・工 程 结 构・ 基于ＢＩＭ技术的城市异形桥塔斜拉桥设计研究 朱殷桥，何 畏，王 亮 （西南交通大学土木工程学院，四川成都６１００３１） 【摘要】 作为一个热点应用技术，ＢＩＭ在建筑工程与桥梁工程中的应用存在重要的联系，但也有明显 的差异。文章以广东省珠海市横琴新区依依桥为背景工程，介绍了斜拉桥初步设计过程中的ＢＩＭ技术应用 研究工作，主要包括构件分类、族库建模、可视化设计、参数化设计、半自动化出图等。针对桥梁工程的应用 特点，进一步提出了基于ＸＭＬ格式的桥梁设计ＢＩＭ信息分类存储和传递技术的方法。通过分析ＢＩＭ建模软 件与其他软件的数据交互，并依托具体案例验证基于ＸＭＬ的实现对斜拉桥塔、梁、索的结构化信息和非结构 化信息数据存储和传递的可行性。研究表明，在异型斜拉桥中应用ＢＩＭ技术，可有效提升设计效率，减少人 工、时间和资金成本，采用基于ＸＭＬ格式的信息存储技术可解决桥梁ＢＩＭ中信息存储复杂的问题，为桥梁全 寿命管理提供重要支撑。 【关键词】 斜拉桥；ＢＩＭ技术；桥梁全寿命管理；存储与传递；ＸＭＬ格式 【中图分类号】Ｕ４４２．５ ４ 传统的计算机辅助设计与管理方法及流程已经越来越 难满足目前建筑工程和交通领域越来越复杂的需求，建筑信 息模型（Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ＢＩＭ）概念的出现突破 【文献标志码】Ａ 了土建行业信息管理发展新阶段的瓶颈，为工程行业提供一 个全新高效的Ｔ作平台，使＿Ｔ程设计建造周期显著缩短、效 率和品质全面提高。 图１ 沪昆客专北盘江大桥 然而桥梁１：程运用ＢＩＭ技术核心是实现桥梁工程信息 的共享与转换… ，因此结合桥梁工程信息特点探索桥梁工程 信息交换和共享机制，通过构建桥梁工程ＢＩＭ数据集成管 理框架体系和基于ＢＩＭ的桥梁信息模型数据分类与存储模 式，对促进桥梁工程ＢＩＭ技术的发展应用有重大意义。 ｌ 工程背景 １．１ ＢＩＭ技术在桥梁中应用现状 由于桥梁工程的高速发展，如今出现越来越多的桥梁异 型构件，其构造复杂，对材料和力学性能的要求更高，同时还 需要保证桥梁长期服役状态下的高标准、高质量。因此为了 适应桥梁＿Ｔ程技术的发展与应用，桥梁工程ＢＩＭ技术应运而 生 。国外ＢＩＭ在科研、设计、施工和维护重建等领域均有 应用．但国内针对桥梁ＢＩＭ应用更多的是在施工阶段，在桥 梁设计阶段仍处于初步探索状态，而ＢＩＭ技术在设计阶段的 应用主要表现为以模型为主导的设计，具体表现有构件分 类、族库建模、可视化设计、参数化设计、半自动化出图等应 用。在沪昆客专北盘江特大桥（图１）设计中，中铁二院进行 了基于ＢＩＭ技术的设计，建立了详细的全桥模型、劲性骨架 局部模型、节段模型及场地模型等（图２）。 １．２桥梁工程ＢＩＭ与建筑工程ＢＩＭ的异同 图２沪昆客专北盘江大桥ＢＩＭ应用 ［定稿日期］２０１７—０３—１０ ’ 建筑Ｉ１ｌ：程对ＢＩＭ应用的要求主要以减少重复工作、解决 碰撞、利于工程各方沟通和管理为主，便于运营维护管理，是 一［作者简介］朱殷桥（１９９１～），男，硕士研究生，研究方 向为桥梁概念设计；何畏（１９７２～），男，副教授，研究方向为 桥梁概念设计；王亮（１９８９一），男，助理工程师，研究方向为 桥梁概念设计。 定场地范围内建筑、结构、机电工程的集成 ］。而桥梁工 程较之建筑工程，对结构的受力性能要求更为突出，桥梁工程 １５２ 四川建筑第３７卷４期２０１ ７．