基于 BIM 的混凝土桥梁标准化建模技术研究

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基于 BIM 的混凝土桥梁标准化建模技术研究


为迎合桥梁工业化发展趋势, 对目前标准化技术成熟的中小跨径混凝土梁桥构件进行分类, 设定构件参数信息,形成一个标准化构件建模分类体系。 利用BIM软件的开发工具,进行二次开发。以"族"为构件单元,对标准构件库进行科学管理。

——知屋安砖寄语 | 露娜

   公 路 桥 梁 工 业 化 与 标 准 化 是 当 今 桥 梁 发 展 的 重 要 课题,标准化设计是桥梁工业化在设计阶段体现之一。 目前,桥梁设计普遍使用的是通用图集整理修改的模式, 工程图纸由二维视图形式展现。在桥梁结构日益复杂的形势下,普通的二维设计逐渐暴露出它在指导施工方面的不足。二维图纸信息量有限, 只能表达简单的几何信息, 对于物理材质、结构碰撞等施工信息,都无法表示。并且,在设计一些复杂结构时,需要大量图纸才能表达清楚,工作量浩大,资 源浪费严重。 针对以上问题,三维设计给我们提供了解决办法。 三维设计, 可直接通过三维实体模型清晰表达结构构造,更可在模型中加入除几何信息外的其他信息,弥补二维设计信息的不足和工作量的繁重。因此,采用三维设计技术成为桥梁设计行业发展的必然趋势。

为此 ,我们引入了建筑信息模型(BuildingInformationModeling)思想来满足三维设计的需求。 使用 BIM 技术的设计过 程 ,不 再 是 简 单 的 线 条 绘 图 ,而 是 采 取 “搭 积 木 ”的 方式,对参数化构件进行拼装布置。参数化构件,均根据其结构特性,设置了相应的可变参数,使用时只需按项目要求对参数进行修改,从而达到参数化设计。三维设计成果除了三维模型之外,还可自动生成二维图纸,剖面图的剖切位置亦可实时调整,这样既延续了对传统二维设计的继承,又发展了对三维设计表达 的创 新 。 另 一方 面 ,I—Information 作为BIM 技 术 的 3 大 要 素 :Building、Information、Modeling 的 重中之重,也在设计中有所体现。 基于 BIM 技术建立的三维模型,除了构件的几何信息之外 ,还包含了构件的物理、材料、力学等其他项目相关信息。利Autodesk 公的 Revit软件,可实现三维信息模型的建立。 Revit是目前应用最广泛的BIM设计软件之一,使用 Revit 进行设计,所有的图元都是于“族”的,族即是信息的主要载体。 根据要 求的不同,对族参数进行修改,达到基于“族”的参数化设计。

为了使标准构件进行有效组织,存储结构化,方便快速查找使用,还应对其进行科学系统的分类管理。 对此,本文对中小跨径混凝土梁桥根据截面形式、跨径、路基宽度等条件进行分类,并根据其主次关系进行排序,形成一套适用于桥梁标准化构件的分类体系。 并利用相关软件或对其进行二次开发,对构件进行标准化管理,研究出一套针对桥梁标  准化构件的建立和管理体系。

1 参考背景资料

为了建立中小跨径混凝土梁桥的三维信息模型, 达到参数化设计, 本文以中小跨径桥梁通用图集及高速公路典型桥梁工程图纸资料为基础, 在对桥梁构造及构件特性进行分析后,将桥梁结构进行科学划分,使用Revit 软件,建立标准化构件信息模型。在公路桥梁设计中绝大部分 桥梁 是 采 用标 准 化 设计 。据统计,约 80%的设计都是基于以前设计资源的重用。也就是说,大部分的设计是根据设计要求 、道路等级 、水 文地 质情况等,在“通用图”的基础上,加以修改。 本文所采用的标准化“通用图”是中交公路设计院和广东省交通规划设计研究院根据最新规范《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)编制。此图集主要针对中小跨径混凝土梁桥,涵盖了空心板、T形梁、现浇箱梁和小箱梁 4 种桥型,公路等级为Ⅰ级。

