桥塔主受力结构，另外桥塔还带有一个71m长的异形塔翼板，全部是异型钢结构，采用传统的二维方法几乎无法设计。二、项目特点二、项目特点 结构受力复杂：由于桥塔存在纵向20m的错位，斜拉索产生一个扭正的趋势，因此产生了巨大的弯矩剪力，各节点均需要采用实体模型进行空间分析确定受力，而实体建模如果采用常规的建模手段工作量将会十分巨大，甚至无法完成。塔底最大弯矩 435226KN.m 最大剪力 11823KN 最大轴力 67948KN 二、项目特点二、项目特点 交错的关系：塔和塔翼板的连接，塔内钢锚箱，塔翼板和梁的相对关系，梁和塔的固结段等都因为桥塔和塔翼板异型的造型而变得十分复杂，采用传统的二维设计方法要表达清楚十分困难。塔壁板塔壁板 塔翼板塔翼板壁板壁板 二、项目特点二、项目特点 施工要求高：为保持桥塔的曲面造型，如果在设计阶段没有良好的整体控制方案，仅靠加工厂的工艺措施，很难达到外形的圆顺。正视图 俯视图 车视图 二、项目特点二、项目特点 该项目设计非常复杂，采用传统的二维设计方法无法完成设计任务，为了保证设计质量，引入了BIM技术对全桥钢结构进行设计。本项目设计引入BIM目的：1，快速建模，并可以后期重复利用，提高设计效率；2，完整建立空间钢结构，准确表达设计意图；3，解决曲面展开问题，准确得到钢板平面大样；4，避免结构碰撞或者施工空间不足无法施工；5，为曲面钢板加工提供加工方案，提高产品质量；6，采用二维图纸表达复杂几何图形。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 BIM 设计BIM实施计划表 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 调研 软件 实施项目 三维建模 建模精度 骨架 模板 特殊节点单独设计 计算 三维模型接口 根据计算结果修改模型 成果 图纸标准 图纸模板 图纸组成 BIM建模软件选取 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 软件软件 Autodesk公司的公司的Revit Dassault公司的公司的CATIA Bentley建筑、结构和建筑、结构和设备系列设备系列 特点 在民用建筑市场借助AutoCAD的天然优势，有相当不错的市场表现。全球最高端的机械设计制造软件，在航空、航天、汽车等领域具有接近垄断的市场地位。Bentley产品在工厂设计（石油、化工、电力、医药等）有优势。优点 占有率高，与其他专业对接方便。对于异型复杂结构，大型结构表现出色。缺点 针对建筑业开发，对于复杂桥梁表现不尽人意。软件价格昂贵，与传统cad思路不同，上手难度大。选用制造业普遍采用的CATIA软件作为本项目BIM实施软件。建模精度，BIM建模LOD（Level of Development）标准 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 LOD标准标准 LOD 100 Conceptual概念化 等同于概念设计，此阶段的模型通常为表现建筑整体类型分析的建筑体量，分析包括体积，建筑朝向，每平方造价等等。LOD 200 Approximategeometry 近似构件（方案及扩初）等同于方案设计或扩初设计，此阶段的模型包含普遍性系统包括大致的数量，大小，形状，位置以及方向。LOD200模型通常用于系统分析以及一般性表现目的。LOD 300 Precise geometry精确构件（施工图及深化施工图）模型单元等同于传统施工图和深化施工图层次。此模型已经能很好地用于成本估算以及施工协调包括碰撞检查，施工进度计划以及可视化。LOD 400 Fabrication加工 此阶段的模型被认为可以用于模型单元的加工和安装。此模型更多的被专门的承包商和制造商用于加工和制造项目的构件包括水电暖系统。LOD 500 最终阶段的模型表现的项目竣工的情形 模型将作为中心数据库整合到建筑运营和维护系统中去。LOD 500模型将包含业主BIM提交说明里制定的完整的构件参数和属性。本项目是施工图阶段，包含了所有成桥时的构件信息，相当于LOD300的模型。可以继续添加加工，施工阶段的数据信息，成为LOD400，LOD500的信息模型。参数化的建模，设计就是根据计算结果调整再重新计算的反复优化的过程，建立的模型是靠参数驱动的，模型的调整变得更快捷，从而可以让设计人员更专注于设计本身，而不是画大量的时间在改图上。标准段箱梁结构 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 参数化的建模，设计优化就是根据计算结果调整再重新计算的反复，建立的模型是靠参数驱动的，模型的调整变得更快捷，从而可以让设计人员更专注于设计本身，而不是画大量的时间在改图上。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 塔底底座 参数化的建模，设计优化就是根据计算结果调整再重新计算的反复，建立的模型是靠参数驱动的，模型的调整变得更快捷，从而可以让设计人员更专注于设计本身，而不是画大量的时间在改图上。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 塔底底座 参数化的建模，设计优化就是根据计算结果调整再重新计算的反复，建立的模型是靠参数驱动的，模型的调整变得更快捷，从而可以让设计人员更专注于设计本身，而不是画大量的时间在改图上。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 塔底底座 骨架驱动模型 属于参数化建模的高级应用，强调的是参数与参数之间的相互关系，能够实现工程模型的全参数化调整。在该功能的支持下，设计工作可以做到提前设计，能更加合理的利用设计时间。