BIM技术在宁淮铁路桥梁设计中的应用

由于历史上的种种原因，自从清末以来，江苏苦缺少铁路久矣。近年江苏的铁路建设明显加快，一系列新建铁路便利了人员货物的运输。宁淮铁路就是这样一条新建铁路。

 宁淮铁路简介

宁淮铁路是设计速度350km/h的客运专线，自北向南由江苏省淮安市至南京市。其中，淮安段共设梁式桥梁5座；单线桥梁2座，桥长9. 725 km；双线桥梁3座，桥梁长度66. 055 km，桥梁占全线长度比例为93. 6%。

通过对铁路桥梁设计阶段BIM应用的思路方法、技术框架和系统流程进行研究，根据我国铁路桥梁设计特点和实际需求，自主研发基于Bentley OpenRail Designer平台的铁路普通桥梁BIM设计系列软件，并应用于宁淮铁路桥梁设计中，快速建立桥梁BIM 模型，开展三维正向设计。

 BIM正向设计

BIM正向设计技术路线

结合铁路普通桥梁BIM技术应用的实践经验总结,提出基于Bentley平台的铁路普通桥梁BIM正向设计思路。首先采用参数化建模的方式建立普通桥梁构件库,初始化桥位,生成全桥BIM模型,利用BIM可视化的特点检查BIM设计模型的合理性,导入地质资料进行桥梁设计,将计算结果更新二维图纸和三维模型,最后进行工程数量统计和BIM标准的应用。

铁路普通桥梁BIM设计路线

软件编制

为把BIM技术真正落实到实际的工程设计项目中,解决生产实践过程中大量普通桥梁的设计需求,基于上述正向设计技术路线、设计流程,基于Bentley OpenRail Designer软件研发了铁路普通桥梁BIM设计软件 。软件的主要功能包括:数据准备、参数设置、桥梁构件库管理、桥梁设计、二维出图、桥梁结构计算、工程数量统计等7大功能。

宁淮铁路BIM应用

桥梁BIM应用的目标及成果

宁淮铁路全线桥梁占比高且单座桥梁里程较长,最长桥梁达30 km,孔跨数量多达上千孔。如何解决长大桥梁BIM三维模型生成效率慢、桥梁BIM上千跨桥梁基础的快速计算成为一大难题,且铁路桥梁普通构件库的构件数量也相对较大。

结合宁淮铁路桥梁工程的特点,应用BIM 技术拟达到以下目标。

(1)建立速度350 km/ h 高速铁路非参数化构件库,如:支座、简支梁图等。

(2)建立速度350 km/ h 高速铁路参数化构件库,如:梁体、桩基、桥墩等。

(3)铁路普通桥梁BIM 设计软件应用于宁淮铁路桥梁BIM设计,并由软件生成BIM 实体模型。

(4)将三维实体模型、三维地形模型、摄影航片通过ORD软件以原坐标的方式重叠,形成三维BIM实景图,并打印为PDF图形。

(5)使用Prostructures、OBM等BIM软件建立预应力混凝土连续梁桥BIM模型,优化连续梁钢束、钢筋和其他预埋件设计。

(6)利用建立的BIM构件库及桥梁模型,检查桥梁构件之间和桥梁与其他专业构件的碰撞。

宁淮铁路BIM构件库的建立

根据宁淮城际高铁的特点,建立(通桥(2016)2322A)《预制无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁》、(通桥(2017)2368A)《无砟轨道预应力混凝土连续梁(悬臂浇筑施工)》、(通桥(2018) 4321) 《时速350公里高速铁路双线空心桥台》、( 通桥(2018)4301)《时速350 km客运专线铁路圆端形实体桥墩》、承台及桩基础等构件库,便于提高设计质量,提高设计效率。

圆端形实体桥墩BIM构件库

宁淮铁路设计阶段成果

普通桥梁三维信息模型设计

利用桥梁BIM正向设计软件,引用线路和地模、BIM模型,开展普通桥梁的三维正向设计,快速建立普通桥梁的BIM模型,在BIM模型中可以快速查看墩台布置的合理性,检查基础的设计是否合理,进行可视化修改;再利用BIM模型中的数据,生成桥址平面图和桥梁总布置图,提取BIM模型中的主要工程数量,并生成工程数量表;最终完成宁淮普通桥梁施工图BIM设计工作。

桥梁三维信息模型实体

普通桥梁系统模型设计

将桥梁三维信息模型、地形三维模型和高清晰卫星图片在Bently软件中建立内在关联关系,形成可展示、可检查桥梁与周边建筑物及地形的关系,拼接在一起形成系统模型,该模型可以用于施工管理、建设管理,可用于展示、汇报、做效果图、做视频等。

正向设计模拟实景效果

桥梁碰撞检查

利用施工图设计BIM模型检查专业之间或桥梁专业内部的布置是否碰撞、是否满足特定间距要求,开展碰撞分析应用,检查设计过程中一些不合理的地方,辅助优化设计。

桥梁碰撞检查

施工模拟

针对特殊类型的桥梁,通过模拟其施工过程,优化施工技术方案,提高设计质量。施工模拟的内容包括:施工工序流程优化、施工技术参数优化、施工现场平面布置优化、机械设备选择优化等。

连续梁钢筋优化

对于连续梁0号块,其特殊的结构形状和边界条件决定了它是复杂的三维应力状态。利用BIM技术的参数化、可视化等特点,建立连续梁模型,并导入结构分析软件,能够得到准确的三维实体单元的空间应力分布。

0号块预应力孔道BIM透视

在此基础上进行连续梁的钢束布置和配筋,并在三维空间中对其配筋位置进行调整,实现设计布置的优化。

结语

提出一种基于Bentley平台铁路普通桥梁BIM正向设计方法,通过该方法建立了桥梁构件库,研发了铁路普通桥梁BIM设计系列软件,并将该BIM正向设计技术应用于宁淮铁路,最终得到铁路桥梁三维实景BIM模型,达到了预期的目的和效果,为进一步实现 铁路桥梁智能BIM设计提供了思路。

开发的桥梁BIM设计软件,采用共享单元的形式生成桥梁BIM模型,其生成精度高、速度快,可以满足当前BIM设计的精度和速度要求,验证了该套方案的可行性和适用性,有助于推进铁路桥梁的BIM正向设计和应用。