０８ ・工 程 结 构・ 的ＢＩＭ研究 存 建筑、机【乜干＂结构相互协调的ｆｌｉ１题， 足 桥塔采川丁 倾式［ＩｆＩ塔 窠，桥塔立面线彤复杂，没汁过 ｍ于其跨度大、使川ｔ寿命长、荷载大、易损伤，需长期监测检 程巾采用ｆ｝｝１线拟合的厅 实 而线形拟定，并利川ＢＩＭ专 修， 此蕻主要以包 性能信息在内的全寿命模型啦川为 软件Ａｕｔｏｄｅｓｋ Ｒ ｉｔ的参数化功能实现曲线符段的平滑拟 ＿ｔ，以结构受力性能为主要天泣对象，倾向于生命剐内结构 合 在桥塔设计过程ｌ｝ｌ， 维卡｝！型对空间的展示使得川ｒ】通过 和性能信息的集成平＂流动管理、两者的应用侧重点 ３ 比平面网更直观的方式选择丁造 更优的设计方案一（【冬１ ５） 图５桥塔立面优化设计 锚 构造的没汁 骼个设汁过程中占了ｉ｝｛人比例的ｒ 作 ， 时锚同构造也ｍ于桥梁的特殊造型变得 问性很 强，Ｉ１．其本身构造复杂，传统二维设计很难表达设汁成果，【夫ｊ 此通过Ｂ１Ｍ对锚』川构造进行 维没汁 、由。Ｉ桥 布 架 化范 向南侧移动３０『ｌｌ＇ 虑卡Ｈ关构造平¨受力特性，他得梁 【 后锚块设计多次进行优化州整，使之和桥面板、横隔板、腹 图３ ＢＪＭ在连筑工程、桥梁工程中应用的侧重点 板、ＪＪＩ］劲肋、封板等的卡｝｛互火系明确千¨统一，并构成合理传力 １．３依依桥工程背景 结构（罔６）。 本史以珠海市横琴新 依依桥桥梁丁程为项Ｉｉ背 ，桥 总Ｋ １８８ ｒｆ１．全长１９６ １１１，布跨方式为４ｘ３０ ｍ＋６８Ⅲ＝１８８ ｆｌｌ， 通航孑Ｌ没嚣在主跨跨，工内 、本桥结合周围环境ｌｆ１Ｊ桥位建设 条件，在对传统有背索斜｛ 桥深入研究的基础上，收独具东 方之荚且象ｆ【Ｅ世界性的风阻文化的“风首箜篌”，捉｝｛５的一种 新型的有背索前倾｝Ｉ｝１塔斜托桥，桥塔前索面向北 弯曲倾斜 约４０。，配合竖琴形前索，整体外观呈“凤首箜篌”造 。从 图６锚固传力优化设计 倾斜曲塔Ｌ设置 从ｊ组背索锚同于边跨的外缘，与前索在 存依依桥项ｌ ｊ没¨ 建模［ｉｌ『，甬‘先需要根据 构构件类）ｊＩＪ Ｉ 形成稳定的四 体构 （【矧４）。设计结构形式既 圳ｒ 对项目桥梁结构进仃分类（丧１）．．卡句件族可ｆｆ１多人分别建 常规斜托桥，又区圳于传统兀背索斜塔斜拉桥 ，全桥结构 立，导入项目文件・ 进行族的渊用，采用关键的点线向定位 力线明确，与周 观协渊统一 拼装方法组建全侨结构；酱菜构件族结构发生变化，ＩＩＴ直接 由项目进人构什族【ｆｌ进行修改，最新导人项日即 完成结构 的调整，大大提 ．ｒ桥梁没汁的效率 、 表Ｉ桥梁构件族分类 一Ｉ ５ ．没计阶段 构件族 族数／个 桥塔族 ８ 图４依依桥空间造型 箱粱族 ５ 依依桥主桥桥宽为３ｌ～３８ Ｉｎ，主塔采用变截 倾斜ｆｆ｝Ｉ塔 Ａｕｔｏｄｅｓｋ Ｒｅｖｉｔ 锚㈣族 ２ 绡构．塔身曲线线肜果』｛ｊ网曲线拟合，桥面采用双向６乍道布 拉索族 Ｊ 置．全桥共没２３根扎索．包括ｌ７根前索和６根背索 、 下部结构族 ４ ２ ＢｌＭ技术在斜拉桥设计中的应用 ２．１ 依依桥特殊部件的优化及构件族的建立 ２．２可视化设计 依依桥为钢结构件形斜曲塔斜拘桥，也可看作 作体系 ｒｈ下设计过 巾建 了卡ｆＪ对完善的ｊ维空 模型， 此 斜托桥，采用的是塔 闻结、塔墩分离的结构形式，主梁圭跨 可以认为设计过程实现了可视化。基于ＢＩＭ的没汁将很好 采ｔｔｊ变截面钢箱 ，边跨 采用＿，钢箱梁结构形式。