全桥骨架设计图 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 骨架驱动模型 所有的模型都是基于骨架建立的，施工图完成后，如果再要调整方案，对于传统的钢结构设计来说就是毁灭性的，而引入BIM技术后，模型的修改只需要对骨架进行修改，模型将跟随改变。调整道路纵坡 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 二次开发模板 因为斜拉索角度范围大，角度2283度，角度519度，造成了桥塔钢锚箱形态差别很大，而对于这些空间的钢锚箱，传统的CAD设计毫无办法，只能一个个的在绘制，而采用BIM进行二次开发后只需要定义逻辑关系，替换钢束直线就可以快速生成钢锚箱，极大提高了效率。钢锚箱 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 二次开发模板 因为斜拉索角度范围大，角度2283度，角度519度，造成了桥塔钢锚箱形态差别很大，而对于这些空间的钢锚箱，传统的CAD设计毫无办法，只能一个个的在绘制，而采用BIM进行二次开发后只需要定义逻辑关系，替换钢束直线就可以快速生成钢锚箱，极大提高了效率。钢锚箱 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 可视化设计 将各种复杂结构全部展示出来，所见即所得，便于施工单位及加工厂读图理解，将沟通的误差减少到最低。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 三维结构图 可视化设计 塔梁固结段段：纵坡，横坡，左右塔的横梁标高形状不一致，圆形的接触面一起形成异形的连接结构。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 塔梁固结段 塔底底座 三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 可视化设计 塔底底座为斜角底部扩大形状，并且设置剪力键和预应力，三维模型中将预应力布置、剪力键及普通钢筋的相对关系表达的清晰明确。曲面设计 塔翼板和桥塔都是复杂空间曲面，采用BIM设计后准确表达设计意图，对曲板进行了展开，准确统计了数量，这些用传统的二维设计是无法做到的。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 塔翼板结构图 虚拟加工设计 塔翼板模型中都是空间曲面，加工厂加工时会以直代曲，为提前预测误差，控制产品质量，在保证外形无折痕的前提下对钢板进行以直代曲的方案模拟，模拟后的钢板与理论模型最大误差在0.3%以内，保证造型不变。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 此区域沿行车方此区域沿行车方向水平拉延向水平拉延 塔与翼板衔接过渡面处理 直纹方向直纹方向 碰撞避免 设计中所有的钢结构均在一个模型中表达，保证了施工时不会出现加劲肋切割避让，预应力张拉或者焊接无操作空间等因设计未考虑周全而产生的变更。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 J07节段 碰撞避免 复杂节段中不出现封闭的空间，避免无法焊接。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 J02节段 BIM技术有限元分析 将BIM模型导入有限元分析软件，对BIM模型进行二次利用，大大提高了建模速度，同时也更加的精确。三、三、BIMBIM技术在设计中的应用技术在设计中的应用 Ansys计算模型 本项目采用BIM技术对全桥结构进行设计，建立了三维的模型，使得表达直观，减少加工和施工时不必要的变更，提高了设计质量，但是存在一个难题：如何交付成果？四、设计成果四、设计成果 制造行业在20年前就已经实现了无纸化流程，而建筑行业依旧是用纸质的图纸进行设计施工和运维应用的。现行制度下设计成果不能仅仅是一个三维的模型，还是需要图纸作为正式设计成果交付业主。在这个项目中颠覆了传统的施工图表达方式，以图纸的完备性（在没有模型的情况下仅凭图纸成果就可以施工）作为基础，研究出一套符合三维模型基础上的快速表达图纸的方法。施工图设计建模加出版成果一共仅用3个月，不但没有降低效率，还比传统二维设计效率提高约30%，成果通过了施工图审查，得到业主，咨询单位和各位专家的认可。四、设计成果四、设计成果 原则说明图 三维模型图 定位线架图 大样图 成果 平面图 断面图 立面图 大样图 成果 四、设计成果四、设计成果 钢箱梁加劲肋布置原则图（CAD绘制）四、设计成果四、设计成果 定位线架图（CATIA出版）四、设计成果四、设计成果 三维模型图（CATIA出版）四、设计成果四、设计成果 详细详图（CATIA出版）四、设计成果四、设计成果 特殊节点设计（CATIA出版）五、五、BIMBIM设计总结设计总结 BIM设计的优势 解决了复杂空间桥梁二维设计无法表达问题 施工图可视化，精确设计 建立了精准而完备的三维模型后期施工运维再利用 突破性的BIM设计（以三维设计为主导）计算模型都来自BIM模型 设计图纸都来自于BIM模型 五、五、BIMBIM设计总结设计总结 创造性的解决了一些BIM设计自带的一些缺陷 目前设计阶段桥梁专业的BIM大都是已有了设计图纸，而后做一些模型及视频为展示用的，不能发挥BIM技术在设计阶段的价值，而本项目的BIM应用是在没有设计图纸的情况下进行的的正向三维设计，进行二次开发提高建模速度，同时研究了一套二维图表达方法，确保了设计的准确性和合理性，在国内复杂钢结构桥梁专业是第一次。五、五、BIMBIM设计总结设计总结 现阶段国内桥梁BIM技术设计应用 THANKS!THANKS!南京市秦淮区紫云大道南京市秦淮区紫云大道9 9号号 邮编邮编:210014:210014 电话电话:025:025-88018888 02588018888 025-84405744(Fax)84405744(Fax)