BIM技术在桥梁施工中的应用Word格式文档下载.docx
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桥梁施工技术复杂，风险大，既需要考虑利用BIM技术模拟施工过程和施工现场，以降低施工风险和成本，也应对某些特定结构的施工进行监测，及时发现施工中的问题，并利用BIM模型进行分析，比较与设计模型的误差，及时调整构件的制造尺寸、施工位移等。
二、Bentley面向桥梁施工领域的解决方案
2.1方案构架
Bentley面向桥梁施工的大致实施流程如下：
1.利用各类建模工具/设计软件重建桥梁的三维信息模型；
2.将各专业建立的三维模型组装成i-model格式的总体模型，进行碰撞检查，解决设计错误；
3.利用ProjectWise管理施工项目的所有相关文档和模型，制作和管理施工包；
4.利用建模工具，建立施工现场方案；
5.制订施工计划，利用MicroStation等软件对三维模型按施工阶段进行分割；
6.将分割后的模型与相关的施工信息进行关联，形成虚拟施工模型；
7.基于施工模型进行施工模拟、施工分析、施工管理等。
以下是Bentley面向桥梁施工领域解决方案的总体构架图：
2.2主要产品
Bentley面向桥梁工程的主要相关产品及功能如下：
软件名称
功能简介
MicroStation（二维绘图及三维信息建模平台，PowerCivil/AECOsim等内嵌MicroStation）
世界一流的二维/三维图形环境：
•集二维制图、三维建模和工程可视化（渲染、动画）于一体
•完全支持DWG/DGN
•方便地进行协同设计、标准设定、变更追踪、权限管理
•优秀的数据兼容性，支持输出到主流有限元分析、结构计算软件
PowerCivil（道路桥隧三维设计软件）
支持路线、场地、勘测、给排水、桥梁、隧道等的三维设计软件。
•数字地面模型及场地设计
•智能化、参数化的的三维路线、平交口、立交设计和布局工具
•详细的纵断面创造,标记和报告
•运用灵活的决策表来建造先进的道路模型并且即时创造横断面图
•快速的桥梁、隧道建模
•基于设计单元及模板快速实现方案设计与变更
•完整信息模型能共用于其他AEC平台
•支持LandXML对于地表和线形数据的导入导出
RMBridge（桥梁结构分析软件）
一款专门针对桥梁领域的功能全面的结构设计和分析软件，可以完成各种类型桥梁的分析与设计。
适用于任何分析方式
∙施工阶段模拟。
∙线性动力学
∙成桥阶段非线性模拟
∙施工阶段非线性模拟
∙材料非线性
∙非线性动力
任何非线性问题
∙P-delta效应
∙垂度效应
∙大变形
∙非线性时程
∙开裂混凝土
BridgeMaster/BridgeMasterBoxGirder（桥梁设计及出图软件）
一款国内领先的桥梁方案设计及出图软件，重点解决公路、铁路、市政常规大、中、小桥梁的设计和出图。
∙桥型方案设计
∙一般构造与桥位布置
∙下部钢筋详图
∙上部布梁设计
∙桩位坐标等几何计算
∙支持变宽、变高、分叉箱梁设计
∙工程数量统计
∙输出桥梁模型到PowerCivil自动生成三维桥梁构造和钢束模型
ProConcrete（钢筋混凝土二三维详细设计与出图软件）
一款专业的钢筋混凝土详细设计和钢筋表生成的二维/三维软件，为钢筋混凝土结构配筋设计提供了一种完全交互式、参数化的设计和数量统计工具。
∙参数化对象配筋
∙自定义截面类型和丰富的显示模式
∙灵活的钢筋编辑和修改工具
∙专业的钢筋混凝土对象碰撞检查
∙自动生成2D施工图和钢筋料单
GEOPAKCivilEngineeringSuite
（土木工程软件包）
完善的土木工程软件包，包括：
•测绘模块-GEOPAKSurvey
•场地布置模块–GEOPAKSite
•道路模块–GEOPAKRoad
•桥梁模块–GEOPAKBridge
•排水模块–GEOPAKDrainage
•混凝土配筋模块–GEOPAKRebar
AECOsim（建筑设计软件套件）
BentleyArchitecture
（建筑模块）
应用于建筑设计的各个阶段--概念设计、方案设计、施工图设计。
•可以自由地选择二/三维工作流程进行设计；
•提供了智能的墙体、屋面、门窗、洁具等参数化模型
•三维模型可以自动生成平、立、剖面图；
