CN111310271A - 一种高速铁路转体桥梁bim标准化建模方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，包括资料准备、软件的合理选择，桥梁现浇结构构件创建、球铰预制构件的创建、场地临时设施的创建、场布模型创建、精细化修正、模型空间整合等步骤。本发明方法采用BIM软件，将转体桥构件多源信息进行集成，录入标准化构件，以此建立现场各种模型，适用于高速铁路转体桥梁及其他铁路、公路转体桥梁，能对转体桥球铰安装、桥梁施工工序等进行可视化指导。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法。
背景技术
随着基础设施建设的不断完善，逢山开路，遇水架桥的理念已经成为共识。越来越多的桥梁需要跨越山地、河流、峡谷等复杂地形，桥梁跨度与施工技术难度也越来越大。转体桥梁在跨越障碍物方面具有明显优势，因此越来越多的在下跨不利地形场地中采纳。
无论是转体桥梁还是现有的梁式桥等，传统的设计交底一般都采用AUTOCAD图纸。通过二维平面图的方式实现甲方与设计之间桥梁立、剖面图的表达，实现设计单位与施工单位之间作业方式、技术重难点的对接。若设计上发生变更，需要甲方或施工单位重新对比新图纸，领会设计意图。对于转体桥中球铰等标准化构件，一般均已被申请为专利，球铰的各种常见尺寸规格可查到，设计人员可以参考既有规格的球铰二维CAD图纸，进行转体桥墩球铰设计，施工人员通过球铰二维CAD图纸，在深入研究并理解安装工序说明的基础上，需要严格控制精度，进行球铰的安装。
通过对以上现有技术阐述，可以发现：传统的二维CAD图纸在甲方、设计和施工单位之间传递及对图纸意图的理解领悟方面，存在以下缺陷：
(1)设计方给出的一套CAD二维图纸多而杂，往往携带、交流不方便。针对某一桥梁结构构件的全部信息要素往往分布于多张图纸中，需要甲方、设计及施工人员对图纸全部内容熟知，对设计上重点、难点的意图理解领悟需要来回翻阅图纸，因而工作效率降低。同时，由于现场不方便随时查看、校验纸质图纸，因此产生施工误差时不能及时纠偏。
(2)当发生设计变更时，二维图纸要逐一检查全部设计变更之处，重新生成新图纸，再打印、交付。这样易产生浪费，成本增大。不利于构建无纸化、低碳绿色的行业发展模式。
(3)转体桥球铰构件受专利保护，尺寸规格可以进行设计选择，方便了设计人员规格选型。但是对于球铰施工安装及转体工艺，施工人员存在不熟悉、理解不到位现象。转体球铰施工工序上需要球铰工程师进行安装步骤及重难点监控精度说明，缺乏标准化球铰构件现场桥墩中安装指导方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，通过资料准备、软件的合理选择，桥梁现浇结构构件创建、球铰预制构件的创建、场地临时设施的创建、场布模型创建、精细化修正、模型空间整合等步骤。本发明方法能对转体桥球铰安装、桥梁施工工序等进行可视化指导。
本发明具体通过以下技术方案实现：
一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，包括以下步骤：
1.桥梁现浇结构构件创建(往后至进一步这一段前，序号有些乱，请校核)
通过审阅现浇结构构件的平面CAD图纸，将桥梁现浇结构构件分为上部和下部，上部包括主梁块和预应力筋，下部包括桥墩、承台和桩基础，采用外建族，选择公制常规模型样板进行各结构族的建立；
1.1桩基础
根据平面设计图中每根桩截面圆心的位置作出相应的参照平面，通过圆心半径命令绘制底面，使用拉伸命令得到单根桩模型，利用镜像命令得到多根桩模型；
1.2承台
承台由混凝土垫层、上下承台三部分构成，确定好参照线/面，绘制各个部分底部轮廓线，设置拉伸长度，得到承台各部分模型，并采用连接命令，将承台三个部分连成一个整体；
1.3桥墩