2 构件模型标准化

2.1 构件分类方法
  构件信息分类是实现 BIM 技术的基础,只有基于科学的分类体系,才能合理管理构件,构件分类也是参数化建模的基础。 本文研究的对象是中小跨径混凝土梁桥,按桥梁的基本组成可分为:上部结构、下部结构、支座、附属 设 施;按上部结构的截面形式可分为 :空心板、现浇箱梁、小箱梁 、T形梁;按混凝土施工方式的不同可分为:预制混凝土和现浇混 凝 土 ;按 边 界 条 件 可 分 为 :连 续 和 简 支 ;按 跨 径 可 分 为 :10m、13m、16m、20m、25m、30m、35m、40m;按 路 基 宽 度 可 分为:24.5m、26m、28m、32m、33.5m、34.5m; 按斜度, 可分为:0°,15°,30°。 上部结构按组合又可分为:标准节段和非标准节段;下部结构又可分为:桥墩、桥台和基础。

2.2 构件模型参数化

经过对标准图集研究发现,每种桥型的上部结构,均是由标准节段的中板(中梁)和非标准节段的边板(边梁)组合而成,同一跨径的桥型,其中板(中梁)都是相同的,而不 同的路基宽度则均有其相对应的边板(边梁)。 所以,在划分构件时,标准节段作为一个构件单元,每个路基宽度所对应的非标准节段作为一个构件单元。 而不同跨径所对应的中板(中梁)和边板(边梁),其宽度尺寸均相同,高度随跨径的增大而增大。 因此,2 种节段均只在竖向高度设置尺寸参数 ,横向宽度不设。对于下部结构的桥墩而言, 同一截面形式的下部结构大体相同,只是根据跨径和路基宽度的不同,构件尺寸会有所差异。 因此,本文对下部结构的处理是,建立一个通用参数化的模型,不同部件设置相应的可变尺寸参数,使 用 时 ,根据不同的跨径和路基宽度修改构件参数。

3 构件库管理

对构件进行妥善管理,有助于提高建模的标准化水平,提高构件的通用性,是标准化快速建模的首要保证。 然而,对构件的管理仅仅依靠建模软件本身是不够的, 所以我们需要借助一些外部插件, 或通过软件二次开发达到对构件的高效管理。

3.1 信息模型构架

本文根据所参照的通用图集, 并参考中国建筑信息模型标准框架, 按以下层级顺序对中小跨径混凝土梁桥进行分类: 上、 下部结构→混凝土施工方式→上部结构截面形式→跨径→路基宽度。 

3.2 构件库的管理

科学的构件管理工具,有助于设计院实现构件标准化,方便设计人员查找使用。 树状分类体系,可以使整个构件分类一目了然;层级间的上下关系,为构件查找调用提供了途径;窗口化的构件预览,让设计人员在调用前就可以看到构件概况; 个性化的构件命名, 可以通过关键字快速查找构件。 为了实现上述功能,本文使用了“族管家”管理工具,如图 21所示。 界面左边是依据本文第一节中的分类原理设置的层级文件夹;右边是构件的预览框,可显示所选文件夹中的所有构件,选择所需构件,可使用加载命令快速调用。 


3.3 操作面板个性化设计

目前的 Revit 软件,更多的适用于房屋建筑方面,软件操作并不利于桥梁设计人员使用。 为了更好的推广 BIM 技术,增加用户操作时的便捷性,本文对根据构件分类及用户操作习惯,通过 Revit 二次开发,对软件操作界面进行了专业定制。本次开发使用的开发环境是 Visual Studio 2010, 基于C# 语言,利用 RevitAPI 对 软件进行二次开发 。首先,打开VS 程序集成开发环境,建立一个 class library 类库项目。 其结构的安全储备加大,则此计算结果符合该工程实际。

4 结论

基坑的稳定性问题包括随机性和模糊性特点, 本文通过对一基坑土钉支护结构进行稳定性分析,得出如下结论:

(1)中值安全系数与可靠指标、 模糊可靠指标不具有类比性,这由于安全系数法不考虑参数的变异性,是一种定值设计法。

(2)对比非定值设计法中的结构可靠度法与模糊随机可靠度法,模糊可靠指标均小于可靠指标,这是因为前者只考虑了参数的随机性,而后者不仅考虑了随机性且考虑了模糊性特点。

(3)从图5中 我们可发现,当土钉长度相等时,计算得到的模糊可靠指标皆小于可靠指标, 因此考虑更多不确定性的因素会增大结构失稳的概率。故模糊随机可靠度理论能更科学、全面地反映复杂基坑工程问题的实质,这为基坑工程领域开拓了一种新的方向。    

来源:网络

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