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    南昌朝陽大橋BIM技術的綜合應用
    2022-02-10 來源:山西BIM大講堂 

      南昌朝陽大橋是一座造型新穎、結構復雜的城市橋梁。朝陽大橋的橋塔造型是書法“合”字的變形,體現出崇尚海納百川,包容萬象的大同理念,將古樸的小篆“合”字線條加以柔化,整體造型曲線柔和,生動流暢而不乏力量,中空的設計使得光線與空間很好地融合。主橋主塔造型“合”,紀念革命的勝利,也像大小船只縱橫在贛江江面,揚帆遠航。

      為提高建設質量,參建單位將BIM技術應用于項目的各階段,實現了設計、施工、運維等單位的有機結合,提高了項目運作效率,達到了預期目標。大橋的色彩很美,尤其是主橋,簡潔的橋塔、乳白色的塔身,與紅角洲、朝陽新城等遙相呼應、相得益彰。

      

      

      項目概況

      南昌市朝陽大橋工程是南昌市“十縱十橫”干線路網規劃中南環快速路跨越贛江的重要節點工程。工程總投資27億元,全長3.6km,位于南昌大橋與生米大橋之間,西接前湖大道,東連九洲大道。大橋采用投資、設計、施工一體化的建設模式,這在南昌市尚屬首次。大橋于2012年11月開工,2015年5月18日通車運營。

      大橋結合了“多塔連跨斜拉橋”和“波形鋼腹板組合梁橋”的特點,是目前國內第一座真正意義上的波形鋼腹板PC組合梁斜拉橋,世界第一例單箱五室六腹板鋼結構整體吊裝施工橋梁,也是目前世界上第一座可雙層通行的波形鋼腹板PC組合梁斜拉橋。

      工程特點如下:

      1.跨江主橋通航孔橋采用六塔斜拉橋布置

      通航孔橋跨徑布置(79m+5×150m+79m),總體結構形式為梁墩分離、塔梁結合的六塔單索面斜拉橋,主梁為單箱五室波形鋼腹板PC組合梁,主梁頂寬37m,底寬44m,采用掛藍平衡懸臂法施工。

      2.波形鋼腹板PC組合梁的廣泛應用

      朝陽大橋工程跨江區段橋梁主梁均釆用波形鋼腹板PC組合梁,應用面積居國內同類橋梁前列;通航孔橋單箱五室波形鋼腹板PC組合梁結構新穎,各項技術指標居國內同類型橋梁前列;非通航孔橋Pm21~Pm25為國內第一座采用變寬設計的波形鋼腹板PC組合結構橋梁。

      3.充分考慮人性化需求采用獨立人非系統設計

      朝陽大橋采用獨立的人非通行系統設計,提供盡可能舒適便捷的通行條件??傮w上人非通道布置在主線機動車道下部,采用雙層布置,實現了人非系統與機動車道的物理隔離,寬敞通透

      4.充分考慮城市橋梁景觀需求,全方位注重橋梁景觀設計

      朝陽大橋工程位于南昌市中心城區,是典型城市橋梁工程,在設計過程中,充分注重了城市橋梁的景觀需求,力圖達到橋梁功能、安全、經濟和美學的協調與和諧。

      BIM應用實踐探索

      本項目的BIM應用點如下:

      設計方面:方案比選、構造設計、碰撞檢驗、設計成品出圖、結構輔助計算;

      施工方面:大橋施工過程模擬、臨時結構輔助計算;

      運維方面:三維瀏覽、服務中心平臺系統、設施設備管理系統、安全管理系統、工程資料管理系統、操作說明系統。

      1.設計方面

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      利用 Autodesk Revit體量建模方法快速構建工可階段十二種總體設計方案的概念模型,結合地形、通航、技術難度及工程造價等方面得出最佳設計方案。

      

      方案比選

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      波形鋼腹板設計:以波形鋼腹板構件的關鍵構造(翼板、開孔鋼板、波形鋼腹板、連接件)長度作為參數,基于底層零件級的族類型文件建立了文件庫,通過合理的數據調用構建了翼緣型波形鋼腹板構件的參數驅動模型,實現了標準化信息模型設計。

      波形鋼腹板參數化設計:翼板寬,上開孔鋼板高、厚,波形鋼腹板波長、板厚,下鏈接件高、厚,U型鋼筋長、直徑等。

      

      鋼橫梁設計:以鋼橫梁構件的關鍵構造(鋼橫梁腹板、水平加勁肋、垂直加勁肋)長度作為參數,利用焊釘連接件的族類型文件,建立了鋼橫梁構件的參數驅動模型,實現了標準化信息模型設計。

      

