常泰长江大桥主塔BIM正向设计.docx
常泰长江大桥主塔BIM正向设计在特大跨桥梁现有的BIM应用中，建模方法复杂，建模过程与设计过程分离，大多属于“施工图翻模”。从初步设计阶段到施工图设计阶段，结构总体和细节改动多，修改工作量巨大，对三维模型修改的便利性提出高要求。常泰长江大桥主航道桥主塔采用钻石形空间四肢塔，锚固结构为“钢-核芯混凝土”新型锚固结构，空间关系复杂，常规二维设计难以满足对设计精度和效率要求。结合常泰长江大桥主航道桥工程，基于Inventor软件进行斜拉桥主塔正向设计过程建模方法研究。其中，重点开展建模方法、参数化建模、模型联动控制、模型重复利用等研究工作，涵盖初步设计到施工图设计全周期，实现设计-建模-出图一体化。工程概况常泰长江大桥主航道桥方案采用双塔公铁两用斜拉桥主塔两侧各设辅助墩及边墩，主桥孔跨布置为(142+490+1176÷490+142)m,全长2440mo常泰长江大桥主跨立面布置主塔采用“钢-混凝土”混合空间四肢塔，中下塔柱为混凝土结构；上塔柱为"钢-混凝土"组合结构。锚固结构为“钢-核芯混凝土”新型锚固结构。BIM建模方法常用的BIM建模方法有“自底向上”和“自顶向下”两种。“自底向上”建模是指先做好基本构件(零部件)，利用各个基本构件之间的配合关系建立基本结构，再将多个基本结构按设计方案组成总体结构。“自顶向下”建模是指先根据需求和设计意图绘制结构的总体方案，由总体方案的控制数据初定各个构件尺寸进行检算,再根据检算结果调整结构尺寸并对构件进行细化设计。整体结构模型建立建模方法初步设计阶段，需对结构的整体方案进行设计和比选并进行初步的细部设计。在施工图设计阶段，需对结构进行精细化设计，以达到制造和施工要求。根据主塔设计特点，对于主塔主体结构，采用“自顶向下”的建模方法，即先建立主塔整体结构模型，再对结构进行细化，以整体控制局部。建立主塔轴线根据景观和结构受力需求，本桥主塔选用钻石形空间四肢塔。绘制主塔轴线并建立尺寸约束，即对几何图元的尺寸、距离、角度等创建尺寸约束，由尺寸约束自动生成参数，即主塔的控制高程和轴线控制尺寸等参数，通过修改参数可对几何图元进行修改。放样整体模型在轴线的控制点处建立控制平面，在控制平面绘制控制截面；放样生成主塔整体模型。整体模型生成后，后期可根据设计需求通过修改高程、间距、尺寸等参数，对整体模型进行快速调整。主塔建模过程截面比选常泰长江大桥主塔为钻石形空间四肢塔，中上塔柱结合处将四肢合并为一个塔柱，故实现匀顺过渡尤为重要。初步确定正八边形截面和矩形大切角截面方案，分别进行放样。根据放样结果进行景观效果对比，选择正八边形截面。幕墙细化示意图模型衍生与联动桥塔整体模型基于方案设计需求和模型的宏观把控，在建模过程中省去了细部构造。在施工图设计阶段，设计工作将进一步深化。为减小模型文件大小，节省计算空间，同时便于修改分别衍生混凝土细化模型和钢结构细化模型，作为主塔整体模型下级文件。衍生出的节段模型与整体模型具有一致性，为联动关系，修改上级整体模型，则下级节段模型随之更新。由此实现上级模型整体控制,下级模型深入细化，上、下级模型保持联动形成联动模型组。设计过程中，通常需要多人协同设计。以往的二维设计，若整体方案调整，则需要多方协调配合完成调整。在BIM正向设计中，将节段模型分配给各设计人员，只需修改整体模型，下级节段模型则联动更新既实现了负责人对设计模型的整体把控，又实现了多人协同参与设计工作，避免因沟通不当而导致的设计成果冲突。模型细化混凝土塔柱细化本桥塔肢为单室截面，采用几何约束与尺寸约束相结合方式，几何约束即在草图几何图元上应用约束来固定草图的形状或位置，如垂直、共线、平行等，绘制箱室截面，放样生成箱室形状，通过布尔运算细化空心部分。其余细化部分通过放样、倒角、修剪等操作实现。钢塔柱细化钢结构部分构造复杂，细节较多。为提高设计效率,按吊装节段对上塔柱进行划分，以整体模型衍生模型为控制轮廓；采用几何关系约束原则，作出加劲肋、隔板等板件轮廓，以节段轮廓控制板件尺寸、定位；放样隔板、加劲肋等细部构造实体，建立节段详细模型。襄阳东站整合模型在设计中，当上塔柱截面尺寸发生变化，只需修改整体模型中上塔柱尺寸，其余衍生节段模型自动更新为修改后的尺寸。因加劲肋、隔板等板件草图通过几何关系与节段轮廓约束，板件位置、尺寸自动适应截面的变化，无需进行其他修改。建模方法本桥锚固结构采用新型“钢-核芯混凝土”锚固，外壁为钢结构桥塔，中间为核芯混凝土，斜拉索通过钢锚箱交叉锚固于核芯混凝土上。本桥单个塔共78对斜拉索，每根斜拉索对应一个锚固结构。锚固结构的尺寸、位置与斜拉索空间角度、斜拉索规格等息息相关，在整个设计周期内随着拉索参数的变化而变化，其中涉及参数多、空间结构复杂。采用BIM进行参数化建模，能有效适应设计过程中的拉索调整和空间碰撞问题。若采用“自顶向下”的建模方式，所有锚固结构均在一个模型中建立，该模型中需要设置大量参数，对建模和后期修改极为不便。另外，锚固结构与主塔整体模型关联不大，无需通过“自顶向下”来进行整体控制。为减少单个模型参数设置提高建模效率，将同一编号的四根斜拉索分为一组，建立单组锚固结构模型，再将单组锚固结构模型组合生成全塔锚固结构模型，即采用“自底向上”方法建模。