•自动进行工程量统计。
•附带中国标准库
BentleyStructural
（结构模块）
创建和管理所有的混凝土、钢结构等结构构件：
•提供了智能的梁、板、柱、斜撑、屋架等参数化工具
•可以进行荷载布置并导出到结构分析软件如Staad/pro、Midas、Sap等；
•可以自动生成平、立、剖面图并进行工程量统计
•附带中国标准断面库。
BentleyBuildingElectricalSystems
（电气）
为电气专业提供解决方案，包括强电，弱电、照明、防火保护、通讯和FAS、BAS专业系统。
•方便进行设备布置和布线
•生成系统图；
•自动生成材料统计；
•设计火灾报警系统；
•自动生成火灾报警系统原理图
BentleyBuildingMechanicalSystem
（空调）
用与设计供热、通风和空调管道系统和设备。
•智能参数化设计系统
•系统提供了矩形、圆形、椭圆形风道和各种连接件，可以实现管道与设备的自动连接和匹配；
•自动材料数量统计；
•软件包括TraneDuctulator®
（美国特灵）风道计算
ProjectWise（工程项目信息管理及协同工作平台）
BentleyNavigator
三维协同设计浏览、分析、模拟工具，可进行三维模型的交互式浏览、跨专业综合碰撞检查、进度模拟和安全检查模块。
•交互式浏览三维模型，实时查询对象属性；
•碰撞检查；
•施工进度模拟，连结P3及Project。
BentleyProjectWiseApplicationServer
协同管理环境，实现跨专业、跨地域的信息与数据的共享保障正确的人在正确的时间获得正确版本的信息。
BentleyProjectWise系列产品的核心模块.它和后端的数据库进行连接，负责处理所有用户的功能请求。
一般情况下，企业只需要一台ProjectWise集成服务器；
对于大型跨国公司，不同的地域进行项目协作时，会需要多台集成服务器来满足业务需求。
ProjectWisePassport
ProjectWise系统管理员端、Windows客户端、Web客户端访问ProjectWise数据时，首先需要取得ProjectWise客户端访问许可权限，即ProjectWisePassport。
ProjectWisePassport是基于用户的，即每个使用用户都需要一个Passport使用许可。
STAAD/CHINA标准版
STAAD.Pro（含美国标准规范）和SSDD（含中国规范）空间结构线性分析、P-Delta分析、时程分析、反应谱分析等
STAAD/CHINA专业版
STAAD.Pro（含美国标准规范）和SSDD（含中国规范）增加非线性分析、稳态分析、屈曲分析、缺陷分析、静力弹塑性分析、独立基础、条基、桩帽、OpenSTAAD开发接口
ProSteel专业版
三维轴网建模、智能节点连接类型（端板节点，底板节点，拼接节点，剪力接合节点，檩条节点，支撑节点，梁柱连接节点，加腋节点）、智能子结构和附属结构（楼梯，扶手，爬梯，钢架，桁架，檩条布置，屋面墙面板布置）、模拟碰撞检测v自动编组并对组件、零件自动编号和归并、自动生成模型三维、二维视图和组件及零件的详图、自动生成图纸材料表、自动生成文本材料表
三、本项目BIM应用核心问题的解决方法
中铁七局承接了南昌市港口大道桥梁工程的施工项目，按业主要求，本项目施工中拟采用BIM技术，通过BIM技术对设计方案进行碰撞检查，对施工组织和计划进行模拟。
本项目的主体是一座30米跨径的三连跨连续箱梁直线桥，下部结构为四桩承台接实心矩形墩，如下图：
3.1桥梁BIM模型的重建
由于设计阶段没有采用BIM技术，设计方不能提供该桥的三维模型。
该桥的结构形式较为复杂，为保证在整个施工过程中采用BIM技术，需要建立完整的BIM模型，因此，本桥将使用多种工具软件来建立桥梁的三维模型。
1）使用PowerCivil作为模型的总装平台
PowerCivil是Bentley土木行业的BIM平台，利用PowerCivil可建立地面数字模型、路线三维模型等，在PowerCivil中确定各墩台位置等，其他工具软件建立的子模型将按路线位置、墩台位置组装在一起，最终形成完整的有桩号高程信息的桥梁三维模型。
PowerCivil建模示例
