CN116070311A - 一种长大桥梁bim正向设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种长大桥梁BIM正向设计方法，包括如下步骤：S1：规划阶段，建立桥梁的规划线路模型；S2：设计阶段，包括如下步骤：a)以规划线路模型为基础，编制包含断面选型数据的路线措施表，并编制模块参数表；b)将断面选型信息实例化，新建实例模型，实例模型的标准模块中设置与模块参数表关联的图纸样板，由各个实例模型直接生成设计阶段的图纸；c)通过软件识别路线措施表与实例模型，将实例模型批量定位和总装，生成初设BIM模型；S3：施工图阶段，在初设BIM模型基础上进一步细化建立设计BIM模型，施工图由各个实例模型直接提供；本发明有着参数化建模、工作量小、模型精度随着工程推进而优化，满足多个阶段需求的优点。

Description

一种长大桥梁BIM正向设计方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种长大桥梁BIM正向设计方法。

背景技术

斜拉桥是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。斜拉桥索塔的拉索锚固段是将斜拉索的集中力安全、均匀地传递到塔柱的重要受力构件，能够防止塔壁混凝土在斜拉索强大集中力作用下而开裂。长大桥梁是指总长1000米或单跨150米以上的桥梁。

建筑信息模型(Building Information Modeling)是建筑学、工程学及土木工程的新工具。建筑信息模型或建筑资讯模型是来形容那些以三维图形为主、物件导向、建筑学有关的电脑辅助设计。

正向设计：以系统工程理论、方法和过程模型为指导，面向复杂产品和系统的改进改型、技术研发和原创设计等为场景，旨在提升企业自主创新能力和设计制造一体化能力。

中国发明(申请号CN202110560678.5)公开了一种面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统及方法，包括如下步骤：步骤一、获取路线设计参数，通过多线段表示桥梁平曲线、竖曲线、横断面；步骤二、获得桥梁编号、名称、幅类型、各幅跨数，生成桥、幅、区各层节点；步骤三、根据逐跨桥跨结构，生成部位、部件、构件、单构件各层节点；步骤四、逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点。该方案在使用时，需要员工同时工程设计和学习软件编程命令，对员工门槛要求较高，且模型精度低，对长大斜拉桥梁前期规划、设计参考价值较低。

中国发明(申请号CN201710161104.4)公开了基于BIM的桥梁三维模型构建方法包括以下步骤：对桥梁整体结构体对象进行划分，并规范性地进行分类；对桥梁组件细分为构件以及图元，并进行参数化，编制几何构造尺寸对应的参数表；对桥梁组件三维模型组装和定位，确定并定义构件控制点和相对空间位置关系，组装构件成为组件，存储在组件模板库中，并建立组件的控制点；提取项目的三维路线信息，确定路线的桩号和设计高程；对组件三维模型进行装配，在路线信息的基础上，利用定位参数确定组件模型位置，调用type方法，使组件之间自动进行参数化装配。方案中BIIM建模过程与工程规划、设计、施工阶段的关联性较低，传统方式建模，设计和施工时，出图不便。

桥梁工程结构复杂，工程量大。而BIM在设计领域的价值体现在于碰撞检查。但是一直以来，BIM技术却难以在桥梁工程实践中真正落地。对于BIM技术发挥价值而言，模型完整度和颗粒度是至关重要的，全桥中包含钢筋、骨架、锚具、预应力、埋件不计其数，这些内部构造模型至关重要。模型做到了什么水准，项目中的BIM技术才能产生价值。

现有技术中的桥梁BIM技术的问题在于，特大桥工程BIM设计模型量多、工作量巨大，达到施工精度往往多达上千万构件数量级，处置不当极易造成返工拆改、进度延误，一直是困扰工程领域和BIM领域重点难题；桥梁工程专业性强，BIM翻模方式不仅会产生大量专业设计师的重复劳动，还难以有效的解决工程各阶段的问题；带状工程与块状工程设计思路相去甚远，难以借鉴建筑领域成熟的BIM经验，需要探索一套符合桥梁工程思路的方法与配套工具。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供了一种长大桥梁BIM正向设计方法，有着参数化建模、工作量小、模型精度随着工程推进而优化，满足多个阶段需求的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种长大桥梁BIM正向设计方法，包括如下步骤：

