BIM技术在桥梁工程中的应用.pdf

1、吴宏波 吴宏波 中交公路规划设计院有限公司 公路长大桥建设国家工程研究中心?BIM?BIM?概 概 述 述 l如何使如何使BIMBIM技术在桥梁程中最化地体现价值?技术在桥梁程中最化地体现价值?nBIM的价值体现于在工程建设全生命期实现各方信息交流 n根据需求，利用BIM技术提高设计、施工和运维管理效率与质量 BIM?1.设计阶段设计阶段BIM技术应用技术应用 2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 4.软件及标准 软件及标准 5.发展展望 发展展望 提 提 纲纲BIM?1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 lBIMBIM协同设计?协

2、同设计?n通过BIM协同设计系统，将设计人员按专业分工，统一纳入系统进行协同设计，可以提高设计信息流转效率 BIM?lBIMBIM协同设计?协同设计?n协同设计系统管理整个设计流程，并可与企业其他信息管理系统集成，形成设计企业信息化的构架 1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?l参数化建模?参数化建模?n实现常规标准化桥梁的参数化，复杂特大桥梁主要构件的参数化 n建立三维上、下部构件的标准化库，如箱梁、墩身、基础等。根据原始基础资料及线路设计资料，自动化、批量化完成全线桥梁的设计建模 1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?l参数化建模?参数化建模?n实现桥梁与线

3、路、地形、地质的关联化，通过辅助软件保证设计变更的快速完成，通过将模型和实际环境的融合实现设计方案比选 1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?lBIMBIM与计算分析软件结合?与计算分析软件结合?BIM模型 整体、局部计算模型 分析软件计算 n传统设计中，图纸模型与计算模型相互割裂 n研发参数化建模软件，通过参数化建模的方式生成三维模型；同时模型能导入分析软件进行分析计算，实现高效的全桥设计和分析计算过程 n将BIM三维模型局部导入有限元计算软件计算，通过计算结果修订三维模型，从而实现建模和分析计算的高效统一 BIMBIM模型与计算结合流程?模型与计算结合流程?1.设计阶段设计

4、阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?q分析功能?分析功能?n车辆荷载模拟?n预应、收缩徐变模拟?n温度荷载分析?n施阶段非线性模拟?n成桥阶段非线性模拟?n连续梁、连续刚构计算?n斜拉桥内测中?n悬索桥内测中?q完成进度?完成进度?l桥梁三维非线性数值分析软件OSIS桥梁三维非线性数值分析软件OSIS?1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 n自主开发可进行梁桥、斜拉桥、悬索桥各类桥型非线性分析的计算软件 BIM?建模效率高建模效率高：参数化建模，真实高效模拟接头、GINA止水带等沉管隧道构件 计算精度高计算精度高：计算精度与国际商业有限元软件一致，且获国内外多家知名单位平行复核验证

5、在港珠澳大桥沉管隧道施工图设计和在港珠澳大桥沉管隧道施工图设计和大连湾初步设计成功应用 大连湾初步设计成功应用 技术特点应用 l沉管隧道结构沉管隧道结构-基础设计集成系统?基础设计集成系统?1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 n自主开发了国内首款沉管隧道专用综合分析软件，解决了沉管隧道结构和基础计算难题 BIM?1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 4.软件及标准 软件及标准 5.发展思考 发展思考 提 提 纲纲BIM?2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 BIMBIM技术在施

6、工阶段的应用流程技术在施工阶段的应用流程钢梁制造 钢梁制造 BIM?n钢构件制造体化（钢构件制造体化（1/21/2）?BIM?Dxf?G?2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 l制造与预拼装?制造与预拼装?方式一方式一：在三维模型软件中导出二维图纸来供实际加工使用方式二方式二：应用部分自动化的功能对三维模型进行辅助加工制造，如TeklaStructures所具有的自动套料排版功能生成制造输出数据方式三方式三：将三维模型以中间数据格式的方式同数控设备进行直接对接，以自动化方式完成对零部件的精确制造。如TeklaStructures的.dstv格式就能够同Ficep以及HGG公司所生产的数