桥梁上 地规避桥梁结构构造 位置不合理或相互１：扰的问题，在 邴结卡勾包括钢箱粱ｔ梁、前倾曲线钢塔和斜拉索系统ｉ大部 设计细节的处理Ｊ ，桥梁设汁ｒＩ］常常被忽略或容易ｆｆ｛错的细 分 卜部结构包括桥墩取ｊ桃恭础、桥台等内容， “绱十勾复 部构造问题存ｉ维卡Ｉ！型『１１订很好地展尔， 此其…错牢将大 杂、异型构件众多、Ｔ 氍信息量Ｆｉ大等特点。为顺利实现该 大降低。还有往 问障碍的分析中，通过羔维模 更利于分 桥的设计，从概念没汁开始就采用了基于ＢＩＭ技术的空问一 析施 ：可行性， 本桥的钢结卡勾焊接空间是否足够等，部可 维模型设计思想，并一敛贯穿到施Ｔ图设计阶段 。 以通过ｊ维模型形象嚣测和展爪（图７） 、 四川建筑第３７卷４期２０１ ７．０８ ｌ５３ 建模的优点在于它非常直观地模拟了现实，使信息传达更为 便捷 。 ３．３基于ＸＭＬ的桥梁数据存储与传递 参考文献 ［１］张海华，刘宏刚，甘一鸣．基于ＢＩＭ技术的桥梁可视化施工应 用研究［Ｊ］．公路，２０１６（９）：１５５—１６１． 桥梁工程中涉及到的信息除了结构化信息外，还有很大 一部分非结构化信息，包括文本、图形图像、文档、单独文件 ［２］ 尚春静．基于建筑生命用期的建筑业管理信息化研究［Ｄ］．北 京：北京交通大学，２００７． ［３］王琚．ＢＩＭ理念及ＢＩＭ软件在建设项目中的应用研究［Ｄ］．成 都：西南交通大学，２０１１． 等，这些信息都是存在异构环境中，异构数据集成可以靠 ＸＭＬ来描述并保存。因此ＸＭＬ也可以作为跨平台的非结构 化信息交换和互操作的一种实现方式。这样，统一的数据 ＸＭＬ模型屏蔽数据来源和数据结构的异构性，还可将多个 数据纳入同一ＸＭＬ文件模型。把ＸＭＬ作为桥梁工程非结 构化信息的存储和转换媒介是一种可行的选择。 ［４］董耀文，王显臣，张胜超．乐清湾大桥基于Ｒｅｖｉｔ软件的桥梁 ＢＩＭ模型参数化设计初探［Ｊ］．公路，２０１６（９）：１６１—１６４． ［５］陈艾荣．基于给定结构寿命的桥梁设计过程［Ｍ］．北京：人民 交通出版社，２００９． ４结论 本文依托珠海市依依桥的设计，针对斜拉桥设计过程中 的ＢＩＭ应用进行研究，分析了现阶段ＢＩＭ应用存在的问题， 针对存在的问题进行了基于ＢＩＭ的桥梁设计信息管理框架、 ［６］安雪晖．基于信息技术的建设项目生命周期管理［Ｊ］．智能建 筑与城市信息，２００３（４）：７Ｏ一７２． ［７］王亮．基于ＢＩＭ的斜拉桥设计应用与信息管理研究［Ｄ］．成 都：西南交通大学，２０１６． ［８］Ｓｅｏ Ｊｏｎｇ—Ｃｈｅｏｌ，Ｋｉｍ Ｉｎ—Ｈａｎ．Ａ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ Ｔｒｅｎｄｓ ａｎｄ Ｓｔｒａｔｅｇｉｃ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ Ｏｐｅｎ ＢＩＭ Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ 数据存储与传递技术的基础研究，并总结如下 ： （１）依依桥设计过程中运用到了可视化设计、参数化设 计、半自动化出图、导出计算模型等ＢＩＭ技术应用，利用ＲＥ— ＶＩｒＩ’建立了自定义构件库并组拼全桥ＢＩＭ模型，ＢＩＭ技术的 应用对提高桥梁设计质量和设计效率具有一定的促进作用。 ［Ｊ］．Ｋｏｒｅａ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ． ２００８，１０（４）：５８—６５． ［９］ 汪波．