桥墩分为墩身与墩帽两个部分，并且墩身为变截面收缩，墩帽处立面轮廓线为圆曲线；先在公制常规模型底面标高H1平面内建立墩身底部轮廓，然后在立面建立墩身顶部标高H2，进入该平面内绘制墩身顶部截面，上下平面进行连接，得到墩身整体；继续在立面建立墩帽顶部标高H3，将H2墩身顶部平面内轮廓线与H3墩帽顶部标高平面内轮廓线连接，得到墩帽处的模型，采用空心拉伸命令，预留出滑道及球铰模型埋设区域；
1.4主梁
连续梁的建模按照中间向两端悬臂浇筑梁段的顺序进行，主梁选择左/右立面为参照平面，设置拉伸长度，向两侧进行拉伸创建；
1.5预应力筋
桥梁预应力筋有中间0号块横向与全桥纵向两种，根据桩基础建模方式，进行分组、分块预应力筋的创建；
2.桥梁转体球铰构件创建
转体球铰结构构件较多，体系可分为下球铰、定位销轴、上球铰、撑脚、滑道、砂箱、牵引反力座和牵引系统几部分；
2.1上球铰下面板为凸面，通过钢护筒与梁底转盘连接；下球铰上面板为凹面，嵌固于支撑骨架上，表面排布滑片嵌槽；上下球铰面板均为一定厚度钢板压制而成的球面，背部设置纵横肋条，防止在加工、运输过程中变形，并方便球铰的定位、加强与周围混凝土的连接；球铰中央设置销轴套筒，内置定位销轴，用于球铰定位及抗剪作用；上下球铰之间设置滑片，滑片嵌于下球铰面板的预留槽中，并通过沉头螺钉固定；在立面图中绘制下球铰轮廓，使用旋转命令，选择旋转中心轴线，完成下球铰模型创建，上球铰绘制方法同下球铰；
2.2使用竖向拉伸命令绘制定位销轴，方法同桩基础中单桩模型；
2.3使用竖向拉伸命令绘制撑脚，方法同桩基础中单桩模型；
2.4使用旋转命令，首先创建滑道下部支架的四组角钢环，然后，使用拉伸命令，任选一个视图，在四组角钢环之间建立一组角钢架，再将这一组角钢架作径向阵列，得到滑道模型；
2.5使用竖向拉伸命令绘制砂箱，方法同桩基础中单桩模型；
2.6使用拉伸及空心拉伸方法，进行牵引反力支座模型创建，方法同箱形主梁。
进一步的，桥墩墩帽立面轮廓线修正，进行墩帽模型创建，此时上、下截面之间通过直线连接，图纸中往往设计为圆曲线，重新建立新族文件，按设计图纸形状进行球体绘制，得到球体模型外轮廓，倒入墩帽模型中进行剪切处理；或在墩帽模型中使用空心拉伸和空心放样融合命令，对构件进行切割，以达到墩帽外形合乎设计意图要求。
进一步的，主梁下底板轮廓线修正，进行墩帽模型创建，此时生成的各个梁段下底板为直线连接左右截面，图纸中梁段下底板截面往往设计为圆曲线形状收缩，新建一个设计规定的圆曲线球体模型，将其导入各个主梁段模型，采用剪切方法，依次与桥梁所有主梁梁段底板处进行圆曲线切割成型，以达到设计线型。
进一步的，进行模型组装时，新建一个项目，将转体结构构件的各个族模型导入项目中，由于族模型在创建时按标高平面绘制，因此全部导入项目后模型出现在各个设计标高处，通过左右平移、镜像、旋转的操作，可得到完整的转体结构模型，将其保存；以同样方式，将桥梁现浇结构构件进行拼装，再将球铰项目导入，生成总体转体桥模型。
本发明的有益效果为：
(1)可视化。三维建筑模型作为桥梁模型建设中的主要载体，整个项目的各类信息(如构建的类型、场地的大小、施工的进度等)均可在模型中得到体现。这些信息与实际桥梁建筑信息相匹配，使模型和真实建筑能够保持一致性。在模型中任何建筑构件的几何形态、空间位置等属性都可以直观的展现在人们面前，可有效帮助业主方、各设计方和施工方进行沟通、讨论与决策。
(2)参数化设计。作为BIM技术的重要特点，参数化设计指设计人员在建筑物设计的阶段赋予建筑物相关参数信息(如某构件的长宽高面积、体积等信息)，改参数信息作为样板信息，当该参数信息改变时，整个建筑中相同构件的相应参数也会自动调整，使得设计模型与实际模型由参数模型统一起来。
(3)优化设计。针对现场复杂节点施工，通过创建的BIM模型可以三维直观的描述建筑物的所有信息，并能够利用这些信息对设计方案进行一个动态的部署、分析与模拟。