      鋼橫梁參數化設計

      鋼錨箱設計:通過“基于面”的族類型文件,建立了錨管、抗剪板及其加勁肋等零件的參數驅動模型。利用基于面的族類型文件的嵌套調用方法,實現了鋼錨箱各關鍵零件的組裝。以錨管中心線與橋梁設計道路中心線的豎曲線在鉛垂面上的夾角,實現了錨箱空間姿態定位,還以該夾角作為參數,保證了錨箱系統的構件級族文件在大橋總體模型中的通用性。

      

      斜拉索分絲管鞍座設計:通過輪廓族文件基于單根分絲管中心線拉伸建立了單根分絲管模型,再建立分絲管群組(如圖)。以基于面的族文件建立錨板及其加勁肋的模型,將其貼合于分絲管鞍座群組的端面形成了分絲管鞍座成品構件。最后,加載該成品構件的族文件至總體模型中,根據設計位置進行定位安裝。

      構件集成及拼裝:

     ?、叟鲎矙z驗

      建立結構總體項目文件,加載大橋所有構件的族文件,以橋梁設計空間信息為基準對各構件定位,進行虛擬拼裝。對拼裝完成后的總體項目模型進行外觀檢查,并采用Autodesk Revit軟件自帶的碰撞檢查功能檢驗各構造是否存在沖突。根據橋梁指導性施工方案在 Autodesk Revit軟件中擬定構件生成次序(如圖),檢驗各構件的生成過程是否存在構造沖突。

      

      主梁懸臂施工次序示意

     ?、茉O計成品出圖

      在族中完成構件立面及剖面出圖設置,隨族文件的加載而進入總體模型中,便于及時查看。若總體模型有調整并涉及到族文件,可實時更新成品圖紙。

      

      鋼橫梁出圖

     ?、萁Y構輔助計算

      結構輔助計算:在 Autodesk Reⅵt中建立復雜構件的幾何模型,導出為高級幾何信息模型,通過網格劃分工具軟件再將幾何信息模型轉換為有限元網格,為結構力學計算提供了便利。大橋主墩下塔柱及上塔柱均釆用了此方法輔助結構空間效應計算。

      

      主墩下塔柱幾何模型轉換示意

      

      主墩上塔柱幾何模型轉換示意

      2.施工應用

     ?、俅髽蚴┕み^程模擬

      基于Autodesk Revit建立的BIM模型,在Autodesk NavisWorks中設置了安裝工序及路徑,模擬了臨時棧橋架設)、通航孔橋主墩零號節段支架安裝、通航孔橋主梁平衡懸臂掛籃施工、人非通道橋節段吊裝施工。

      

      人非通道橋鋼桁架吊裝模擬

     ?、谂R時結構輔助計算

      基于 Autodesk Revit建立的棧橋、支架及掛藍的幾何模型,導出為高級幾何信息模型,在有限元計算軟件中分析臨時支架的受力安全性(如圖),為結構力學計算提供了便利。

      

      棧橋計算

      

      主梁掛籃計算

      3.運維應用

      BIM應用于運維管理的價值:為運維階段提供可視化解決方案,令運維工作更便捷、更具適用性。

     ?、偃S可視化

      南昌朝陽大橋以智慧城市建設的理念為指導,運用三維地理信息系統(GIS)和建筑信息模型(BIM)技術,基于定制開發的軟件平臺,構建了一套三維可視化、精細化和一體化的運維管理系統。該系統集成了GIS技術與BIM技術,實現了無縫和信息無損集成,達到了三維地形與三維構筑物的一體化,可實現全橋虛擬漫游。

     ?、诜罩行钠脚_

      構建了大橋服務中心平臺,其管理內容包含維修服務請求、任務分配、工作進度查看、工單編制、滿意度調查、工作計劃排布、工作量統計分析。

     ?、墼O施設備管理系統

      構建了設施設備管理系統,其功能包含:養護維修任務制定、定期養護計劃制定、分時段成本統計。

     ?、馨踩芾硐到y

      構建了實時監測系統,其監測內容包含:交通流量、應力應變、風速、溫濕度,還可進行定期監測(索力、沉降),推薦針對突發事件的應急預案。

     ?、莨こ藤Y料管理系統

      構建了工程資料管理系統,可載入各工程階段及各參建單位的資料,例如:工程準備階段文件、監理文件、施工文件、竣工圖文件等。

     ?、奁脚_管理使用操作說明系統

      提供了平臺管理使用操作說明系統,為平臺的運用提供了可快速查閱的操作手冊。

      BIM應用總結

      1)建立了大型復雜結構橋梁建模方法,為今后橋梁BIM應用提供了參考。

      2)將BIM技術運用至前期方案設計階段,提高了設計效率。

      3)利用BIM技術進行復雜結構設計,克服了傳統二維設計軟件難以考慮的三維碰撞問題。

      4)依托工程開展BIM應用可提升設計水平及成品質量。

      5)輔助解決大型工程現場施工組織技術難題。

      6)輔助大型復雜橋梁運維管理。

      7)通過項目中的BIM應用,實現了設計、施工及運維三方面的協同。



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