S1：规划阶段，使用统一坐标轴、平面系统和高程系统，建立桥梁的规划线路模型；

S2：设计阶段，包括如下步骤：

a)以规划线路模型为基础，编制包含线路里程桩号、定位信息的路线措施表，在路线措施表中进行各里程段的断面选型，并编制模块参数表；

b)将断面选型信息实例化，建立BIM构件库，在BIM构件库中新建实例模型，实例模型包含零件、由零件组装成的部件、由部件组装成的标准模块以及由标准模块组装成的标准段落；标准模块中设置与模块参数表关联的图纸样板，由各个实例模型直接生成设计阶段的图纸；

c)通过软件识别路线措施表与BIM构件库的关联关系，将BIM构件库中实例模型进行批量定位和总装，生成初设BIM模型；

S3：施工图阶段，在初设BIM模型基础上进一步细化建立设计BIM模型，施工图由各个实例模型直接提供。

上述方案中，S1中在桥梁工程的规划阶段进行基本设定，项目模型创建应采用统一坐标轴、平面系统和高程系统，方便于图纸、模型的使用和转化，建立桥梁的规划线路模型，进行快速地规划或简易的规划，供设计团队进行各种估算与分析。S2在设计阶段的步骤a时，在规划线路模型的基础上导出表格，并进一步的细化，添加线路里程桩号、定位信息编制路线措施表，根据里程桩号将桥梁工程分为各个里程段，以起终里程桩号来划分模型，在路线措施表中细化输入断面选型信息，并编制模块参数表来限定各个模块模型的参数；步骤b中，根据断面选型信息来新建实例模型，建立BIM构件库可以对模型资源进行模块化的积累，方便于减少后期的建模工作，提高建模效率，BIM构件库中已有实例模型可以跳过建模步骤，由零件组装成部件，由部件组装成标准模块，组装标准模块形成各个标准段落，建立图纸样板，通过图纸样板与模块参数表关联，根据模型可自动输出图纸，自动标注参数信息；步骤c中，组装模型拥有自适应路线能力，自动进行组装，并集成了出图样板，因此基于实例模型可自动生成设计阶段的图纸纸。设计阶段的图纸纸与施工图纸生成原理一致；S3中在施工图阶段，初设BIM模型基础上进一步细化建立设计BIM模型，细化施工图所需的模型信息，并直接提供施工图指导施工。

标准模块中即包含全套所需图纸样板，设计阶段的图纸、施工图由各个衍生出来的实例模型直接提供，而非生成三维模型后再行剖切标注的传统BIM施工图设计模式，打破了传统BIM施工图设计标注、样式、线型处理繁复的瓶颈，大幅简化了施工图出图流程和工作量，将桥梁设计分为若干组超强参数化模块。基于提前创建的BIM构件库，设计师即仅需通过模块参数表、路线措施表分别完成配置、组装两件工作，模型自动生成，并且自动生成设计阶段的图纸、施工图。

进一步的，设计阶段中，先根据规划线路模型，建立设计路线模型，在所述设计路线模型中生成线路里程桩号、定位信息；然后由设计线路模型导出路线信息表格，以路线信息表格为基础进行路线措施表编制。

由规划阶段到设计阶段，由规划线路模型进一步的调整细化，建立设计路线模型，在模型中生成线路里程桩号、定位信息；以设计路线模型导出路线信息表格为基础编制路线措施表，提高表格编辑效率。在路线上建立实例模型时，根据实际情况对路线进行修改和变更，若变更较大，可单独建立设计路线模型。

进一步的，设计阶段中在建立实例模型时，对桥梁进行分部分项分解，将桥梁分为下部结构、上部结构、桥面系工程及钢筋工程，分别进行建模；下部结构包含桥墩结构、索塔结构，上部结构包含砼箱梁、钢箱梁。

对模型基础图纸进行提资后，对桥梁工程进行分部分项分解，确认对应的建模流程。先利用设计路线模型，对桥梁进行分解，方便于建模和装配。

进一步的，设计阶段中，对模型采用参数化建模方法，首先进行路线措施表、模块参数表编制，然后绘制驱动尺寸参数化的基础模型模板，并生成实例模型，最后通过软件及路线措施表进行装配；对应异形分标准构件，根据所提取的坐标点创建三维模型草图进行建模。

通过模块参数表和基础模型模板的关联配合，基础模型模板是建立的各个有代表的不同模型，这些模型的驱动尺寸都是参数化的，其他相似结构的模型，只需要在这些参数模块上修改参数，就可自动生成，通过软件和路线措施表确定各个实例模型的定位自动装配，对应单独出现的异形分标准构件，根据所提取的坐标点创建三维模型草图，然后使用拉伸、特性放样等功能进行建模。