(4)协同性。BIM技术将现行设计过程中绘制二维平面图纸方式转变为构建信息模型的方式，各参与方通过统一的标准和规范，对同一模型进行相关操作，各类信息资源共享。通过信息模型使工程项目各参与方关联在一起，及时高效的沟通，从而提高各参与方工作的效率和质量。
附图说明
图1是本发明BIM标准化建模方法的流程图；
图2是本发明桩基础的结构示意图；
图3是本发明承台的结构示意图；
图4是本发明桥墩的结构示意图；
图5是本发明主梁段的结构示意图；
图6是本发明下球铰的结构示意图；
图7是本发明上球铰及钢护筒的结构示意图；
图8是本发明定位销轴的结构示意图；
图9是本发明滑道的结构示意图；
图10是本发明撑脚及转盘的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明为一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，包括资料准备、软件的合理选择，桥梁现浇结构构件创建、球铰预制构件的创建、场地临时设施的创建、场布模型创建、精细化修正、模型空间整合等步骤。技术路线如下图1。
1.资料准备
现场准备资料包括：工程地质资料、转体连续桥设计图及施工等技术、规范资料。
2.软件的合理选择
REVIT是国内主流BIM软件中的主流，基于CAD基础，可进行局部碰撞检查，进行后期精细化修正。并且可以内、外建族、体量。非常适合桥梁参数化构件的族库建立。
3.桥梁现浇结构构件创建
通过审阅图纸，可以把桥梁现浇结构构件分为上部(主梁块、预应力筋)、下部(桥墩、承台、桩基础)，分别建立对应的族块。采用外建族，选择公制常规模型样板进行各结构族的建立，各构件族的建立应在其指定标高处，方便后续拼装。建模流程遵循从底部到顶部的原则进行。
3.1桩基础(图2)
根据设计图纸中每根桩截面圆心的位置及英文状态下的rp快捷键，作出相应的参照平面。通过“圆心-半径”命令绘制底面，再使用“拉伸”命令。拉伸起点设置为“0”，拉伸终点设置为桩身最大长度，得到单根桩模型。按图纸定义桩体的材质信息，即可得到单桩全部信息可视化表达。将以上桩体圆截面的半径、桩长度进行参数化设置，方便以后进行修改。由于桩基为对称结构设计，因此建模时可使用“镜像”命令以简化建模步骤。
3.2承台(图3)
承台由混凝土垫层、上下承台三部分构成。同桩基础，先确定好参照线/面，绘制各个部分底部轮廓线，设置拉伸长度，得到承台各部分模型。定义材质属性并将相关数据参数化设置，可实现构件的标准化。并采用“连接”命令，将承台三个部分连成一个整体。
3.3桥墩(图4)
桥墩分为墩身与墩帽两个部分，并且墩身为变截面收缩，墩帽处立面轮廓线为圆曲线。以上不规则形状增加了桥墩的建模难度。先在公制常规模型底面标高H1平面内建立墩身底部轮廓，然后在立面建立墩身顶部标高H2，进入该平面内绘制墩身顶部截面。将上下平面进行“连接”，可得到墩身整体。继续在立面建立墩帽顶部标高H3，将H2墩身顶部平面内轮廓线与H3墩帽顶部标高平面内轮廓线连接，得到墩帽处的模型。采用“空心拉伸”命令，预留出滑道及球铰模型埋设区域。此时墩帽模型立面连接的轮廓线为直线，需后续进行精细化修正为圆曲线。定义墩身、墩帽部分材质、属性并将以上相关数据进行参数化设置，可方便后续构件参数改动，实现构件的标准化。
3.4主梁(图5)
连续梁的建模需按照中间0号块向两端悬臂浇筑梁段的顺序进行。与以上构件选取底面向上拉伸成体不同，主梁选择左/右立面为参照平面，向两侧进行拉伸创建。方法步骤同以上。由于箱梁内部为空心，可以采用“空心拉伸”命令将其内部进行掏空处理。此时左/右截面连接形成的模型底板为直线拉伸轮廓，需进行后续精细化修改。定义箱梁块材质、属性并将以上平面轮廓数据、拉伸长度数据、空洞尺寸等相关数据参数化设置，可方便依次生成其他各个浇筑梁段，将生成的各个梁段依次命名保存，实现了构件的标准化翻模。
