工程中的BIM应用_BIM技术在2D至数字桥梁设计中的应用

BIM技术的应用越来越普遍，最初只应用于民用建筑，但现在BIM已经得到了广泛的应用。然而，目前桥梁设计中应用BIM的过程也面临这样的情况:对于设计院来说，BIM的应用增加了设计投资，延长了设计周期；对于施工企业和业主来说，设计院提交的BIM结果不能完全满足施工和后期运营维护的要求。即使在某些情况下，实施BIM所带来的挑战与其带来的好处一样多，这在一定程度上影响了工程师应用BIM技术的积极性。

首先，采用三维参数化的必要性

在大跨度桥梁中，钢桥具有绝对优势，但钢桥结构复杂，设计工作量大。传统上，钢桥的设计是由二维计算机辅助设计软件如AutoCAD绘制的。由于设计信息分散存储在大量视图和图纸中，容易产生“差异、误差、碰撞和泄漏”现象。同时，由二维点、线、弧、标签等图形元素描述的三维实体不能被计算机自动解释，这使得产品数据管理和协同设计的实施遇到很大障碍。

工程中的BIM应用

从计算机辅助设计技术的发展趋势来看，三维参数化技术是解决上述问题的有效途径。三维参数化是将几何和尺寸关系嵌入三维模型，从而反映工程师的设计意图。三维参数化设计具有以下优点:

1.结构设计是一个概念和验证的迭代过程。它可以三维可视化显示，使整个结构一目了然，大大提高了设计效率。

2.充分体现工程师的设计意图，避免误解。

3.处理空之间复杂的几何关系很方便。

4.零件和二维工程图的轻松管理对于大型结构设计尤其重要。三维模型对几何对象有完整的定义。它可以实时创建二维工程图，自动生成各种形式的各种视图和剖面，并自动生成物料清单。

5.三维模型完全与工程图、工程图的各个视图、模型和物料清单相关联，避免了简单低效的劳动。

6.在一定程度上可以实现并行设计，从而缩短设计周期。只要确定了结构形式，初步拟定的尺寸就可以用作进行设计的参数。一旦尺寸在后期发生变化，模型和相应的工程图纸只能通过改变参数来更新。

7.在概念设计和技术设计阶段建立的模型可以用于下一阶段，也可以报告用于演示。所建立的模型可以用有限元法进行分析，从而节约设计成本。

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二是基于三维参数化的二次开发

钢结构三维参数化设计平台发展迅速，可分为两大类:Catia、UG、Solidworks、Inventor等。，主要用于机械工业。它们可用于机械、模具、金属板、管道和小型全焊接结构的设计。大多数产品都附有机械行业的标准零件库。建筑行业使用的主要产品包括本特利公司的普罗斯特结构(ProStructure)、达索公司的3D体验、芬兰特克拉公司的特克拉结构(Tekla Structure)、英国阿塞卡公司的斯特鲁卡(StruCAD)等。它们主要用于高层建筑、体育馆和工厂的设计，通常提供丰富的剖面图和联合图书馆。

由于缺少专门用于钢桥三维设计的软件，只能借用其他常用软件或与其他专业结合完成。然而，桥梁设计与机械领域的设计相比有其自身的特点。这些特点使得直接使用现有软件进行钢桥设计不方便。工程师在使用它时面临着一个奇怪的环境，这个环境充满了诸如特征树、壳提取、拔模、放样、凸台等术语。不可能使用熟悉的桥梁术语来构思和设计，例如桁架、节点长度、杆、梁、节点板、拼接板、填充板和其他专有概念。因此，有必要在现有平台的基础上进行二次开发，形成一个包含钢桥设计专用参数化对象库的软件包。

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考虑到性价比、易用性、开发界面等因素，中铁建桥研究院自2009年起选择Solidworks作为开发“钢桥三维设计工具包”的支撑平台。迄今为止，该成果已成功应用于贵广铁路四号线斜拉桥、我国最大跨度的高速公路钢桁架系杆拱桥——珠海横琴二桥和在建深茂铁路潭江大桥。

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三、从三维模型到二维图纸

目前，国内桥梁设计要求交付二维图纸。从传统意义上来说，这幅二维工程图实际上是工程师们通过空之间的想象，将脑海中的三维模型投射并切割到二维平面上的产物。与实际的三维模型相比，相应的二维图大大降低了性能能力以及检查和校正功能。

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相反，由三维模型直接生成的图形具有更丰富的表达形式。三维布局图和预装配图可以准确显示每个细部结构的空位置。三维模型通过计算机程序自动对二维剖面图和详图进行投影和剖切，比人脑处理和转换的二维图更加高效和准确，也更便于其他人员复核。因此，不仅三维图纸在空之间的结构表达上具有绝对优势，而且二维图纸的自动生成可以保证切割示意图、大规模显示和工程量统计方面的准确性。

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三维模型与工程图纸关联的方式，不仅提高了绘图效率，而且真正将工程师的工作重心转移到了设计上，而不是传统的先绘图后建模的方法，可以有效保证BIM三维模型的准确性，提高设计院应用BIM的积极性。到目前为止，中铁建桥研究所的许多大型复杂钢结构桥梁都采用直接三维建模生成施工图。

四.迈向信息管理时代

三维参数化技术的积累为中铁建桥学院进入BIM时代提供了良好的基础。三维参数化建模是BIM系统的核心功能，也是其不同于传统CAD系统的主要特征。在桥梁的整个生命周期和各专业的水平数据交换过程中，三维参数模型起到了信息载体的作用。同时，Solidworks、Inventor等BIM工具软件生成的三维参数模型可以以IFC(工业基础类)和STEP(产品数据交换标准)等格式进入BIM平台软件，为协同设计奠定了良好的基础。

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在使用过程中还发现，虽然Solidworks软件使用方便，建模效率高，很好地支持二维绘图，但在管理大型模型(如全桥模型)时，其性能明显下降。因此，引入CATIAV6平台，与原Solidworks软件形成高低搭配的BIM环境。在这种环境下，Solidworks被用作BIM创作工具来对诸如钢桥节点、杆、锚箱等二次组件建模。CATIA V6平台负责全桥模型装配、其他专业数据集成、设计协作、轻量级发布模型生成等。

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事实上，在实施BIM的过程中，会有大量类似的细节。我相信，随着技术人员水平的提高、BIM软件的不断升级和BIM应用二次开发的深入，BIM技术将逐渐在桥梁设计中发挥巨大的推动作用。

V.摘要

目前，与BIM相关的标准正在形成和完善。相关人员培训、技术政策和软件研发不能完全满足BIM实施的要求。因此，桥梁设计中很难完全采用BIM技术。

实施BIM时，单一的软件肯定不能满足桥梁设计的要求。有必要整合不同厂商的软件，构建一个合适的BIM环境，通过定制开发等手段，从根本上解决不同软件之间的数据交换问题。由于桥梁设计的特殊性，现有BIM软件的定制和二次开发势在必行。开发特定的应用场景需要三维参数模板和软件应用编程接口的直接调用。

目前，施工图的交付仍然主要基于二维图纸。从三维模型生成二维施工图通常被称为影响BIM登陆的关键因素。在三维建模中考虑二维绘图的要求可以减少后期的工作量。

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资料来源:从头开始学习商务信息管理