超大规模桥梁群BIM建模技术

刘 杰

（中铁大桥勘测设计院集团有限公司，湖北 武汉 430056 ）

0 引言

中国国家铁路集团有限公司在2013年成立了“中国铁路BIM联盟”，加快了铁路建设工程信息化工作的推进步骤，明确了以BIM技术为核心，建立统一开放的工程信息化平台，分节段拓展引用内容，实现对工程项目全生命周期管理[1,2]，随后确定了17个铁路BIM试点项目。沪通长江大桥项目作为试点项目之一，从2014年开始BIM技术应用，贯穿项目建设全过程，在工程质量控制、进度管控、管理优化等方面均取得了较好的效果。

1 工程概况

沪通长江大桥为沪通铁路的控制性工程，位于江阴长江大桥下游45km、苏通长江大桥上游40km，4线铁路和6车道高速公路合建，全长11.07km（图3），主航道桥采用主跨1092m的钢桁梁斜拉桥；专用航道桥采用主跨336m的钢桁拱桥；跨南、北岸大堤及横港沙区段采用跨度112m的简支钢桁梁桥，北引桥长1876m，南引桥长590.65m[3]。

图3 沪通长江大桥跨度布置

2 建模前期准备

在BIM 技术应用中，数据是核心、平台是关键、模型是基础[4]；BIM 模型作为后期BIM 应用的载体，其建模质量的高低决定了整个项目BIM 应用的成败，完善的前期规划和准备有助于高质量高效率的完成BIM 建模工作。

3 制定标准

沪通长江大桥BIM 项目在项目开始之前就制定了《BIM 技术研究总体方案》，对本项目BIM 应用进行总体规划。该方案于2014年11月通过中国铁路总公司组织的专家评审。随后BIM 项目组又编制了《沪通长江大桥BIM 建模标准》，对建模流程、建模细节、整体坐标系、建模单位、零件颜色、模型编码、信息添加、碰撞校核、协同工作、模型审核等内容做出了强制性规定，确保全桥BIM 模型的完整性、统一性和正确性。

4 明确模型精度

BIM 模型的精度（Level of Detail，简称LOD）是BIM 模型的重要参数，若精度太低则无法满足后期BIM 应用；若精度过高则会导致“过度建模”，增加工作量。沪通长江大桥在建模过程中根据铁路BIM 联盟发布的《铁路工程信息模型交付精度标准（1.0 版）》[5]，并结合BIM 应用需求明确了全桥的BIM 模型精度等级（表 4）。但是BIM 模型的等级并不是一成不变的，针对不同的BIM 应用点其模型等级是不同的。确定模型精度的流程见图4。

表4 项目建模深度

根据设计文件内容结合BIM 应用需求，本桥各组成部分的建模精度如表 5 所示。

表5 建模深度表

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图4 确定模型精度流程图

5 模型单元分级及编码体系

模型编码作为BIM 模型的重要信息，在后期BIM 模型应用中发挥着至关重要的作用。编码的主要作用是赋予模型中零件和构件唯一的储存标识，即实现一物一码。本项目的编码体系采用了线分法，即层级分类法，根据桥梁工程的项目特点将BIM 模型元素分成5 个层级的类目，形成一个有层次的，逐渐展开的分类体系。

表6 模型单元分级

考虑到多种交付情况，将模型单元划分为四个级别，详见表 6。其中孔跨级模型单元表示某一孔跨或某一联桥梁结构的整体，对于上部结构来说用孔跨起止墩号表示，对于下部结构来说用墩号表示；功能级模型单元可描述承受竖向荷载的主桁片、承受横向荷载的横向联接系、承受公路或铁路荷载的桥面系等；构件级模型单元由零件级模型单元或构件级模型单元组成，具备明确的层级关系，可描述杆件、局部加劲、节段等；零件级模型单元可描述杆件的顶底板和腹板、加劲肋、节点板、连接板、拼接板、填板、螺栓及焊缝等。

模型编码的过程即是模型结构树形成的过程，编码的精度决定了模型的精度。 下面以某零件的编码来举例说明： 某零件代码为“0102_HJ-S_A0A1_N1_E”，其中“0102”代表零件所处的桥跨位置，位于01#墩和02#墩之间；“HJ-S”代表靠外侧的桁片；“A0A1”代表杆件编号；“N1”为板件的设计编号；“E”代表的是上游侧。

6 建模中遇到的问题及思考

6.1 多人协同

由于本项目工作量巨大，需要多个团队协同工作，共同建模，采用了Tekla软件的多用户协同工作模式，整体架构采用了C/S架构，即服务器/客户端架构。将tekla多用户服务部署在服务器上，将主模型文件部署在文件服务器上，各项目组成员通过局域网或者VPN连接到服务器上进行工作。即多用户在各自的客户端电脑上同时操作位于服务器上的同一个主模型，将工作模式从以前的“单打独斗”状态改进为“团队作战”，降低了沟通成本，提高工作效率。

通过采用Tekla多用户工作模式，在沪通长江大桥BIM建模过程中，首先要确定工程的整体坐标原点和坐标系，并划定各个用户的工作区域和建模内容，然后用户就可通过Tekla多用户服务器在同一个模型中协同工作。通过这种工作模式，BIM项目负责人就无需控制、跟踪和存储多个BIM模型，且省去了模型复制和合并的操作，并减少了后期模型修改和再次合并的操作，提高了工作效率，降低了模型出错的可能。同时，对于模型的工作任务的分配和工作区域的划分也更加灵活，还可以直接通过单个主模型生成材料列表和螺栓列表。而且，在BIM项目开始之初，项目负责人可以在服务器上的主模型中统一进行工作环境、项目模板和标准的设置，无需各个用户单独设置，减少了发生错误的可能性。

但是由于Tekla软件本身的限制，其多用户协同仍存在一些问题，比如：无法实现对用户的权限管理和设计流程管理等问题。因此，若要进一步开展BIM的设计协同工作，还需借助另外的协同管理软件。

6.2 钢结构制造问题

本项目钢结构BIM 模型均按照无应力尺寸建模，但尚不能直接应用于钢结构制造。钢板件在制造加工过程中由于切割等工序的作用，在高温下会产生一定变形，因此钢梁厂在下料时都会留有一定的工艺余量。本项目的解决方案是通过BIM 模型导出DSTV 格式文件，再通过研发的工艺余量添加系统更新DSTV 文件，导入到SigmaNEST 系统进行自动套料，生成用于数字化切割的NC 代码，实现了基于BIM 技术的钢结构设计制造一体化。

7 结语

沪通长江大桥BIM 建模工作量巨大，全桥零件数量超过1000 万，且对模型质量要求高。项目组用高质量精细化BIM 模型为沪通长江大桥面向全生命周期的BIM 应用奠定了坚实的基础。

（1）对于特大型桥梁BIM 建模，在前期应做好规划，制定项目级BIM建模和编码标准，对于建模精度、建模流程、软件、建模细节以及模型审核做出详细规定。

（2）BIM 模型的建模精度应根据应用需求确定，很多模型并不是越细越好，而是应遵循“够用就好”的理念来建模，避免“过度建模”。

（3）BIM 模型除了满足几何精度的要求，还要满足信息和编码的要求。在建设期间的BIM 应用大部分是基于信息的应用。

（4）构件库的积累和二次开发是提高建模效率的有效手段，随着构件库的丰富，设计人员手中的“积木”越来越多，才能做到以“搭积木”的方式进行设计工作。