PowerCivil虽可直接生成桥梁的上部构造，但由于其主要依靠截面沿路线拉伸方式来生成，这种方式生成的模型是不准确的，主要用于方案设计阶段。
在施工阶段使用PowerCivil主要目的是用来确定桥梁的位置，将桥梁模型精确放到所在的路线上，这样可以通过桩号等信息确定各特征点的位置高程。
2）使用MicroStation建立桥墩等构件模型
MicroStation是一个通用的信息建模工具，利用MicroStation可以创建该桥下部结构和其他构件的模型，如栏杆、桥墩等。
3）使用BridgeMaster建立连续箱梁及钢束模型
利用BridgeMaster可以很快地在二维上完成连续箱梁及其钢筋钢束的详细设计，并可直接将设计模型输出到PowerCivil中自动生成桥梁构造和钢束模型，如下图：
在BridgeMaster中可以快速精确地建立（变宽）箱梁的几何模型，虽然BridgeMaster是二维软件，但其建立的模型是具备完整三维信息的。
目前，BridgeMaster与PowerCivil的接口还在继续完善中，显然，将BridgeMaster建立的箱梁模型输出到PowerCivil中自动生成三维模型是一种最快捷、最准确的方式。
要在三维软件中去定义钢束是十分复杂繁重的工作，BridgeMaster提供了方便快捷的布束工具，本项目可通过BridgeMaster直接将钢束输出到PowerCivil中形成三维钢束模型。
4）使用Proconcrete建立三维普通钢筋模型
Proconcrete是一个参数化的三维配筋软件，可实现任意混凝土结构的三维配筋模型的建立，并可做碰撞检查。
5）利用STAAD/Prosteel可进行钢结构的设计
STAAD/Prosteel可以完成钢结构的三维建模、计算分析和详图。
由于Bentley的这些建模工具全部生成的是DGN模型文件，所以模型组装和数据互用不存在问题。
3.2施工现场的模拟
1）使用GEOPAK进行场地规划设计
正式施工进场前，应根据项目的总体范围、交通条件、水电架设、对周围环境影响等因素确定不同的工作区，如项目部位置、进场材料储存位置、钢筋加工场位置、职工宿舍、施工临时便道的设计、预制梁厂（如需现场预制）等进行总体的布置，要保证布置合理，方便施工、运输方便等条件。
利用GEOPAK可进行场地的规划和设计，GEOPAK由多个模块组成，本项目主要使用GEOPAKSite来进行施工场地的规划设计。
GEOPAKSite是一套集成了数字地面模型的交互式的三维场地设计工具。
其特有的动态编辑能力，使用户能够很容易的改变构筑物的标高和边坡、轻松的处理填挖平衡的问题。
可用于场地布置、数字地面模型、道路设计、雨水排水设计、给排水系统布置以及岩土工程技术评估等。
●可利用勘测数据、ASCII文件、MicroStation2D/3D图形和数字标高图作为数据源生成数字地面模型（DTM）；
●可利用高级的建模功能进行各类场地设计；
●允许用户控制场地模型中各个对象之间的结合性，包括对象的优先级和对象间的相互关系。
在设计时能够很方便的对场地对象进行组合；
●除场地布置外，还为城区、生活小区以及简单道路的设计提供了灵活的建模工具；
●可根据修改结果，动态刷新整个模型；
●准确的道路模型适合进行施工放样。
2）使用AECOsim建立施工现场及支架模型
利用AECOsim/MicroStation等软件，可以建立施工现场的建筑、厂房、设备等模型，模拟工地的现场情况，规划施工设备的出入场地方案。
还可对大型机械运行的空间进行分析，以便确定机械设备的安全运行空间，避免施工设备的相互干扰。
3.3项目资料的管理及施工工作包
本项目涉及的文件、图纸、模型、说明书、合同、变更单、施工进度计划等繁多，通过ProjectWise可以保证所有资料分类管理、高效传递、权限受控、版本一致、历史记录有据可查。
各类资料还可以方便地发布到Web端或移动设备端，便于业主等相关人员的查看。
在施工现场也可方便地通过移动设备查看、查找相关资料。
利用ProjectWise还可以建立施工工作包，施工工作包包含当前的施工任务信息、施工所需要的模型信息、图纸文件信息等。
在施工现场施工人员可直接利用移动设备打开施工工作包，查看施工任务及对应的模型和图纸文件等，并可将施工信息添加到施工包中，再上传到ProjectWise服务器上。
