超大規(guī)模橋梁群BIM建模技術(shù)

劉 杰

（中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430056 ）

0 引言

中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司在2013年成立了“中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟”，加快了鐵路建設(shè)工程信息化工作的推進(jìn)步驟，明確了以BIM技術(shù)為核心，建立統(tǒng)一開(kāi)放的工程信息化平臺(tái)，分節(jié)段拓展引用內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程項(xiàng)目全生命周期管理[1,2]，隨后確定了17個(gè)鐵路BIM試點(diǎn)項(xiàng)目。滬通長(zhǎng)江大橋項(xiàng)目作為試點(diǎn)項(xiàng)目之一，從2014年開(kāi)始BIM技術(shù)應(yīng)用，貫穿項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程，在工程質(zhì)量控制、進(jìn)度管控、管理優(yōu)化等方面均取得了較好的效果。

1 工程概況

滬通長(zhǎng)江大橋?yàn)闇ㄨF路的控制性工程，位于江陰長(zhǎng)江大橋下游45km、蘇通長(zhǎng)江大橋上游40km，4線鐵路和6車道高速公路合建，全長(zhǎng)11.07km（圖3），主航道橋采用主跨1092m的鋼桁梁斜拉橋；專用航道橋采用主跨336m的鋼桁拱橋；跨南、北岸大堤及橫港沙區(qū)段采用跨度112m的簡(jiǎn)支鋼桁梁橋，北引橋長(zhǎng)1876m，南引橋長(zhǎng)590.65m[3]。

圖3 滬通長(zhǎng)江大橋跨度布置

2 建模前期準(zhǔn)備

在BIM 技術(shù)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)是核心、平臺(tái)是關(guān)鍵、模型是基礎(chǔ)[4]；BIM 模型作為后期BIM 應(yīng)用的載體，其建模質(zhì)量的高低決定了整個(gè)項(xiàng)目BIM 應(yīng)用的成敗，完善的前期規(guī)劃和準(zhǔn)備有助于高質(zhì)量高效率的完成BIM 建模工作。

3 制定標(biāo)準(zhǔn)

滬通長(zhǎng)江大橋BIM 項(xiàng)目在項(xiàng)目開(kāi)始之前就制定了《BIM 技術(shù)研究總體方案》，對(duì)本項(xiàng)目BIM 應(yīng)用進(jìn)行總體規(guī)劃。該方案于2014年11月通過(guò)中國(guó)鐵路總公司組織的專家評(píng)審。隨后BIM 項(xiàng)目組又編制了《滬通長(zhǎng)江大橋BIM 建模標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)建模流程、建模細(xì)節(jié)、整體坐標(biāo)系、建模單位、零件顏色、模型編碼、信息添加、碰撞校核、協(xié)同工作、模型審核等內(nèi)容做出了強(qiáng)制性規(guī)定，確保全橋BIM 模型的完整性、統(tǒng)一性和正確性。

4 明確模型精度

BIM 模型的精度（Level of Detail，簡(jiǎn)稱LOD）是BIM 模型的重要參數(shù)，若精度太低則無(wú)法滿足后期BIM 應(yīng)用；若精度過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致“過(guò)度建模”，增加工作量。滬通長(zhǎng)江大橋在建模過(guò)程中根據(jù)鐵路BIM 聯(lián)盟發(fā)布的《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)（1.0 版）》[5]，并結(jié)合BIM 應(yīng)用需求明確了全橋的BIM 模型精度等級(jí)（表 4）。但是BIM 模型的等級(jí)并不是一成不變的，針對(duì)不同的BIM 應(yīng)用點(diǎn)其模型等級(jí)是不同的。確定模型精度的流程見(jiàn)圖4。

表4 項(xiàng)目建模深度

根據(jù)設(shè)計(jì)文件內(nèi)容結(jié)合BIM 應(yīng)用需求，本橋各組成部分的建模精度如表 5 所示。

表5 建模深度表

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圖4 確定模型精度流程圖

5 模型單元分級(jí)及編碼體系

模型編碼作為BIM 模型的重要信息，在后期BIM 模型應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。編碼的主要作用是賦予模型中零件和構(gòu)件唯一的儲(chǔ)存標(biāo)識(shí)，即實(shí)現(xiàn)一物一碼。本項(xiàng)目的編碼體系采用了線分法，即層級(jí)分類法，根據(jù)橋梁工程的項(xiàng)目特點(diǎn)將BIM 模型元素分成5 個(gè)層級(jí)的類目，形成一個(gè)有層次的，逐漸展開(kāi)的分類體系。

表6 模型單元分級(jí)

考慮到多種交付情況，將模型單元?jiǎng)澐譃樗膫€(gè)級(jí)別，詳見(jiàn)表 6。其中孔跨級(jí)模型單元表示某一孔跨或某一聯(lián)橋梁結(jié)構(gòu)的整體，對(duì)于上部結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)用孔跨起止墩號(hào)表示，對(duì)于下部結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)用墩號(hào)表示；功能級(jí)模型單元可描述承受豎向荷載的主桁片、承受橫向荷載的橫向聯(lián)接系、承受公路或鐵路荷載的橋面系等；構(gòu)件級(jí)模型單元由零件級(jí)模型單元或構(gòu)件級(jí)模型單元組成，具備明確的層級(jí)關(guān)系，可描述桿件、局部加勁、節(jié)段等；零件級(jí)模型單元可描述桿件的頂?shù)装搴透拱濉⒓觿爬摺⒐?jié)點(diǎn)板、連接板、拼接板、填板、螺栓及焊縫等。

