又一个经典案例!桥梁项目三维正向设计详解

在充分借鉴制造业经验,以及多年来的项目实践后,上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司(简称上海市政总院)已经建立了成熟的道路、桥梁等市政项目的三维正向设计流程及体系,并在很多项目上进行了应用,取得了显著效益和成果。

直接上干货,让我们一起来解析中兴大桥项目的BIM运维正向设计以及应用过程~~

项目特点

 

  • 中兴大桥及接线工程全长约2.62km,项目总投资26.4亿元,其中建安费9.8亿元

  • 主跨400m,一跨过江,采用V型主塔的矮塔斜拉桥,慢行系统布置在主梁挑臂以下

  • 主桥采用6车道,连接线采用8车道,地面辅道采用4~6车道

本项目在勘察设计合同中明确要求提供BIM模型服务,并对服务内容作了具体要求,另外由于以下的一些因素,中兴大桥项目从前期阶段就开始使用BIM运维技术:

  • 建设条件苛刻

甬江航道要求一跨过江,庄桥机场航空限高——最大跨径的矮塔斜拉桥。

  • 交通功能多样化

同时满足机动车、非机动车及行人过江要求——创新性的行人过江方案。

  • 施工环境复杂

  沿线拆迁建筑多、地下管线迁改难度大、地铁3号线正在修建。

  • 施工工艺先进

  边跨主梁支架滑移施工、中跨主梁桥面吊机悬拼、主塔采用竖向转体施工。

 三维正向设计的准备工作

 

想要实现真正的三维正向设计,适用的技术路线和标准体系,以及完善的团队架构和平台解决方案,都是不可或缺的前提条件。

  本项目从方案设计阶段、施工图设计阶段到施工与运维阶段,全过程应用了BIM运维技术。以达索系统3DEXPERIENCE平台为基础,采用CATIA完成BIM正向设计,并在ENOVIA平台上进行了项目管理。同时与上海市政总院自主研发的SMEDI-RDBIM、Para 3D等三维设计系统进行跨平台交互,实现了各软件之间的信息共享和模型协同。

BIM团队由院总工程师亲自带队,下设BIM研发中心与BIM运维应用工作组,桥梁总工及项目负责人进行设计把关,并由达索系统公司提供技术支持,桥梁、道路、结构、倾斜摄影及VR等不同专业的工程师相互配合,并实现上海本部与宁波当地的异地协同工作。

在BIM建模过程中,在继承其他项目如上海沿江隧道、春晓大桥BIM构件标准的同时,参照了《中国市政工程设计行业BIM指南》,对构件库及其标准进行了进一步拓展与延伸,形成本项目BIM标准,从而进一步完善了上海市政总院的BIM标准体系,以应用于更多的项目。

 方案设计阶段

 

在方案设计阶段,由于采用正向设计,所以要求能够高效的采集数据和最大化的应用BIM模型成果。   BIM+GIS实现虚实融合 倾斜摄影技术是国际遥感与测绘领域近年来发展起来的一项高新技术,并通过将倾斜摄影技术与BIM设计相结合,来实现高效率的方案设计。该技术拥有以下特性 真实性——三维数据真实反映地物的外观、位置、高度等属性 高效率——快速采集影像数据、实现全自动化三维建模 高精度——测绘精度达cm级 高性价比——可量测影像数据,同时输出DSM、DOM、三维网格模型、点云数据模型等多种数据成果

  利用这些数据来构建真实的三维场景,同时输出三维网格、点云等多种格式,可直接用于CATIA软件进行地形建模。从而结合规划条件, 准确计算场地平整土方量及动拆迁影响范围。还可以通过多次拍摄掌握拆迁进度、辅助土地征用决算。 

为了实现设计效率更全面的提升,上海市政总院梳理了企业的设计业务流程,并基于达索系统CATIA软件自主研发了面向道路交通设计的SMEDI-RDBIM系统。该系统分为地形建模、设计建模、BIM模型应用和设计方案评估等4个模块。借助系统级的整合,较之于应用单一BIM运维软件建模,SMEDI-RDBIM系统将道路桥梁及管线的建模效率提高了近10倍。

在方案设计的过程中,运用虚拟现实技术来确定方案。整合倾斜摄影的真实三维场景及BIM运维模型之后,可以明显的看出矮塔斜拉桥与周边环境融合良好,V型主塔象征“积极向上、正能量”,和横梁一起,共建“面向世界、展望未来”的“未来之窗”,因此确定了矮塔斜拉桥的方案。  