7、控设备直接对接 BIM?港珠澳沉管隧道最终接头港珠澳沉管隧道最终接头teklatekla模型 模型 2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 n钢构件制造体化（钢构件制造体化（2/22/2）BIM?2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 n钢构件虚拟预拼装钢构件虚拟预拼装 构件制造完成后，首先采用三维数字摄影等技术进行实体尺寸的扫描，获取高精度高分辨率的数字模型，制作模拟构件。然后通过仿真检测技术将模拟构件和BIM标准模型进行复模，找出偏差指导修正来辅助制造 BIM?2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 n施艺模拟及辅助计算?施艺模拟及辅助计算?l4D4D施过程模拟?施过程模

8、拟?为关键施工步骤模拟提供可视化解决方案，解决施工中存在的错漏碰；为关键施工步骤模拟提供空间有限元计算几何模型，保证施工安全性 BIM?n施艺模拟及辅助计算?施艺模拟及辅助计算?BIM可视化交底可直观快速地表达施工步骤。通过BIM技术结合施工作业指导书、施工模拟和现场标准视频进行BIM可视化交底，可大大减少误读，避免质量问题、安全问题，减少返工和整改 2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?n施进度管理?施进度管理?2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 将BIM模型附加施工进度计划属性参数，形成4D模型。直观展现计划建造过程，分析实际施工与进度计划的偏差，合理纠偏并调整进

9、度计划，使管理者对变更方案带来的工程量及进度影响一目了然 BIM?n施质量管理?施质量管理?2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 三维模型中附加构件质检要求，验收时通过App直观查询构件质检要求，并录入质量信息，并传入系统进行统一管理 n施质量复核?施质量复核?利用三维扫描仪对构筑物进行三维扫描获得目标物点云数据，通过三维模型与点云模型进行对比和可进行外观质量复核。利用探伤仪获得目标物内部缺陷，进行构件质量复核 BIM?设计模型?分析模型?计算结果?模型模型 整合 整合 主桥监控?临设结构应监控?监控数监控数据集成 据集成 沉降数据?形变数据?挠度数据?支反数据?量测数量测数据集成 据

10、集成 综合分析?安全预警?安全分安全分析预警 析预警 n施安全监控与分析?施安全监控与分析?2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 将施工过程中的结构变形和受力监测数据与理论分析结果进行对比，并进行安全预警，形象展示预警位置，提供解决问题的可能技术方案 BIM?n5D5D程算量?程算量?2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 l5D5D资源管理?资源管理?自动计算整个工程、任意WBS节点在任意时间范围的工程量以及累计工程量；自动计算指定时间段内相应的人力、材料的计划用量和实际消耗量；预测指定日期的资源消耗量，并以此为依据指导采购 BIM?n计量支付计量支付?2.施工阶段施工阶段BI

11、M技术应用 技术应用 基于施工BIM模型进行计量，保证项目、数量、进度、细目等的准确性；自动生成验收申请报告，并附带相关信息；自动生成计量支付申请报告；动态显示项目的计量支付状态 BIM?n竣数字化交付?竣数字化交付?l精确模型移交?精确模型移交?在施工结束后，将形成一个真实反映建筑物实际情况的竣工模型和包含质量、物资、设备、文档等多重信息的数据库，这些将同样作为施工成果，形成竣工档案，并移交到运维阶段 2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用

12、4.软件及标准 软件及标准 5.发展展望 发展展望 提 提 纲纲BIM?n建立建立基于基于BIM技术的桥梁管养一体化平台技术的桥梁管养一体化平台，解决全寿命周期的可视化信息共享解决全寿命周期的可视化信息共享，实现桥梁精细化实现桥梁精细化、动态化管理动态化管理 n坚持以“坚持以“全寿命周期内的监管养护全寿命周期内的监管养护”为目标为目标，通过数字化养护通过数字化养护，建立桥梁全寿命建立桥梁全寿命期的数字化期的数字化、信息化档案信息化档案 n及时“及时“感知桥梁感知桥梁”，在结构危险萌芽阶段发出预警在结构危险萌芽阶段发出预警 桥梁建养一体化平台 桥梁建养一体化平台 l桥梁桥梁BIMBIM建养体化云