模型編碼的過(guò)程即是模型結(jié)構(gòu)樹(shù)形成的過(guò)程，編碼的精度決定了模型的精度。 下面以某零件的編碼來(lái)舉例說(shuō)明： 某零件代碼為“0102_HJ-S_A0A1_N1_E”，其中“0102”代表零件所處的橋跨位置，位于01#墩和02#墩之間；“HJ-S”代表靠外側(cè)的桁片；“A0A1”代表?xiàng)U件編號(hào)；“N1”為板件的設(shè)計(jì)編號(hào)；“E”代表的是上游側(cè)。

6 建模中遇到的問(wèn)題及思考

6.1 多人協(xié)同

由于本項(xiàng)目工作量巨大，需要多個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作，共同建模，采用了Tekla軟件的多用戶協(xié)同工作模式，整體架構(gòu)采用了C/S架構(gòu)，即服務(wù)器/客戶端架構(gòu)。將tekla多用戶服務(wù)部署在服務(wù)器上，將主模型文件部署在文件服務(wù)器上，各項(xiàng)目組成員通過(guò)局域網(wǎng)或者VPN連接到服務(wù)器上進(jìn)行工作。即多用戶在各自的客戶端電腦上同時(shí)操作位于服務(wù)器上的同一個(gè)主模型，將工作模式從以前的“單打獨(dú)斗”狀態(tài)改進(jìn)為“團(tuán)隊(duì)作戰(zhàn)”，降低了溝通成本，提高工作效率。

通過(guò)采用Tekla多用戶工作模式，在滬通長(zhǎng)江大橋BIM建模過(guò)程中，首先要確定工程的整體坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)系，并劃定各個(gè)用戶的工作區(qū)域和建模內(nèi)容，然后用戶就可通過(guò)Tekla多用戶服務(wù)器在同一個(gè)模型中協(xié)同工作。通過(guò)這種工作模式，BIM項(xiàng)目負(fù)責(zé)人就無(wú)需控制、跟蹤和存儲(chǔ)多個(gè)BIM模型，且省去了模型復(fù)制和合并的操作，并減少了后期模型修改和再次合并的操作，提高了工作效率，降低了模型出錯(cuò)的可能。同時(shí)，對(duì)于模型的工作任務(wù)的分配和工作區(qū)域的劃分也更加靈活，還可以直接通過(guò)單個(gè)主模型生成材料列表和螺栓列表。而且，在BIM項(xiàng)目開(kāi)始之初，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以在服務(wù)器上的主模型中統(tǒng)一進(jìn)行工作環(huán)境、項(xiàng)目模板和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置，無(wú)需各個(gè)用戶單獨(dú)設(shè)置，減少了發(fā)生錯(cuò)誤的可能性。

但是由于Tekla軟件本身的限制，其多用戶協(xié)同仍存在一些問(wèn)題，比如：無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的權(quán)限管理和設(shè)計(jì)流程管理等問(wèn)題。因此，若要進(jìn)一步開(kāi)展BIM的設(shè)計(jì)協(xié)同工作，還需借助另外的協(xié)同管理軟件。

6.2 鋼結(jié)構(gòu)制造問(wèn)題

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)BIM 模型均按照無(wú)應(yīng)力尺寸建模，但尚不能直接應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)制造。鋼板件在制造加工過(guò)程中由于切割等工序的作用，在高溫下會(huì)產(chǎn)生一定變形，因此鋼梁廠在下料時(shí)都會(huì)留有一定的工藝余量。本項(xiàng)目的解決方案是通過(guò)BIM 模型導(dǎo)出DSTV 格式文件，再通過(guò)研發(fā)的工藝余量添加系統(tǒng)更新DSTV 文件，導(dǎo)入到SigmaNEST 系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)套料，生成用于數(shù)字化切割的NC 代碼，實(shí)現(xiàn)了基于BIM 技術(shù)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造一體化。

7 結(jié)語(yǔ)

滬通長(zhǎng)江大橋BIM 建模工作量巨大，全橋零件數(shù)量超過(guò)1000 萬(wàn)，且對(duì)模型質(zhì)量要求高。項(xiàng)目組用高質(zhì)量精細(xì)化BIM 模型為滬通長(zhǎng)江大橋面向全生命周期的BIM 應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（1）對(duì)于特大型橋梁BIM 建模，在前期應(yīng)做好規(guī)劃，制定項(xiàng)目級(jí)BIM建模和編碼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于建模精度、建模流程、軟件、建模細(xì)節(jié)以及模型審核做出詳細(xì)規(guī)定。

（2）BIM 模型的建模精度應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求確定，很多模型并不是越細(xì)越好，而是應(yīng)遵循“夠用就好”的理念來(lái)建模，避免“過(guò)度建模”。

（3）BIM 模型除了滿足幾何精度的要求，還要滿足信息和編碼的要求。在建設(shè)期間的BIM 應(yīng)用大部分是基于信息的應(yīng)用。

（4）構(gòu)件庫(kù)的積累和二次開(kāi)發(fā)是提高建模效率的有效手段，隨著構(gòu)件庫(kù)的豐富，設(shè)計(jì)人員手中的“積木”越來(lái)越多，才能做到以“搭積木”的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。