进一步的，路线措施表内包含桥梁的平纵信息，并且关联并驱动路线各里程段的BIM模型。

路线措施表包含桥梁的平纵信息，包含梁段类型、梁段编号、里程信息、长度、标高信息、角度信息，与各里程段的BIM模型关联，方便装配和调整。

进一步的，将初设BIM模型中的节点BIM模型，进行有限元分析，输出计算书，并根据计算书完成结构设计方案；节点BIM模型包含箱梁模块、斜拉索。

由于模型按制造思路进行搭建，虽然初设阶段模型参数尚未固定，但模型精度已达到可用于有限元分析水平，因此项目将箱梁模块、斜拉索、主塔，通过Nastran-InCAD软件进行有限元分析，输出计算书，并以此得到正确、合理的方案，从而完成结构设计。

进一步的，将设计BIM模型导入到Navisworks软件进行设计干涉检查。

由于在施工图阶段，已经完全搭建钢筋、预应力钢束、桥塔劲性骨架类的内部构造BIM模型，通过Navisworks软件可以自动对设计BIM模型进行干涉检查，在BIM设计中即可自动检查出不易察觉到的内部结构冲突或安装干涉问题。

进一步的，在BIM构件库中创建子库，子库包含材料库、零件库、部件库、标准模块库，对各个子库中的实例模型文件命名方式进行划分，并对BIM构件库进行资源积累。

基于此BIM正向设计流程，BIM构件库的建设与管理也是集成一体的标准流程。从材料库，到零件库，到部件库，到标准模块库，进行多层级管理。标准模块可以灵活、迅速、精确的进行规格型号变化，可应对各种不同需求的工程项目。正向设计库文件要求高，只有严格的按照参数化、模块化、结构化的标准体系实施，才能有效的积累设计资源。

进一步的，由设计BIM模型进行模型拆解和深化设计，得到制造单元模型，由制造单元模型输出数控加工的下刀路径和坐标数据。

项目依靠高精度正向设计BIM模型，可将模型传递至预制深化设计进行使用。因为模型在施工图阶段已达制造精度，能够直接提交预制加工单位进行模型分解和进行进一步深化设计工作，进一步提高精度，满足加工要求。

进一步的，规划阶段中所述规划线路模型精度为LOD100，设计阶段中初设BIM模型精度为LOD200，施工图阶段中设计BIM模型精度为LOD300。

精度LOD100主要用于概念设计，精度LOD200主要用于初步分析、碰撞检测、空间性能分析，精度LOD300主要用于管线综合、建筑性能分析、主要设备材料确认。

设计团队可以利用LOD100阶段的信息模型进行各种估算与分析，以检查初步的设计概念是否符合建筑计划的需求，辅助设计方案的制订。同时进行相关物理环境及绿色建筑项目分析，将分析信息以图像或动态的形式展现，让业主或设计者更直观地进行合理的成本概算、配置及策略决定。

LOD200模型具备的功能:计算各桥梁组件之体积、面积、各向长度，输出其材料与规格信息，并整合所有组件的单价信息，进行更详细的工程造价规划。根据各空间的面积、位置、动线、开口比率，核对是否符合计划中对各功能空间在面积与物理环境的需求。输出设计法规所需审查的各种平面图、立面图、剖面图。它能提升绘图效率，确保各个图面之间的一致性，以及各项空间与材料数量计算上的正确性。

LOD300模型主要功能如下:该模型能很好地用于成本估算，可以自动计算工程所需之工料数量，汇总出规格报表以制作预算书。当完成估算设定时，该BIM的模型就由3D的层次提升至4D的层次。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(一)参数化建模，模块参数表与基础模型模板关联、路线措施表与实例模型关联，设计师即仅需对模块参数表、路线措施表分别完成配置、选型两件工作，模型根据基础模型模板自动生成，实例模型自动进行批量定位和总装，大幅减轻了建模和装配工作量，提高了工作效率；通过模块参数表与图纸样板关联，图纸由各个模型直接提供，而非生成三维模型后再行剖切标注的传统BIM施工图设计模式，打破了传统BIM施工图设计标注、样式、线型处理繁复的瓶颈，大幅简化了施工图出图流程和工作量，提高了工作效率；

(二)本方案完整的参数化体系，能够真正实现衍生设计，在模型上做到梁段桥墩与线路关联，混凝土钢筋相关联，拉索与锚固关联，项目上做到信息与模型关联，模型与图纸关联，实现一处修改处处更新，方便于模型修改和细化，使BIM模型精度随着工程推进而优化，满足工程各阶段的需求，提高各阶段推进效率；

(三)BIM构件库的建立，部件、标准模块可以灵活、迅速、精确的进行规格型号变化，可应对各种不同需求的工程项目，将前人的设计经验积累成企业资源，进一步减少建模周期。

