采用Tekla软件进行桥梁结构设计的实践

“3D建模是桥梁设计及施工领域发展的方向。”在维思平（WSP）芬兰分公司信息技术开发经理Antti Karjalainen看来，在建筑和施工中使用3D建模，好比打字机在文字工作中逐步普及一样。

建筑信息模型（BIM）的打造过程中，包含多个较有实用性的新兴技术，包括激光扫描，以及多个可从此类先进3D模型中获益的方式。此类包含在模型中的建筑数据，对项目的多个参与方具有实践意义，包括承包商、施工方及其次承包商。此模型可用于输入或输出尺寸及尺度，若采用激光扫描，便可打造用于加速老桥翻新速度的原始模型。

Karjalainen表示：“芬兰的一些承包商似乎已经尝到了甜头，这说明他们已经领略到了结构建模的附加价值。”

“智能桥梁”项目于2001年至2003年实施，提倡以现代化方式进行桥梁设计。目的是为混凝土桥梁的3D设计打造全新方式，进一步将设计模型引入实地测量的源信息。

3D混凝土桥梁的全新设计理念由此问世，并通过了初步测试。以3D为导向的工作方式，被普遍认为能为桥梁设计及实地测量带来裨益。此外，3D设计还可为桥梁工程领域的其他方面带来不同的效果和优势，用于提高精度对比的计算机辅助设计工具，也已经研发完成。

目前，已有研究成果支持桥梁设计的3D可视化。芬兰奥卢大学建筑技术研究中心，自2005年以来开展的一项研究表明，3D可视化是桥梁设计的综合工具。最佳的可视化效果将为设计过程带来便利，并提升设计效率。将可视化过程、计算机辅助设计工具，和设计方法融入到可视化过程中十分必要。3D空间可减少设计误差，提高设计工作的劳动生产力。更重要的是，将模型直接运用至3D实地测量的可行性亦得到了证实。这消除了由人为因素和数据格式转换引起的错误传递。

自2005年以来，“5D桥梁联盟”（5D Bridge Consortium）作为讨论和开发论坛，被视为“智能桥梁”项目的延续，其目的是利用3D以上维度的信息，逐步渗透桥梁设计和施工的全过程。这方面的工具包括3D激光扫描、通用记录器、Tekla结构软件，以及其他可兼容的先进软件。在公路桥和铁路桥方面，约有10个试点项目可进行5D试验，用于证明5D优势的工作仍在继续。根据最新研究结果，3D建模在桥梁设计中正在普及，施工及建筑领域内的一些重要参与者也表现出了兴趣。

跨越杰纳布河的铁路桥

目前在建的世界最高的铁路桥位于印度，恶劣的地形和气候给施工带来了不小的挑战。这座跨越杰纳布河的铁路桥拥有令人印象深刻的钢结构。

维思平芬兰分公司是这座钢结构铁路桥的主要设计方，决定使用Tekla结构的3D建模属性来完成该施工项目。该设计方法为这个项目带来了效率和优化，其自动冲突检查功能可及时暴露冲突。“通过建模来设计钢结构，事半功倍。”维思平芬兰分公司桥梁部门负责人Pekka Pulkkinen表示。由于印度地形崎岖，路况较差，杰纳布桥项目在物流管理方面极具挑战性，但3D建模使金属板的运输效率大幅提升。此外，得益于温度校正(钢+ 20?C，混凝土0?C)等特殊功能，钢筋混凝土结构中的支撑、构件和砌块结构更易于开展。

Varikko仓库桥

在芬兰北部卡亚尼的Varikko仓库桥的改造案例中，桥梁一侧被拓宽，桥下的仓库建筑被一并拆除。这是一座由钢筋混凝土建造的桥，具有曲面几何结构和恒定等截面，跨度为15.3+14.8+14.8+11.0+8.3m，有效宽度约为15.4米。混凝土结构整体采用Tekla结构建模，包括桥梁基座以及部分将与新结构衔接的结构。在建模时，利用激光扫描将模型定位在地面坐标系中。对弯曲的混凝土顶进行建模本不是问题，但为了使钢筋钢丝群遵循弯曲的轮廓，还需进一步加固。维思平芬兰分公司表示，对桥梁基座、地面支撑和中间支撑进行建模，无论是对混凝土结构还是加固，都可谓简单快捷。“在施工的不同阶段，桥梁的几何形状被测量了好几次，结果与模型进行了比较。”Karjalainen说，“同时，我们用这个模型来测量几何图形的质量。因此，我们认为结合最新的测量方法进行建模是一种高效的工作方式。我们相信在不久的将来，这种工作方式会被越来越多的人使用。”

Madekoski铁路桥

芬兰奥卢的Madekoski铁路桥是一座宽7.2米的三跨混凝土板桥，其上部结构是由钢连接件支撑的复合钢管桩。该桥桥面建于铁轨的一侧，并在火车暂停通车和停止电压供应期间，通过液压千斤顶移动到现有位置，再放至通过铁路路堤运送至此的桩上。

在火车暂停通车和停止电压供应期间，通过路堤将端部和中间支座的钢管桩打入路堤，将其剪至高程线以下。Karjalainen表示：“在吊装或移动已建成的桥梁结构时，确保它与现有基座相匹配至关重要。为了确保成功装配，我们通常会将成品尺寸与精确的模型进行比较。”

克鲁塞尔大桥

位于芬兰赫尔辛基的克鲁塞尔大桥于2008年春季动工。对于这个项目，赫尔辛基市需要利用建模来获得正确的度量。Karjalainen表示：“这个项目很有挑战性，项目内容涵盖现场浇筑的混凝土桥面，但是非常值得通过建模加以完成。”克鲁塞尔桥是一座双开口不对称斜拉桥，该项目采用Tekla结构，对其钢筋、混凝土构件以及护岸支撑墙进行设计。大桥跨度为92.0 + 51.5米，主桥上有一条供小船通行的宽通道，位于浅滩内的行人通道净高2.8米；桥梁的缆索系统好似不规则的竖琴结构，其中后跨的缆索角度，比前跨的缆索角度更为陡峭；前部桥塔塔身约向后倾斜11度。

在Karjalainen看来，在说服客户进行设计决策时，3D建模拥有显而易见的优势。“建模不再虚构，有了这样的建模软件，桥梁设计的质量将得到保证，并会为使用建模软件的企业和行业增加价值。”开发适合桥梁设计的建模软件，需要引入专业化的工具和零件库，但这些可以通过合作加以实现。

Tekla结构建筑及建设销售经理Thomas Gr?nholm认为，建筑信息模型（BIM）可对建筑行业带来诸多好处。“我们近期开发的一个新项目便向这个方向迈出了一步。在这个项目中，原始数据可以直接从交通工程软件(如Tekla Xstreet)读取到Tekla结构中，基于这些信息，桥梁设计师可以在很短的时间内为投标建立3D模型。在未来，结构模型将包含或关联整个建筑生命周期的信息，包括竣工、翻新和维护信息。”