13、平台?建养体化云平台?3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?n桥梁感知系统：通过检测系统获得桥梁结构的动态响应及环境等数据信息 n数据传输系统：通过高效数据访问通道，实现数据于广域网中的安全传输 n中央大数据存储系统：实现桥梁群现场感知信息的中央云存储 n虚拟镜像还原系统：将各座桥梁现场服务器环境虚拟化还原到数据中心，实现在国家工程中心近端集中管理分析远程数据的需求 l桥梁桥梁BIMBIM建养体化云平台?建养体化云平台?桥梁现场感知及传输系统 桥梁现场感知及传输系统 中央大数据存储系统 中央大数据存储系统 专网 专网 无线网络 无线网络 现场虚拟镜像还原系统 现场虚拟镜像还原系

14、统 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?监控大厅 云数据中心 决策室 桥梁远程安全监控 桥梁综合分析评估 特殊事件应急监管 监测数据管理 桥梁国家工程研究中心 桥梁国家工程研究中心 l桥梁桥梁BIMBIM建养体化云平台建养体化云平台：桥梁国家程研究中实施示范?桥梁国家程研究中实施示范?3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?n将桥梁关键构件的建设期安全监控信息与运营期养护管理信息相结合将桥梁关键构件的建设期安全监控信息与运营期养护管理信息相结合，形成桥梁形成桥梁一体化监管一体化监管，实现桥梁全寿命周期内各种数据分析实现桥梁全寿命周期内各种数据分析、管理管理、共享

15、和信息融合共享和信息融合 l桥梁桥梁BIMBIM管养系统研发管养系统研发?桥梁数字建模 桥梁数字建模 施工模拟 施工模拟 桥梁数字建模 桥梁数字建模 施工期施工期施工模拟施工模拟施工期安全数施工期安全数据信息管理 据信息管理 养护期养护期数字化巡检养护 数字化巡检养护 养护期养护期远程健康监测 远程健康监测 桥梁管养决策 桥梁管养决策 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?桥梁数字建模 桥梁数字建模 施工期施工期施工模拟施工模拟施工期安全数施工期安全数据信息管理 据信息管理 养护期养护期数字化巡检养护 数字化巡检养护 养护期养护期远程健康监测 远程健康监测 桥梁管养决策 桥梁管

16、养决策 远程健康监测 远程健康监测 施工期信息管理 施工期信息管理 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 l桥梁桥梁BIMBIM管养系统研发管养系统研发?BIM?桥梁数字建模 桥梁数字建模 施工期施工期施工模拟施工模拟施工期安全数施工期安全数据信息管理 据信息管理 养护期养护期数字化巡检养护 数字化巡检养护 养护期养护期远程健康监测 远程健康监测 桥梁管养决策 桥梁管养决策 数字化巡检养护 数字化巡检养护 桥梁管养决策 桥梁管养决策 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 l桥梁桥梁BIMBIM管养系统研发管养系统研发?BIM?桥梁全寿命周期成本分析流程 桥梁全寿命周期成本分析流

17、程 l桥梁全寿命周期成本计算及评估桥梁全寿命周期成本计算及评估?n桥梁全寿命周期成本桥梁全寿命周期成本 输入桥梁基本参数建设期成本参数选择桥型LCC计算成果折现率建设期成本计算管理成本计算专项检测成本计算保险成本计算用户成本计算环境影响成本计算拆除成本计算管理成本参数专项检测成本参数用户成本参数保险成本参数环境影响成本参数拆除成本参数建设期成本管理成本专项检测成本用户成本保险成本环境影响成本拆除成本桥梁全寿命周期成本桥梁全寿命周期成本计算工程项目成本参数养护成本计算养护成本参数养护成本维修成本计算维修成本参数维修成本桥梁整个寿命期内用于桥梁整个寿命期内用于桥梁的桥梁的规划规划、研究研究、设设计

18、计、实验实验、施工施工、养护养护、检测检测、维修维修、管理管理、拆拆除除等各阶段作业所支付等各阶段作业所支付的成本总称 的成本总称 n桥梁全寿命周期成本折桥梁全寿命周期成本折现率计算模型现率计算模型 用社会折现率和物价波用社会折现率和物价波动水平来表征计算 动水平来表征计算 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 BIM?1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 4.软件及标准 软件及标准 5.发展展望 发展展望 提 提 纲纲BIM?l国内外主要国内外主要BIMBIM软件?软件?TeklaBI