附图说明

图1为本发明实施例1中的桥梁总图；

图2为本发明实施例1中的钢箱梁安装图；

图3为本发明实施例1中的钢箱梁的模块参数表；

图4为本发明实施例1中桥梁的路线措施表；

图5为本发明实施例1中的拉索的路线措施表；

图6为本发明实施例1中的分工示意图；

图7为本发明实施例1中桥梁建模分部分项表；

图8为本发明实施例1中模型建模流程图；

图9为本发明实施例1中的BIM流程图；

图10为本发明实施例1中建模工作量的对比图；

图11、图12为本发明实施例1中钢箱梁有限元分析图；

图13为本发明实施例2中钢箱梁拆解示意图；

图14为本发明实施例2中钢箱梁的钢板加工排样图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例是嘉鱼北大桥设计工程，嘉鱼北大桥BIM模型在创立初期便制定了包括几何模型信息和非几何附属信息表。模型精度主要是通过模型LOD的定义来表示模型的细致程度。桥梁全长4660m，主要分为北岸引桥、主桥、南岸滩桥、南岸跨堤桥四个区段。钢箱梁的主桥箱梁全宽38.5m，至索塔区缩窄为35.5m，钢箱梁主梁梁高3.8m，混凝土主梁梁高3.825m。

如图1-12所示，一种长大桥梁BIM正向设计方法，包括如下步骤：

S1：规划阶段，使用统一坐标轴、平面系统和高程系统，建立桥梁的规划线路模型；

S2：设计阶段，包括如下步骤：

a)以规划线路模型为基础，编制包含线路里程桩号、定位信息的路线措施表，在路线措施表中进行各里程段的断面选型，并编制模块参数表；

b)将断面选型信息实例化，建立BIM构件库，在BIM构件库中新建实例模型，实例模型包含零件、由零件组装成的部件、由部件组装成的标准模块以及由标准模块组装成的标准段落；标准模块中设置与模块参数表关联的图纸样板，由各个实例模型直接生成设计阶段的图纸；

c)通过软件识别路线措施表与BIM构件库的关联关系，将BIM构件库中实例模型进行批量定位和总装，生成初设BIM模型；

S3：施工图阶段，在初设BIM模型基础上进一步细化建立设计BIM模型，施工图由各个实例模型直接提供。

上述方案中，S1中在桥梁工程的规划阶段进行基本设定，整个项目模型创建应采用统一坐标轴、平面系统和高程系统，方便于图纸、模型的使用和转化，建立桥梁的规划线路模型，进行快速地规划或简易的规划，供设计团队进行各种估算与分析，项目模型创建采用统一的坐标轴，平面系统采用湖北省统一坐标，高程系统采用1956黄海高程系统。S2在设计阶段的步骤a时，在规划线路模型的基础上导出表格，并进一步的细化，添加线路里程桩号、定位信息编制路线措施表，根据里程桩号将桥梁工程分为各个里程段，以起终里程桩号来划分模型，在路线措施表中细化输入断面选型信息，并编制模块参数表来限定各个模块模型的参数；步骤b中，根据断面选型信息来新建实例模型，建立BIM构件库可以对模型资源进行模块化的积累，方便于减少后期的建模工作，提高建模效率，BIM构件库中已有实例模型可以跳过建模步骤，由零件组装成部件，由部件组装成标准模块，组装标准模块形成各个标准段落，加上后期衍生设计和装配生成最终的项目模型，建立图纸样板，通过图纸样板与模块参数表关联，根据模型可自动输出图纸，自动标注参数信息；步骤c中，组装模型拥有自适应路线能力，自动进行组装，并集成了出图样板，因此基于实例模型可自动生成设计阶段的图纸纸。设计阶段的图纸纸与施工图纸生成原理一致；S3中在施工图阶段，初设BIM模型基础上进一步细化建立设计BIM模型，细化施工图所需的模型信息，并直接提供施工图指导施工。

Civil 3d、Autodesk Inventor、Autodesk Navisworks、Nastran-InCAD均为技术领域内常用技术软件，AutodeskNavisworks软件系列包括四款产品：1)AutodeskNavisworks Manage软件是设计和施工管理专业人员使用的一款全面审阅解决方案，用于保证项目顺利进行。2)Navisworks Manage将错误查找和冲突管理功能与动态的四维项目进度仿真和照片级可视化功能相结合。可以提高施工文档的一致性、协调性、准确性，帮助减少浪费、提升效率，同时减少设计变更。3)Autodesk Navisworks Simulate软件能够精确地再现设计意图制定准确的四维施工进度表，超前实现施工项目的可视化。4)AutodeskNavisworks Review提供创建图像与动画功能，将三维模型与项目进度表动态链接。该软件能够帮助设计与建筑专业人共享与整合设计成果，创建清晰、确切的内容，以便说明设计意图，验证决策并检查进度。Nastran-InCAD为有限元分析软件。

