目前,在桥梁设计阶段。BIM技术应用的最为成熟而且广泛。大多数的桥梁工程的外观设计与结构设计都是由桥梁设计师一人独自完成。这与房屋建筑工程的设计有着很大的差别。桥梁设计师不仅需要保证桥梁安全性、可靠性、适用性、耐久性和经济性,并且还需考虑将桥梁的外观与四周的景观保持一致。因此,这就使桥梁设计师的工作内容更加的多样化和复杂化。基于传统模式下的桥梁设计,设计者首先拟定桥梁初步设计方案,然后在利用CAD进行二维图纸出图。通过相关的有限元分析软件计算得出桥梁结构内力后,在对图纸进行相应的修改,一旦桥梁构件的尺寸发生了更改,那么在二维图纸上就需要对平面、立面和剖面都进行相应修改。由于,基于BIM的桥梁工程项目具有可视化、参数化、模拟性、优化性及可出图性等五大特性,桥梁设计师可以利用BIM技术对桥梁进行快速三维参数化建模、桥梁局部构件刚度和强度的验算、三维模型的快速修改以及利用桥梁三维模型进行二维平面的出图。
快速参数化建模
BIM的快速参数化建模需要基于已经建立好的桥梁骨架线和桥梁局部参数化构件。在BIM核心建模软件中局部参数化构件又被称为“族”。其代表的含义为:某一种类桥梁局部构件的集合,依据桥梁局部构件在空间造型上的相似程度进行分类。我们通过“骨架+模板”的方法来进行桥梁三维模型的建立。以“搭积木”的形式逐步完善桥梁整体模型。在同一类的“积木”构建中,我们可以创建一个通用模板,并在模板中设置像尺寸、距离、材质和可见性等属性。通过对尺寸以及材料属性的修改,快速建立形状相似、不同尺寸和材质的桥梁局部构件。
由于桥梁工程的特殊性,每一座桥梁需要根据其所在的地理位置来确定其桥梁的形式和跨径等具体内容,这就导致了桥梁与桥梁之间局部构件的细节几乎都会有些不同,导致难以实现用相同的“族”来进行局部构件的插入。因此,需要设计师们自己手动绘制桥梁局部参数化构件,来满足参数化建模的要求。目前,经常使用BIM技术的设计院以及施工单位,都拥有自己的参数化构件存储库,在这个参数化构件存储库中拥有大多数简单桥梁的参数化构件,像四桩承台、T梁、重力式桥台等等。利用族库中的参数化基本能够完成简单桥梁的三维建模。当然,对于一些异型的、复杂的以及特大型的桥梁还需要对已经存在的参数化构件进行相应的修改才能够使用。
桥梁模型计算
在桥梁工程的结构设计中,我们不仅需要对其整体的刚度、强度以及稳定性进行分析,而且也需要对其局部构件进行验算。在桥梁整体模型计算中,我们首先对桥梁真实的受力状态进行一系列的处理,以便达到有限元分析软件能够模拟的状态。这时,在BIM建模软件中的详细数据便不再适用。目前为止,BIM建模软件与桥梁有限元分析软件之间如何进行数据互导和信息传递的问题还未解决。这在桥梁整体结构分析中稍有不便。虽然说有的BIM系列软件中自带了一些有限元分析功能:如Revit中的AutodeskRobotStructuralAnalysis和CATIA中的AbaqusforCATIA等等,但是这些功能对于就是计算桥梁整体模型的刚度、强度和稳定性来说,远远不如MidasCivil软件好用,而且也缺少相应的桥梁规范作为技术支持。
在对桥梁局部构件进行验算时,我们便能够使用之前已经建立的桥梁三维模型。例如CATIA软件,在桥梁设计的初期,我们建立完整的桥梁三维模型。利用切割功能,提取我们所需要进行验算的部位。导入到AbaqusforCATIA模块中,并对桥梁局部构件进行有限元分析的前处理(包括单元定义、划分网格、施加边界条件以及施加外荷载)。之后通过导出的INP格式文件在Abaqus软件中进行后处理。
工程量的统计
基于传统桥梁工程设计阶段的工程量统计需要依据二维平面图中的点、线、面,人工手动或者利用Excel表格来进行计算。对于一些形状比较规则的桥梁构件,人工计算还能够保证其计算的精确性。但是对于复杂的桥梁构件只能近似的计算。而且,如果设计师对桥梁设计方案进行修改,那么之前与所修改构件相关的工程量都得重新进行计算,这无疑就增加了设计师的无效劳动,降低工作效率。引入BIM技术之后,这些问题都可以迎刃而解。在BIM核心建模软件CAITA桥梁模型中,可以对桥梁构件所使用的材料进行设定,利用其测量功能快速又准确地对工程量进行测定,从而加快了计算复杂工程量的速度和减少了因人工简化计算带来的计算误差。
三维协同化设计
为了解决桥梁工程项目在传统设计模式下办公效率低下的问题,设计师们通过建筑信息模型平台提出了三维协同化设计。三维协同化设计是指项目成员在同一个环境下用同一套标准来完成同一个桥梁设计项目,在设计过程中,不同专业人员通过建筑信息模型共同推进设计。而且能够获取准确地信息和及时的沟通。同时,各大软件公司为了满足协同化设计,在软件方面也插入了协同化设计功能,如达索软件的VPM和Revit的Link功能等。
在VPM三维协同化设计下,所有的设计者都在同一个协同环境下进行在线的协同工作。同时,所有的设计人员都面向的同一设计数据对象,设计者的数据会保存在VPM储存器上。为了保证数据时效性,当设计人员修改自己设计内容并进行保存时,其他设计人员能够立即读取该部分的内容,减少因为数据更新不及时带来的无效劳动。在数据的权限方面,VPM会按照角色或者上下文建立的关系建立权限级别,防止已经建立好的模型被图谋不轨的人员篡改。