斜塔无背索部分斜拉桥结构设计计算研究［Ｄ］．南京： 东南大学，２００６． ［１Ｏ］林友强，曾明根，马天乐，等．桥梁工程设计ＢＩＭ技术应用探 （２）在桥梁领域中ＢＩＭ信息更关注桥梁受力信息以及 全寿命相关信息。要实现桥梁工程ＢＩＭ信息集成管理必须 按一定的规则对桥梁工程全生命周期信息进行分类和编码。 （３）ＸＭＬ可以作为桥梁ＢＩＭ信息存储的有效载体。利 用对桥梁工程结构化信息和非结构化信息的ＸＭＬ格式存储 研究，证实了选用ＸＭＬ作为桥梁ＢＩＭ信息存储数据格式具 备可行性，为桥梁信息数字化存储提出了一种新的实现 途径。 ‘ ＇ 址‘ 索［Ｊ］．结构工程师，２０１６（４）：７—１２． ［１１］ 陈莎莎．基于ＢＩＭ技术的钢桁架拱桥设计及信息管理研究 ［Ｄ］．成都：西南交通大学，２０１６． ［１２］吴露方．基于ＢＩＭ的桥梁全生命周期管理研究初探［Ｊ］．土木 建筑工程信息技术，２０１３（６）：１７—２１． ［１３］陈训．建设工程全寿命信息管理（ＢＬＭ）思想和应用的研究 ［Ｄ］．上海：同济大学，２００６． ‘ ＾ ＾０ ＾●０ ‘０ ＾ （上接第１５１页） 程曲线和支座处弯矩的时程曲线，以及在 最大响应出结构各截面处的弯矩、剪力和轴力。可以得出以 下结论： 技，２０１３（７）：６９—６０． ［２］刘事莲．波形钢板桥涵结构物的应用设计［Ｊ］．公路与汽运， ２００７（４）：１４４—１４７． 两组加速度地震波作用下，从拱脚到拱顶的方向：结构 ［３］张卫伟．波纹钢板桥涵稳定性数值分析研究［Ｊ］．山西建筑， ２００８，３４（３６）：３２５—３２７． 的 方向位移先增大后减小，增加的幅度较大，减小的幅度 较小，拱肩处达到最大，拱脚附近最小并且远远小于拱顶和 ［４］ 夏志强．波纹钢板拱桥应用与设计施工技术的研究［Ｊ］．公路 交通科技，２０１３（１１）：３４０—３４２． ［５］ 张德生，李远瑛，彭述权，等．波纹钢板桥涵静载试验研究 ［Ｊ］．四川建筑科学研究，２００６，３２（３）：２６—２８． ［６］刘保东，刘宗敏，张孟东，等．覆土波纹钢板桥涵自振特性试 验及分析［Ｊ］．北京交通大学学报，２０１４，３８（４）：９７—１００． ［７］李百建，符锌砂．低拱型波形钢板桥梁有限元分析［Ｊ］．公路交 通科技，２０１２（７）：１０７一ｌ１２． ［８］李百建，符锌砂．基于Ｄ—Ｐ模型的波形钢板土压力对比研究 ［Ｊ］．公路与汽运，２０１２（６）：１５６—１６０． 拱肩处的位移，拱顶位移略小于拱肩处的位移；在最大响应 时。结构在两组地震波加速度的作用下，弯矩和轴力成反对 称，剪力正对称。从拱脚截面到拱顶截面的方向：随着距离 的增大，弯矩先减小接着增大最后又减小，共出现两次零点， 分别是距拱脚１／３处和拱顶处，剪力先减小后增大，在距离 拱脚２／３处出现零点，轴力先增大后减小，在拱顶处最小；弯 矩和剪力分别在支座处达到最大值，轴力在拱肩处达到最大 值。由于在拱肩处结构的位移和内力均较大，所以应该增加 支座和拱肩截面处的刚度，以增大结构的抗震性能。 参考文献 ｆ９］ＪＴＧ／Ｔ Ｂ０２一Ｏ１—２ｏｏ８公路桥梁抗震设计细则［ｓ］． ［１Ｏ］王新敏．ＡＮＳＹＳ结构动力分析与应用［Ｍ］．北京：人民交通出 版社，２０１４． ［１］郝凯荣．波纹钢板涵洞在公路上的应用浅析［Ｊ］．公路交通科 四川建筑第３７卷４期２０１７．０８ １５５