标准模块中即包含全套所需图纸样板，设计阶段的图纸、施工图由各个衍生出来的实例模型直接提供，而非生成三维模型后再行剖切标注的传统BIM施工图设计模式，打破了传统BIM施工图设计标注、样式、线型处理繁复的瓶颈，大幅简化了施工图出图流程和工作量，将桥梁设计分为若干组超强参数化模块。基于提前创建的BIM构件库，设计师即仅需通过模块参数表、路线措施表分别完成配置、组装两件工作，模型自动生成，并且自动生成设计阶段的图纸、施工图。

BIM正向设计流程包括方案设计、初步设计、施工图设计和干涉检查。

方案设计对应规划阶段，整体方案基于三维地形状态下进行设计，在Civil 3d中使用勘测数据在建立三维地质模型以后，即开展进行路线设计。利用已有的地质勘测点数据文件，调整格式后导入到civil 3d中，利用曲面功能生成所需要的地质模型。通过方案BIM模型自动生成地形纵断面，进行斜坡设计，并快速建立BIM方案模型用于分析研究。初步设计对应设计阶段，施工图设计对应施工图阶段。

模型精度主要是通过模型LOD的定义来表示模型的细致程度。LOD(LevelofDevelopment)描述了一个BIM构件单元从最低级的近似概念化的程度发展到最高级的演示级精度的步骤。在BIM概念中的LOD规定了BIM参与各方及项目各阶段的界限，代表着建筑物在其全生命周期中各阶段所被期待的BIM模型完整度，可根据模型的具体用途进行下一步的发展。

进一步的，设计阶段中，先根据规划线路模型，建立设计路线模型，在所述设计路线模型中生成线路里程桩号、定位信息；然后由设计线路模型导出路线信息表格，以路线信息表格为基础进行路线措施表编制。

由规划阶段到设计阶段，由规划线路模型进一步的调整细化，建立设计路线模型，在模型中生成线路里程桩号、定位信息；以设计路线模型导出路线信息表格为基础编制路线措施表，提高表格编辑效率。在路线上建立实例模型时，根据实际情况对路线进行修改和变更，若变更较大，可单独建立设计路线模型。

进一步的，设计阶段中在建立实例模型时，对桥梁进行分部分项分解，将桥梁分为下部结构、上部结构、桥面系工程及钢筋工程，分别进行建模；下部结构包含桥墩结构、索塔结构，上部结构包含砼箱梁、钢箱梁。

利用Civil 3d软件提取纵断面桥梁设计路线模型，对桥梁工程进行分部分项分解，确认对应的建模流程。先利用设计路线模型，对桥梁进行分解，方便于建模和装配。利用Inventor三维视图特性扫描解决曲面及钢筋零件问题；利用插件+参数化+模块化功能加速建模流程。

对模型基础图纸进行提资后，利用Civil 3d软件提取纵断面桥梁三维空间线路；线路提取主要目的包含两部分：1)提取桥梁空间坐标点，按照梁板分段处理各分段节点坐标，索塔空间坐标及拉索空间位置坐标等；2)基础标高环境场地进行建模，帮助显示桥梁基础埋深。

为了更好的表示拉索的空间位置，优化模型的精度，针对拉索的安装结构，对拉索的路线措施表采用单独的模板。

为保障快速建模后整合的精度，需对安装模块的精度进行约定。(此处可类比图像像素，提取点坐标间距越小，坡率及精度越高，同时占用电脑内存及所需要人工越高)，项目通过不断摸索总结出部分规律如下：桥梁梁板按照设计分段进行取点；路灯、标线、雨水口按照图纸实际工程量取点。项目主要利用Dynamo生成自动化插件配合Civil 3D线路基本坐标提取功能能对桥梁中部分定位参数进行自动化提取。利用已有的地质勘测点数据文件，调整格式后导入到Civil 3d中，利用曲面功能生成所需要的地质模型。

模板文件创建原则：项目全专业BIM模型应采用统一的建模环境与项目模板文件。不同工程部位模型可采用不同软件进行创建。相同工程部位模型采用软件的相同版本进行创建。(1)模型创建应符合建模环境与项目模板文件中的标准设置，包括图元分类及属性参数、图层、颜色。

(2)项目建模环境与模板文件应由专人统一管理，定期维护更新。

(3)坐标、尺寸、面积、体积等信息是对所创建三维模型的空间描述，直在模型创建时自动计算，并随模型的编辑修改而变化。

(4)线型、线宽、填充及二维符号等信息用于描述三维模型的二维图符，参建单位可按企业内部相关规定进行定义管理。

拉索建模时，利用Civil 3d拾取拉索空间坐标点，在excel中计算拉索长度及参照面夹角，对拉索进行编号，Excel表中不同编号拉索对应不同坐标及长度参数，利用装配插件，导入坐标及长度对拉索和锚箱进行装配。

