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大型樞紐互通立交橋BIM項目


  

一、某大型樞紐互通立交項目基本概況:

某大型樞紐互通立交項目施工圖設計路線里程K1+554.008~K10+773.582,其中包括一座大型樞紐互通橋,一座全長6133m的特大橋(K4+640.00K10+773.582)。

表一:項目基本概況

序號

指標名稱

技術標準規定值

本項目采用值

1

道路等級

雙向四車道高速公路

2

設計車速

100 km/h

100 km/h

3

路基寬度

整體式路基26.0m,分離式路基13.0m

4

停車視距

160m

5

平曲線一般最小半徑

700m

1500m

6

不設超高平曲線最小半徑

4000m

4000m

7

最大縱坡

4%

2.7%

8

最小豎曲線

半徑(一般值)

凸型

10000m

12000m

凹型

4500m

8000m

9

荷載標準

公路-Ⅰ級

10

設計洪水頻率

特大橋 1/300、其他橋梁和路基1/100

 

表二:主線橋類型(不含互通)

項目

總長度(m)

占線路總長

T梁

8163

88.55%

鋼箱梁

140

1.52%

總計

8303

90.07%

 

     表三:項目統計

項目

墩柱

樁基

尺寸(m)

R=1.3

R=1.5

R=1.8

R=2

2.3×1.4

R=1.2

R=1.5

R=1.8

R=2

R=2.2

數量(根)

32

37

123

660

4

80

36

25

129

721

總計(根)

856

991

二、傳統軟件BIM建模的挑戰

1、多專業實時協作:在項目實施過程中,涉及到道路、結構、管道、橋梁等不同專業的設計人員,如何實現實時的協作、溝通是提升項目質量與團體效率的關鍵。

2、工程量大:項目里程9公里,橋梁占路線總長的90%,近900根墩柱、1000根樁基,且其中大部分是構造基本相同的結構,傳統軟件只能重復建模,工程量浩大,時間成本高昂。

               

圖一:墩柱模型

3、復雜曲線、曲面建模:傳統設計軟件對鋼箱梁、懸索橋等這種復雜曲線、面、體的準確建模比較困難。

         

圖二:鋼箱梁U型加勁肋

三、達索建模方案

1、實時協同設計:項目經理對項目進行合理的分工劃分,每位工程師只需完成各自所負責的部分;道路、橋梁、管道、橋面系分開同時建模,且分工導致更加熟練及精確高效的工作,提升建模效率。

               

圖三:不同專業工程師實時協同設計

2、本項目中,橋梁里程占總線路90%,有大量的T梁、近900根墩柱、1000根樁基,且其中大部分是構造基本相同的結構,可通過參數調整T梁橫坡、布梁偏移值,墩柱、樁基的直徑、里程、長度等,并根據骨架線的定位實現T梁、墩柱、樁基的快速實例化設計,非常智能和高效。

3、參數化建模:CATIA建模過程中通過特征參數發布,可以很方便地捕獲歷史設計和模板化。橋梁設計的本質其實是構造參數的確定,建立參數驅動的參數化模型有多種好處:(1)模型調整變得快捷——通過參數調整模型,提高設計效率;(2)模型可重復利用——橋梁設計不再是大量重復,而是可積累可繼承的過程。這也體現CATIA的核心競爭力——參數化建模。

               

圖四:T梁參數化設計

             

圖五:橋梁下部結構參數化設計

4、自定義模板:屬于參數化建模的高級運用。一般以參數和骨架作為輸入,定義構件跟輸入之間的幾何邏輯關系,實現批量實例化的目的,從而極大的提高建模效率。參數控制能力,可通過參數調整T梁橫坡、布梁偏移值等;路線適應能力,可使用路線的平彎、跨徑、變寬要求;可區分連續端與簡支端生成不同的齒塊、現澆段、伸縮縫結構。

              

圖六:T梁模板實例化

               

圖七:下部結構模板實例化

 

5、曲面設計:鋼箱梁U型加勁肋是復雜空間曲面,在傳統二維設計中是難以表達清楚,采用CATIA進行三維設計可以定義多截面曲面,通過脊線掃略得到曲面,再對曲面進行加厚,得到三維的U型加勁肋。

        

             圖八:多截面曲面                    圖九:三維U型加勁肋

             

圖十:鋼箱梁模型

6、骨架驅動模型:骨架可以理解為點、線、面的參數,而這些骨架參數又是以一般參數驅動的,因此能夠實現工程模型的全參化調整。在該功能支持下,可以實現更高效率的橋梁設計。骨架還可在設計初期道路中心線確定之前,先指定一條曲線作為道路中心線骨架,等道路中心線確定之后再進行替換。

              

圖十一:主線二號橋

7、有限元分析,將CATIA中的三維模型導入有限元分析軟件,對BIM模型進行二次利用,省去了在有限元軟件中前處理建模的時間,大大提高了分析效率,同時也保證分析模型與三維模型的一致性。

四、成果展示

              

圖十二:主線道路工程

              

圖十三:互通立交三維模型

              

圖十四:主線五號橋三維模型

              

圖十五:斜交橋三維模型

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