【国内BIM案例】基于BIM技术的钢桥构件数控下料方案.doc

【国内BIM案例】基于BIM技术的钢桥构件数控下料方案
       近年来，我国桥梁建设发展迅速，桥梁结构日趋复杂，钢桥制造由机械化生产逐步迈入数控化、智能化制造，尤其是港珠澳大桥采用全新的自动化生产线、智能化的板单元组装和焊接机器人系统，实现了钢桥制造技术的大跨越。现代钢桥结构形式多样化，并且景观性要求越来越强，导致产品零件各异，尤其是在多座钢桥项目同时生产时，车间流转的零件类型众多，很难形成标准化流水作业，极易产生零件下料错误。BIM以其数字化、信息化技术可很好地解决这些问题。

一、工程简介

        沪通铁路长江大桥是大型公铁两用双塔三索面斜拉桥，全长2296 m，主航道桥主跨1092 m；设计采用三桁结构、"N”形桁式、板桁结合形式。标准段主梁边桁桁高16.0 m ,桁宽2x17.5m，每个主桁节点均设横联。上层公路桥面采用正交异性整体钢桥面板结构，下层铁路桥面采用整体钢箱结构；采用整节段架设方案，架设单元为全焊双节间节段，最大吊重约17440kN。其结构复杂，钢梁杆件数量和类型众多，包括主桁整体节点弦杆、斜腹杆、竖腹杆，铁路桥面横梁、纵梁、顶底板，上层桥面板、横梁、横联杆件和连接板等。

       沪通铁路长江大桥主航道桥主跨效果图

二、数控下料现状

       钢桥构件数控下料在工厂制造车间进行，主要采用火焰数控切割机床、空气等离子数控切割机床。数控设备通过数控切割程序控制，程序的编制依据精确绘制的程序切割图纸，数控程序和程序切割图纸是以二维设计图为基础转化而来。从设计图到机床切割下料经过多个中间环节，其工作流程见下图，如果设计有变更也必须按此流程重新修改，因而出现中间环节人为因素的影响，导致出现错误或修改现有错误的同时又增加出现新错误的几率。

       数控切割下料工作流程

三、BIM特点

        BIM技术的主要特点是以三维模型为基础的单一数据源、工程信息共享和全生命周期管理，具有模型信息的完备性、关联性和一致性。其为从三维模型到零件数控切割的一站式解决方案提供了条件，并利用计算机辅助技术、互联网技术形成的可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性，对钢桥构件切割生产的高效管理、质量保证、降低成本、工期控制具有重要意义。

       BIM是工程项目物理和功能特性的数字化表达，是工程项目信息可分享的知识资源，为钢桥全生命周期的各种决策提供了可靠的基础。

       BIM技术的基础是三维模型，钢桥制造基于Tekla三维模型，选用西格玛套料系统( SigmaNEST)进行自动排版套料、切割模拟和输出钢板采购清单、数控加工程序。通过SigmaNEST直接导入Tekla的二维及三维模型，利用可视化数控编程及数字化管理系统软件的直接读取转化功能进行自动排版及NC编制，一站式解决从三维模型到零件数控切割的问题。基于BIM的数控下料流程见下图。可以看出，从三维模型到数控切割仅经过SigmaNEST一个环节，全部为自动化过程，无人为因素影响，减少了出错几率，实现了三维模型数据与下料数据的准确协同。

基于BIM的数控下料流程

四、BIM应用

       三维模型与SigmaNEST对接。利用TeklaStructures软件对沪通铁路长江大桥进行三维建模，并导出DSTV格式文，其可直接导入SigmaNEST中，实现无缝对接。
       自动套料及NC应用。SigmaNEST可批量导入不同材质、板厚的DSTV格式文件；自动识别零件属性，如材质、板厚、数量等，不同材质、板厚的零件进入SigmaNEST后，可根据零件的属性自动分配任务;建立SigmaNEST钢板库导入Excel表格，表格中有钢板编号、材质、板厚、数量、炉批号、存放位置等信息；针对某个材质、板厚的任务进行套料，完成后根据软件算法、设备类型自动生成切割路径，此期间人工可进行干预使其更加合理化；根据设备类型自动生成切割NC代码进行数控切割，数据文件包括零件的长度、宽度、斜度、开槽和切割等的坐标信息，以便设备识别；自动生成余料标签、清单、切割报表、材料单和工时统计等。

导入DSTV格式文件

五、深化研究方向

        传统的钢桥加工生产组织与管理是依靠技术文件及生产指令组织生产加工，生产管理人员不能实时、准确获取生产工位、设备加工信息，造成被动生产调整。实现自动套料与生产管理的全信息化闭环，是数控下料BIM技术的深化研究方向。信息化闭环借助数据库和互联网技术，在SigmaNEST自动生成NC代码后，派工模块自动评估所需板材和预估切割时间，进行智能或人工分配。派工模块分配的任务将自动发送到报工模块，报工模块将下料起止时间、切割质量、材料消耗情况报送数据库。全信息化闭环打破了层层下达指令、层层反馈进度的生产组织模式，通过智能化、一体化的管理有序地将数控下料指令信息下达，实现了动态生产调节、直观进度统计、详尽工期预测。

三维模型导出的DSTV格式文件

       BIM技术建立了单一数字化数据源，参与加工的数控设备直接使用数字化数据源，解决了“信息断层”和“信息孤岛”问题。SigmaNEST是采用BIM技术的桥梁，其实现了自动排版套料、切割模拟；可输出钢板采购清单、数控加工程序；利用可视化数控编程及数字化管理系统软件的直接读取转化功能，进行自动排版及NC编制，实现BIM三维模型数据与加工数据准确协同；实现了从三维模型到实体数字化、信息化加工，在全面承继设计意图、减少出错几率的同时，零件切割下料效率提高了30%，降低了切割设备割咀等离子体和电极的损耗；通过人工干预使套料、切割路径等更加合理化。借助互联网和数据库等技术，实现自动套料与生产管理的全信息化闭环是BIM技术后续深化研究方向。