BIM模型结构从模型顶层向下拆解为：单位工程(项目)→分部工程→子分部工程→分项工程→构件类别→构件子类别(构件族)→构件类型→构件实例，各层级之间和内部包括聚合、组合、包含、属于和并列关系，如附图中桥梁建模分部分项表所示。

进一步的，设计阶段中，对模型采用参数化建模方法，首先进行路线措施表、模块参数表编制，然后绘制驱动尺寸参数化的基础模型模板，并生成实例模型，最后通过软件及路线措施表进行装配；对应异形分标准构件，根据所提取的坐标点创建三维模型草图进行建模。

图纸样板是在基础模型模板导出的二维图纸基础上加入尺寸标注信息编辑形成，通过模块参数表和基础模型模板的关联配合，基础模型模板是建立的各个有代表的不同模型，这些模型的驱动尺寸都是参数化的，其他相似结构的模型，只需要在这些参数模块上修改参数，就可自动生成，通过软件和路线措施表确定各个实例模型的定位自动装配，对应单独出现的异形分标准构件，根据所提取的坐标点创建三维模型草图，然后使用拉伸、特性放样等功能进行建模。

本项目中应用自主开发Inventor快速建模插件，将桥梁中结构类似的模块进行参数化建模，针对部分关键参数建立表格，将模型及参数导入到软件中进行安装，以达到快速建模的目的。区别于传统的复制粘贴，软件中插件可对部件的主要参数进行自动化修改，避免人工手动调节的复杂，提高了工作效率。

进一步的，路线措施表内包含桥梁的平纵信息，并且关联并驱动路线各里程段的BIM模型。

路线措施表包含桥梁的平纵信息，包含梁段类型、梁段编号、里程信息、长度、标高信息、角度信息，与各里程段的BIM模型关联，方便装配和调整。

进一步的，将初设BIM模型中的节点BIM模型，进行有限元分析，输出计算书，并根据计算书完成结构设计方案；节点BIM模型包含箱梁模块、斜拉索、主塔。

已完成的初设BIM模型，输出至midas(迈达斯)中进行初步计算验证，研究方案在结构上的可行性。

由于模型按制造思路进行搭建，虽然初设阶段模型参数尚未固定，但模型精度已达到可用于有限元分析水平，因此项目将箱梁模块、斜拉索、主塔，通过Nastran-InCAD软件进行有限元分析，输出计算书，并以此得到正确、合理的方案，从而完成结构设计。

进一步的，将设计BIM模型导入到Navisworks软件进行设计干涉检查。

由于在施工图阶段，已经完全搭建钢筋、预应力钢束、桥塔劲性骨架类的内部构造BIM模型，通过Navisworks软件可以自动对设计BIM模型进行干涉检查，在BIM设计中即可自动检查出不易察觉到的内部结构冲突或安装干涉问题。

如钢筋网与预应力钢束的碰撞一直是桥梁工程难题之一，不能提前发现或处理不当将造成大量的拆改返工。通过项目施工深度BlM模型的搭建，准确发现碰撞位置并优化设计，共解决索塔内部预应力钢筋与劲性骨架及节段梁体外预应力与横隔板钢筋等重难点碰撞干涉问题多处，避免施工过程中的拆改返工。

且项目的模块化BIM设计方式，能够快速的进行模型调整及变更修改，只需重新设计干涉处模型或调整参数，并更改在路线措施表中替换对应结构的模型，模型组装更新、图纸更新都是自动完成。

进一步的，在BIM构件库中创建子库，子库包含材料库、零件库、部件库、标准模块库，对各个子库中的实例模型文件命名方式进行划分，并对BIM构件库进行资源积累。

基于此BIM正向设计流程，BIM构件库的建设与管理也是集成一体的标准流程。从材料库，到零件库，到部件库，到标准模块库，进行多层级管理。标准模块可以灵活、迅速、精确的进行规格型号变化，可应对各种不同需求的工程项目。正向设计库文件要求高，只有严格的按照参数化、模块化、结构化的标准体系实施，才能有效的积累设计资源。