19、Msight 清华学?4D-BIM?Prolog VicoOffice ProjectWise ContructSim Navigator CATIA PipeDesigner WinEst TeklaStructure AECOsimBuildingDesigner STAADPro PowerCivil ProStructures SketchBook Constructware BIM360 Navisworks Revit FabricaNon Robot GreenBuilding SketchUp 规划规划?设计设计?施施?运维运维?BentleyFaciliNes 清华学?BIM

20、-FIM?联达5D?SOLIDWORKS ENOVIA SIMULIA DELMIA GEOVIA 众智CITYPLAN?MagiCAD 鸿业?联达GICD?国内?国外产品多国外产品多，国内少国内少?设计产品多设计产品多，管理少管理少 4.软件及标准 软件及标准 BIM?l国内外主要国内外主要BIMBIM软件应用分析软件应用分析?软件名称 软件名称 适用性 适用性 局限性局限性Revit(AUTODESK)软件系统的设计是按照建筑的习惯，以轴网、楼层为建模基础，最适合建筑行业 对于长距离路线的建模未进行优化，模型巨大，且不支持并行计算 PowerCivil(Bentley)具有路线功能，涉及到

21、路线和全桥的大方案Bentely的产品最合适 应用于桥梁设计还需进行二次开发 CaNa(Dassault)强项在局部精细化模型，最适合复杂模型建模，可以用于大桥的复杂局部建模 不适合长距离，大体量的全桥模型 Tekla(Trimble)最适合于钢结构，主要钢结构加工单位使用，比如振华直接用它出加工图 不适合长距离，大体量的全桥模型 4.软件及标准 软件及标准 BIM?lBIMBIM标准研究?标准研究?参加单位：二航院、一公院、二公院、公规院、水规院、铁路院、机场院等 涉及专业：港航工程、公路工程、隧道工程、桥梁工程、建筑工程、铁路工程、机场工程（公规院承担BIM技术在长大桥梁中的研发及应用）n

22、国外对于BIM数据标准以及应用标准已经有较多研究，形成了较全面的BIM标准体系 n国内建筑、市政、铁路等领域均在积极推动标准研究，形成了建筑工程设计信息分类和编码标准、建筑工程设计信息模型交付标准、铁路工程信息模型分类和编码标准、铁路工程实体结构分解指南以及中国市政设计行业BIM实施指南 n中国交建在中交集团科技项目“BIM技术在中国交建工程设计中的应用研究”中，按照专业分工由所属各子公司分别进行本专业BIM标准的制定工作 4.软件及标准 软件及标准 BIM?n结合桥梁BIM技术应用实践，与施工相关需求对接，完成桥梁工程信息模型分类和编码标准、桥梁工程信息模型交付标准初稿，并在实际应用中不断完

23、善标准。企业标准名称 企业标准名称 内容 内容 桥梁工程信息模型分类和编码标准桥梁工程信息模型分类和编码标准 规范构件和信息名称，统一编码，实现桥梁工程全生命周期信息的交换、共享。目的提高信息处理效率，实现计算机自动处理 桥梁工程信息模型交付标准桥梁工程信息模型交付标准 规范模型、构件、信息深度和交付内容。目的提高各专业各阶段信息规范化、可操作性 lBIMBIM标准研究?标准研究?4.软件及标准 软件及标准 BIM?1.设计阶段设计阶段BIM技术应用 技术应用 2.施工阶段施工阶段BIM技术应用 技术应用 3.运维阶段运维阶段BIM技术应用 技术应用 4.软件及标准 软件及标准 5.发展展望 发展展望 提 提 纲纲BIM?制定政策法规和发展目标，推动BIM技术应用 优化工作流程，建立基于BIM的管理模式 建立BIM标准体系，编制相应的应用标准 突破BIM应用关键技术，研发实用的BIM软件 BIM应用按照发展目标，分阶段、分步骤循序推进 1 2 3 4 5 l作重点?作重点?政策导向政策导向 管理变?管理变?标准先?标准先?技术创新?技术创新?渐进发展?渐进发展?5.发展展望 发展展望