3.4参与方的协同工作管理
施工项目涉及到业主、设计方、监理、供应商、分包商等众多单位，如何让项目信息在各方准确及时地传递，如何让各方按照规定的步骤、模式去协同工作，避免合作上的问题，提高合作效率，这是项目实施过程中必须考虑的问题。
以前的交流合作主要基于图纸和相关文件，而且是相互之间多对多的交流配合方式，采用BIM技术后，各方可以基于整个项目的BIM模型来进行沟通和合作。
ProjectWise为参与方提供了一个协同平台，其管理的内容核心就是项目的BIM模型，所有参与方可通过ProjectWise共享项目的BIM模型，并以此为中心进行沟通，从而保证了信息的一致性、及时性、准确性，实现工作的协同，提升了工作效率。
3.5碰撞检查
利用Navigator可以浏览整个三维模型，并可对各子模型之间进行碰撞检查，也可对内部的钢筋、钢束之间进行碰撞检查。
在施工前通过碰撞检查，可提前发现设计存在的问题。
BentleyNavigator可以方便地把各专业的模型如桥梁构造模型、钢筋钢束模型、施工场地模型等组装在一起，还可以将其它软件公司的产品通过i-model格式导入其设计模型。
3.6施工进度模拟和分析
将构建的三维模型与预定的施工计划进度进行挂接，在Navigator中就可以进行4D施工模拟，借此就可以验证施工进度计划的可行性、分析施工计划进度存在哪些问题和矛盾，如果再与材料成本进行连接，就可以比较不同施工方案的费用，从而降低整个施工成本。
3.7工程算量和成本管理
项目成本的控制已成为工程建设企业迫切需要解决的问题，传统的技术手段主要依靠手工，根据图纸及相关报表来大致估算，由于图纸数量巨大，相互之间没有详细的关联信息，要精确计算是不可能的。
基于BIM技术建立整个设计模型后，通过模型的组成构件及其详细的工程属性，就可以精确地计算出设计模型的工程数量，结合定额软件，也可计算出施工阶段的材料实际消耗量。
通过精确算量，就可以精确采购，限额领料，从而降低采购成本，避免不必要的余量库存。
利用MicroStation和PowerCivil可以精确地计算出构件的材料数量、土石方量等。
3.8施工控制和施工监测
在施工过程中可考虑使用RMBridge来进行施工控制。
RMBridge是世界顶尖的桥梁结构计算分析软件，广泛为世界各国的桥梁设计、咨询、施工及检测加固单位所使用，其中使用RM进行设计施工比较著名的悬索桥有：
瑞士的HogaKusten桥（主跨1200m）;
挪威的Hardanger桥（主跨为1310m）；
意大利的默西拿跨海大桥（主跨3300m）中国的四渡河特大桥（主跨为900m）。
结构线形控制、应力控制和稳定性控制是大型桥梁尤其是悬索桥施工控制和检测的重点。
RMBridge具有施工控制模块、风力计算模块和高效的几何线形非线性计算引擎，能够充分满足大型桥梁的施工控制和监测任务。
在RMBridge的施工控制模块，能够准确计算装配顺序、设计荷载影响下结构的位移和变形，主要功能特点有：
a）当前阶段的结构内力和位移是以上一阶段变形后为计算起点，并能对实际变形的结构进行大位移几何非线性迭代分析，从而能够准确的连续监控和计算跟踪整个施工装配过程；
b）可以将结构的制造形状（无应力形状）作为荷载加入结构非线性几何迭代运算中，以正确考虑结构形状和制造误差对结构施工线性的影响；
c）对施工装配中不同阶段直接的面面对接和线面对接进行精准模拟，可以考虑装配阶段首尾节点与单元本身位移（平移+旋转）之间的差值，并能修正单元之间的扭转。
RMBridge风力计算模块功能较为丰富，我们可以看作是数值风洞（如右图所示）。
能够计算截面、主梁的抗风稳定性，这一点在施工过程中尤其连续刚构最大旋臂施工阶段显得尤为重要，在沿河、沿海施工时结构的抗风稳定性不容忽视。
3.9竣工图纸及数字化移交
利用BridgeMaster可完成最终的竣工图纸。
由于整个施工阶段的信息、文档资料全部使用ProjectWise来管理，当施工结束后，可通过ProjectWise将整个项目资料全部移交给业主单位。
移交的资料不仅包含竣工图纸，还包含完整的竣工模型、施工信息、材料信息、供应商信息等等，可真正实现数字化的移交。
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