本项目属于特大桥工程，在桥梁领域正向设计的复用性原本是较弱的。但即使如此，依靠此多层级模块化的设计资源库管理模式，仍然在本项目上积累了大量设计模型库。

进一步的，规划阶段中所述规划线路模型精度为LOD100，设计阶段中初设BIM模型精度为LOD200，施工图阶段中设计BIM模型精度为LOD300。

精度LOD100主要用于概念设计，精度LOD200主要用于初步分析、碰撞检测、空间性能分析，精度LOD300主要用于管线综合、建筑性能分析、主要设备材料确认。

在嘉鱼北大桥建设规划阶段，建设单位需要进行快速地规划或简易的规划，故利用BIM的建模软件快速建立嘉鱼北大桥LOD100精度的模型。此模型为表现桥梁整体类型分析的体量，可以设定基地经纬位置与桥梁类型信息，并创建周边既有环境体量模型，包含道路、地形、植栽、开放空间的配置、基地上原有或新建的建筑物的形式、使用空间的区域划分、结构方式，形成基地配置阶段的BIM模型。

设计团队可以利用LOD100精度阶段的信息模型进行各种估算与分析，以检查初步的设计概念是否符合建筑计划的需求，辅助设计方案的制订。同时进行相关物理环境及绿色建筑项目分析，将分析信息以图像或动态的形式展现，让业主或设计者更直观地进行合理的成本概算、配置及策略决定。

设计阶段中，在嘉鱼北大桥LOD100精度的模型基础上，继续在BIM平台同一个模型中发展，体量模型转化为建筑各类构造组件建成LOD200精度的模型。模型包含主桥钢、主、人行梯道、主桥桥面系等桥梁组件，以及各组件的材料、使用性质、3D形式或其他相关属性。以LOD200精度模型展开规划，协同其他的专业领域，如结构、机电、管线系统等，在同一个模型中进行审视与调整，随时可以以3D模型进行呈现，业主或团队等协同作业人员可清楚地进行沟通。

LOD200精度模型具备的功能:计算各桥梁组件之体积、面积、各向长度，输出其材料与规格信息，并整合所有组件的单价信息，进行更详细的工程造价规划。根据各空间的面积、位置、动线、开口比率，核对是否符合计划中对各功能空间在面积与物理环境的需求。输出设计法规所需审查的各种平面图、立面图、剖面图。它能提升绘图效率，确保各个图面之间的一致性，以及各项空间与材料数量计算上的正确性。

施工图及深化施工图阶段，在LOD200精度模型的基础上，将模型中各类构件依照细部设计赋予尺寸及材料等信息，建成嘉鱼北大桥LOD300精度模型。LOD300精度模型包括业主在BIM提交标准里规定的构件属性和参数等信息。

LOD300精度模型主要功能如下:该模型能很好地用于成本估算，可以自动计算工程所需之工料数量，汇总出规格报表以制作预算书。当完成估算设定时，该BIM的模型就由3D的层次提升至4D的层次。

该模型所有各类平、立、剖面图都对应同一个模型，若有设计变更，只要直接在模型中调整完成，所有图面都会自动立即调整完成。结构、机电、各种管线、钢筋等各专业系统建立在同一个平台与模型之中，进行碰撞检查时，对于对象的干涉与冲突都能立即检核出来。

该模型可制订嘉鱼北大桥施工进度计划，在自主开发的平台上进行施工模拟，同时制订施工组织方案并进行优化，以指导施工。模型后期可随施工、运维阶段进一步的深化。

桥梁主体结构BIM正向设计核心方法在于参数化、模块化、结构化：

参数化：设计不仅赋予模型信息，同时参数化程度与建模效率高低呈正比。通过Inventor设置通用模块的各参数，得到适用的工程模型。本项目完整的参数化体系，能够真正实现衍生设计。在模型上做到梁段桥墩与线路关联，混凝土钢筋相关联，拉索与锚固关联，项目上做到信息与模型关联，模型与图纸关联，真正实现一处修改处处更新。

模块化：项目引进了制造业经典的设计理念——模块化设计。模块化设计，由零件组装成部件，部件组装成标准模块，组装标准模块辅形成各个标准段落。我们将桥梁设计分为若干组超强参数化模块。设计师即仅需通过模块参数表、路线措施表分别完成配置、组装两件工作，模型自动生成。

结构化：项目规模庞大、构件诸多，即使模型深度足够支撑工程建设应用，也面临模型细部繁杂查询困难的问题。项目设计了全套符合工程逻辑的模型结构化体系，并基于结构化体系开发出一套LOD控制体系。不仅能对全桥数千万构件的BIM模型流畅的进行设计、编辑、查询等操作，还为移交施工应用，提供了切实可用的BIM数据。

通过本项目实践，形成了一套专业设计师搭配建模人员的正向设计体系，大幅解放了设计团队生产力。为工程师、设计师减负，为建模员、制图员降低门槛，从根本上优化桥梁设计人员配置和分工，达到整体提升设计效率和品质的目标，并为行业BIM正向设计及人力配置优化起到了示范作用。本项目通过BIM正向设计技术，完成了高精度的BIM模型，大幅提高设计品质与效率。且通过高精度的BIM模型贯穿设计、施工、制造各个阶段过程，为项目业主、各项目参与单位提供BIM模型与数据服务。提前发现并解决设计问题，并确保设计模型在传递至施工单位时无需二次建模，使模型信息迅速向施工制造单位流转并维持统一，为施工建造提供了高效的协同基础和数据支撑。