3.5预应力筋
桥梁预应力筋一般有中间0号块横向与全桥纵向两种，参考桩基础建模方式，进行分组、分块预应力筋的创建。
4.桥梁转体球铰构件创建
球铰转体结构为钢结构构件，由桥梁设计人员依据转体支撑重量等信息确定球铰规格。工厂预制完成后现场进行安装，完成转体工作。转体球铰结构构件较多，体系可分为下球铰、定位销轴、上球铰、撑脚、滑道、砂箱、牵引反力座、牵引系统等几部分。
4.1上球铰下面板为凸面，通过钢护筒与梁底转盘连接(图7)；下球铰上面板为凹面(图6)，嵌固于支撑骨架上，表面排布滑片嵌槽。上下球铰面板均为一定厚度钢板压制而成的球面，背部设置纵横肋条，防止在加工、运输过程中变形，并方便球铰的定位、加强与周围混凝土的连接。球铰中央设置销轴套筒，内置定位销轴，用于球铰定位及抗剪作用。上下球铰之间设置滑片，滑片嵌于下球铰面板的预留槽中，并通过沉头螺钉固定。在立面图中绘制下球铰轮廓，使用“旋转”命令，选择旋转中心轴线，完成下球铰模型创建。上球铰绘制方法同下球铰。
4.2使用竖向“拉伸”命令绘制定位销轴(图8)，方法同桩基础中单桩模型。
4.3使用竖向“拉伸”命令绘制撑脚(图10)，方法同桩基础中单桩模型。
4.4使用“旋转”命令，首先创建滑道下部支架的四组角钢环，然后，使用“拉伸”命令，任选一个视图，在四组角钢环之间建立一组角钢架，再将这一组角钢架作径向阵列，得到滑道模型(图9)。
4.5使用竖向“拉伸”命令绘制砂箱，方法同桩基础中单桩模型。
4.6使用“拉伸”及“空心拉伸”方法，进行牵引反力支座模型创建，方法同箱形主梁。
5.场地临时设施的创建
依据现场情况，建立相应临时设施族。包括桥墩托架、相关车辆、现场办公室、塔吊等族块。方法同上。
6.场布模型创建
施工现场场地模型使用无人机拍摄鸟瞰图及现场手机拍照的方式绘制。为方便绘图，对既有铁路进行定位，明确桥墩与交通道路位置关系，将临时设施族导入场地模型中来丰富和完善。可采用其他的场布建模软件，建成场地模型并后期导入，也可以在REVIT中建立相对简单的场地模型。
7.精细化修正
精细化修正是整桥结构构件空间拼装前的最后一步。该步骤将对各个构件进行逐一检查，调整并查看模型录入信息是否正确，构件尺寸是否进行标准化设置、结构构件族是否完整，并进行精细化修改的工作。针对转体桥梁，可进行以下精细化修正。
7.1桥墩墩帽立面轮廓线修正
进行墩帽模型创建，此时上、下截面之间通过直线连接。图纸中往往设计为圆曲线。可重新建立新族文件，按设计图纸形状进行球体绘制，得到球体模型外轮廓，再倒入墩帽模型中进行“剪切处理”。也可以直接在墩帽模型中使用“空心拉伸”和“空心放样融合”命令，对构件进行切割，已达到墩帽外形合乎设计意图要求。
7.2主梁下底板轮廓线修正
进行墩帽模型创建。此时生成的各个梁段下底板为直线连接左右截面。图纸中梁段下底板截面往往设计为圆曲线形状收缩。按以上7.1中方法，新建一个设计规定的圆曲线球体模型，将其导入各个主梁段模型，采用“剪切”方法，依次与桥梁所有主梁梁段底板处进行圆曲线切割成型，以达到设计线型。
8.模型空间拼装
依据设计图纸，明确立面标高。进行模型组装时，需要将已进行精细化修正的各个族模型逐个打开导入。新建一个项目，将转体结构构件的各个族模型导入项目中。由于族模型在创建时按标高平面绘制，因此全部导入项目后模型出现在各个设计标高处。通过左右平移、镜像、旋转的操作，可得到完整的转体结构模型，将其保存。以同样方式，将桥梁现浇结构构件进行拼装，再将球铰项目导入，生成总体转体桥模型。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
1.桥梁现浇结构构件创建
通过审阅现浇结构构件的平面CAD图纸，将桥梁现浇结构构件分为上部和下部，上部包括主梁块和预应力筋，下部包括桥墩、承台和桩基础，采用外建族，选择公制常规模型样板进行各结构族的建立；
1.1桩基础