同时,借助虚拟现实可视化协同平台,通过设计师的虚拟代入体验,可以进一步优化交通标志、人行道及灯带等细节设计。

 

BIM+ VISSIM交通仿真应用 上海市政总院自主研发了基于VISSIM的交通仿真平台,首创基于BIM模型的车辆路径快速生成、交通流量自动叠加算法,可一键提取CATIA模型信息、自动建立仿真路网模型,完成BIM与交通仿真的数据交换,实现多维度交通评价。

中兴大桥原规划为双向8车道,通过在交通仿真平台中导入路网布设及道路规模等信息进行交通仿真模拟后发现,双向6车道方案能满足交通需求。最后推荐主桥采用双向6车道方案,比原规划8车道方案节约造价约1.2亿元。

 

 施工图设计阶段

精细化建模 根据中国市政行业BIM标准,在现有IFC基础架构上拓展市政桥梁工程构件的常用属性,深度可达到LOD3等级。

 

桥梁钢结构建模,通过预设的企业标准实现命名规则化、模板参数化以及板件属性完整性。

  能够高效的完成高质量的建模,同时面对复杂的变更可以快速的调整,这也是三维正向设计是否能够取得实际意义上成功的关键。

三维钢筋放样,利用CATIA的三维钢筋设计功能,完成了本项目混凝土结构的钢筋建模、钢筋碰撞检测和钢筋工程量报表输出。

 模型应用

 

有限元计算 可以将BIM模型导入到有限元分析软件,不仅省去大量建模工作,而且BIM模型精度更高,计算结果更准确。

工程量计算 基于CATIA精细化模型,实现了自动化计算并输出道路、钢结构、混凝土及钢筋、管线等的工程量,完全满足工程投资概算的要求。

碰撞检测 根据管线碰撞检测结果,在桥梁施工前实现了对现状管线的针对性排查,提高了管线迁改的效率;根据钢筋碰撞检测结果,在施工前及时调整了钢筋布置间距与保护层厚度,省去了施工中的临时变更。

二维出图 二维出图是土木工程行业的普遍需求,上海市政总院通过独立自主开发的Para3D桥梁智能化设计软件实现了面向桥梁专业的二维三维一体化BIM设计出图,解决三维BIM软件出图难等难题。并且支持同步生成数据表格、二维图纸、三维模型和BIM信息,结合其他工具,现已实现了道路工程、引桥工程及管线的100%自动化快速出图。

三维出图 主桥钢结构出图采用CATIA中的AITAC二维出图模块,定制钢结构出图模板,采用三维+二维的出图方式,图纸表现更丰富、更清晰,弥补了二维图纸的不足。

虚拟建造 本项目采用了边跨主梁支架滑移施工、中跨主梁桥面吊机悬拼、以及主塔采用竖向转体施工等先进的施工工艺,利用CATIA模型进行施工工序、工艺等不同级别精度的模拟,从而确保了先进工艺的实现,并且提高了工程质量。

BIM管理平台 针对中兴大桥施工施工工艺复杂、安装精度高的特点,上海市政总院自主研发了国内第一个特大型桥梁可视化、动态化施工监控BIM运维平台,平台与CATIA设计模型无缝衔接。

 项目亮点

 

  • 实现了全过程、多专业的BIM运维正向设计,并组建了满足IFC标准的BIM构件库

  • 基于3DEXPERIENCE平台完成了多专业的异地协同设计工作

  • 首次在国内大型市政桥梁工程中实现了倾斜摄影与BIM技术的融合

  • 自主研发了基于3DEXPERIENCE CATIA的SMEDI-RDBIM系统、基于VISSIM的交通仿真系统、Para 3D和RADS系统,实现了快速化建模与自动出图

  • 研发了国内第一个可无缝对接BIM设计模型的特大型桥梁施工监控平台

 

上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司(简称上海市政总院)成立于1954年,现有员工5500余人,主要从事规划、工程设计和咨询、工程建设总承包及项目管理全过程服务。上海市政总院拥有综合交通、地下空间与地下工程学科和规划、给水、排水、道路、桥梁、结构、轨道交通、固废、建筑、水利水运、环境工程、城市园林景观、燃气、热力、设备、技术经济、信息技术、勘察、施工管理和工程总承包等专业,覆盖基础设施建设行业各领域,综合实力位居国内同行前列。

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