实施例2

如图13-14所示，本实施例的一种长大桥梁BIM正向设计方法，在实施例1的基础上进行进一步的优化：

进一步的，由设计BIM模型进行模型拆解和深化设计，得到制造单元模型，由制造单元模型输出数控加工的下刀路径和坐标数据。

项目依靠高精度正向设计BIM模型，可将模型传递至预制深化设计进行使用。因为模型在施工图阶段已达制造精度，能够直接提交预制加工单位进行模型分解和进行进一步深化设计工作。

例如将钢箱梁进行拆解，形成下料排版，并输出数控下刀路径及坐标数据，真正形成设计制造无纸化信息传递，大幅提高效率，减少人力投入和误差风险。

由于采用模块化BIM设计足够高效，可将BIM模型深化至施工方案级。并直接使用BIM模型直接进行方案模拟，无需借助其他动画表现工具，真正按照设计施工逻辑分析优化施工方案。例如钢吊箱下放模拟，钢护筒受水流环境等因素，必定存在一定的倾斜角度和误差，当钢吊箱下放时，如不考虑此误差则容易出现下放不完全的情况。通过BIM模型，项目可以基于钢护筒倾角提前预测钢吊箱与护筒间的合理距离，并为支撑设计合理的公差允许范围。通过直接的BIM模型进行分析，而非既定施工方案参数形成动画，才能够真正通过BIM指导施工方案的形成，确保项目顺利施工。

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施例进行多种变化、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 (10)

1.一种长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：规划阶段，使用统一坐标轴、平面系统和高程系统，建立桥梁的规划线路模型；

S2：设计阶段，包括如下步骤：

a)以规划线路模型为基础，编制包含线路里程桩号、定位信息的路线措施表，在路线措施表中进行各里程段的断面选型，并编制模块参数表；

b)将断面选型信息实例化，建立BIM构件库，在BIM构件库中新建实例模型，实例模型包含零件、由零件组装成的部件、由部件组装成的标准模块以及由标准模块组装成的标准段落；标准模块中设置与模块参数表关联的图纸样板，由各个实例模型直接生成设计阶段的图纸；

c)通过软件识别路线措施表与BIM构件库的关联关系，将BIM构件库中实例模型进行批量定位和总装，生成初设BIM模型；

S3：施工图阶段，在初设BIM模型基础上进一步细化建立设计BIM模型，施工图由各个实例模型直接提供。

2.根据权利要求1所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，设计阶段中，先根据规划线路模型，建立设计路线模型，在所述设计路线模型中生成线路里程桩号、定位信息；然后由设计线路模型导出路线信息表格，以路线信息表格为基础进行路线措施表编制。

3.根据权利要求2所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，设计阶段中在建立实例模型时，对桥梁进行分部分项分解，将桥梁分为下部结构、上部结构、桥面系工程及钢筋工程，分别进行建模；下部结构包含桥墩结构、索塔结构，上部结构包含砼箱梁、钢箱梁。

4.根据权利要求1所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，设计阶段中，对模型采用参数化建模方法，首先进行路线措施表、模块参数表编制，然后绘制驱动尺寸参数化的基础模型模板，并生成实例模型，最后通过软件及路线措施表进行装配；对应异形分标准构件，根据所提取的坐标点创建三维模型草图进行建模。

5.根据权利要求1所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，路线措施表内包含桥梁的平纵信息，并且关联并驱动路线各里程段的BIM模型。

6.根据权利要求1所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，将初设BIM模型中的节点BIM模型，进行有限元分析，输出计算书，并根据计算书完成结构设计方案；节点BIM模型包含箱梁模块、斜拉索。

7.根据权利要求1所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，将设计BIM模型导入到Navisworks软件进行设计干涉检查。

8.根据权利要求1所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，在BIM构件库中创建子库，子库包含材料库、零件库、部件库、标准模块库，对各个子库中的实例模型文件命名方式进行划分，并对BIM构件库进行资源积累。

9.根据权利要求1所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，由设计BIM模型进行模型拆解和深化设计，得到制造单元模型，由制造单元模型输出数控加工的下刀路径和坐标数据。

10.根据权利要求1所述的长大桥梁BIM正向设计方法，其特征在于，规划阶段中所述规划线路模型精度为LOD100，设计阶段中初设BIM模型精度为LOD200，施工图阶段中设计BIM模型精度为LOD300。

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