根据平面设计图中每根桩截面圆心的位置作出相应的参照平面，通过圆心半径命令绘制底面，使用拉伸命令得到单根桩模型，利用镜像命令得到多根桩模型；
1.2承台
承台由混凝土垫层、上下承台三部分构成，确定好参照线/面，绘制各个部分底部轮廓线，设置拉伸长度，得到承台各部分模型，并采用连接命令，将承台三个部分连成一个整体；
1.3桥墩
桥墩分为墩身与墩帽两个部分，并且墩身为变截面收缩，墩帽处立面轮廓线为圆曲线；先在公制常规模型底面标高H1平面内建立墩身底部轮廓，然后在立面建立墩身顶部标高H2，进入该平面内绘制墩身顶部截面，上下平面进行连接，得到墩身整体；继续在立面建立墩帽顶部标高H3，将H2墩身顶部平面内轮廓线与H3墩帽顶部标高平面内轮廓线连接，得到墩帽处的模型。在墩帽顶部向下采用空心拉伸命令，预留出滑道及球铰模型埋设区域；
1.4主梁
连续梁的建模按照中间向两端悬臂浇筑梁段的顺序进行，主梁选择左/右立面为参照平面，设置拉伸长度，向两侧进行拉伸创建；
1.5预应力筋
桥梁预应力筋有中间0号块横向与全桥纵向两种，参考桩基础建模方式，进行分组、分块预应力筋的创建；
2.桥梁转体球铰构件创建
转体球铰结构构件较多，体系可分为下球铰、定位销轴、上球铰、撑脚、滑道、砂箱、牵引反力座和牵引系统几部分；
2.1上球铰下面板为凸面，通过钢护筒与梁底转盘连接；下球铰上面板为凹面，嵌固于支撑骨架上，表面排布滑片嵌槽；上下球铰面板均为一定厚度钢板压制而成的球面，背部设置纵横肋条，防止在加工、运输过程中变形，并方便球铰的定位、加强与周围混凝土的连接；球铰中央设置销轴套筒，内置定位销轴，用于球铰定位及抗剪作用；上下球铰之间设置滑片，滑片嵌于下球铰面板的预留槽中，并通过沉头螺钉固定；在立面图中绘制下球铰轮廓，使用旋转命令，选择旋转中心轴线，完成下球铰模型创建，上球铰绘制方法同下球铰；
2.2使用竖向拉伸命令绘制定位销轴，方法同桩基础中单桩模型；
2.3使用竖向拉伸命令绘制撑脚，方法同桩基础中单桩模型；
2.4使用旋转命令，首先创建滑道下部支架的四组角钢环，然后，使用拉伸命令，任选一个视图，在四组角钢环之间建立一组角钢架，再将这一组角钢架作径向阵列，得到滑道模型；
2.5使用竖向拉伸命令绘制砂箱，方法同桩基础中单桩模型；
2.6使用拉伸及空心拉伸方法，进行牵引反力支座模型创建，方法同箱形主梁。
2.根据权利要求1所述的一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，其特征在于，桥墩墩帽立面轮廓线修正，重新建立新族文件，按设计图纸形状进行球体绘制，得到球体模型外轮廓，倒入墩帽模型中进行剪切处理。
3.根据权利要求1所述的一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，其特征在于，桥墩墩帽立面轮廓线修正，在墩帽模型中使用空心拉伸和空心放样融合命令，对构件进行切割，以达到墩帽外形合乎设计意图要求。
4.根据权利要求1所述的一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，其特征在于，主梁下底板轮廓线修正，新建一个设计规定的圆曲线球体模型，将其导入各个主梁段模型，采用剪切方法，依次与桥梁所有主梁梁段底板处进行圆曲线切割成型，以达到设计线型。
5.根据权利要求1所述的一种高速铁路转体桥梁BIM标准化建模方法，其特征在于，进行模型组装时，新建一个项目，将转体结构构件的各个族模型导入项目中，由于族模型在创建时按标高平面绘制，因此全部导入项目后模型出现在各个设计标高处，通过左右平移、镜像、旋转的操作，可得到完整的转体结构模型，将其保存；以同样方式，将桥梁现浇结构构件进行拼装，再将球铰项目导入，生成总体转体桥模型。
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