BIM技术在沪通长江大桥中的应用.pdf

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1、中铁大桥勘测设计院集团有限公司2019年05月BIM技术在沪通长江大桥中的应用BIM技术在沪通长江大桥中的应用BIM组织与应用环境2BIM技术应用3结语4工程概况11.1单位简介 中铁大桥勘测设计院集团有限公司成立于1950年。建院以来，共勘测设计了公路、铁路、市政等大型、特大型桥梁1000余座，其中长江大桥60余座、黄河大桥30余座、跨海大桥30余座，工程项目遍布全国各地及世界十余个国家与地区。先后培养了3名中国工程院院士、6名全国设计大师、30名国家级专家、2名省级勘察设计大师。1.2六座里程碑万里长江第一桥武汉长江大桥（1957）1.2六座里程碑中国自主设计建造南京长江大桥（1969）九

2、江长江大桥（1993）1.2六座里程碑中国第一座公铁两用斜拉桥芜湖长江大桥（2000）1.2六座里程碑1.2六座里程碑乔治理查德森大奖南京大胜关长江大桥（2011）1.2六座里程碑三索面三主桁斜拉桥武汉天兴洲长江大桥（2009）国家科技进步一等奖1.3工程概况南通张家港上海江阴桥苏通桥通苏嘉城际沪通长江大桥 沪通铁路的控制性工程；位于江阴长江大桥下游45km，苏通长江大桥上游40km；4线铁路和6车道高速公路合建；双层桥面钢桁梁；是继武汉长江大桥、南京长江大桥之后又一座具有跨时代意义的公铁两用跨江大桥。沪通长江大桥1.3工程概况桥型：斜拉桥跨度：主跨1092m，世界第一公铁两用斜拉桥塔高：32

3、5m施工：28m大节段钢桁梁整体拼装用钢量：13万吨主航道桥桥型：钢桁拱桥跨度：主跨336m，世界第一公铁两用刚性梁柔性拱桥施工：先梁后拱用钢量：3.24万吨专用航道桥沪通长江大桥全长11.072km，包括主航道桥，专用航道桥，非通航孔桥及南北引桥。1.3工程概况桥型：简支钢桁梁跨度：112m，共26孔施工：杆件拼装用钢量：0.34万吨非通航孔桥25万吨沪通长江大桥全桥用钢量1.3工程概况钢结构特点 三索面三主桁箱桁组合结构；自重轻，刚度大、受力明确，行车性能优越；体现了世界钢桥结构发展方向；新结构1.3工程概况钢结构特点Q500qE钢材及2000MPa斜拉索均是首次在行业内使用。新材料Q50

4、0qE钢材2000MPa斜拉索1.3工程概况钢结构特点 全焊接技术整体制造；大吨位航运、架设；工厂化、装配化；新工艺28m整节段施工1.3工程概况2014年8月，中国铁路总公司确定开展BIM工作试点工程，共15个项目，沪通长江大桥为3个桥梁试点项目之一。中国铁路总公司BIM试点工程BIM组织与应用环境2BIM技术应用3结语4工程概况1BIM组织与应用环境2BIM技术在沪通长江大桥中的应用2.1团队组织中国铁路总公司工程管理中心（沪通长江大桥建设指挥部）中铁大桥勘测设计院设计单位BIM标准制定BIM模型建立设计方案优化中国铁道科学研究院咨询单位BIM模型审核模型轻量化管理系统搭建中铁大桥局集团有

5、限公司建设单位提出应用需求BIM模型深化BIM技术交底中交第二航务工程局有限公司业主单位团队管理项目整体规划中铁山桥集团有限公司钢梁制造单位BIM模型深化物联网技术虚拟拼装2.2项目规划基础研究软件环境标准制定需求调研信息整合EBS和IFD编码模型建立模型分解协同工作钢结构混凝土结构精细化建模设计阶段设计方案优化构件库分析计算二维出图工程量统计施工阶段模型轻量化可视化交底进度管理物联网任务推送运维阶段基于BIM模型的健康监测管理系统ABC2.3软件环境主体结构TeklaStructures模型整合AutodeskNavisworksBIM管理系统自主研发2.5硬件环境移动工作站CPU:I748

6、00M;显卡：NVIDIAQuadroK1100M；内存：32G；硬盘：512GHDD。数量：10台。服务器CPU:2xInterXeonE52680v3;显卡：NVIDIAK6000；内存：512G；硬盘：512G固态硬盘。数量：2台。备用服务器CPU:1xInterXeonE52690V2;显卡：NVIDIAK6000；内存：64G；硬盘：8x900G硬盘。数量：1台。2.6BIM工作开展一期工作2014.032015.122014.03开工建设2014.08铁路总公司BIM试点项目2014.11成立BIM团队2014.12BIM标准制定2015.03BIM建模完成2015.07BIM管理

7、系统上线2.6BIM工作开展二期工作2016.012017.122016.01钢梁设计制造一体化2016.05焊缝过程控制2016.10虚拟拼装2017.01钢梁BIM交付标准2017.06BIM管理系统升级BIM组织与应用环境2BIM技术应用3结语4工程概况1BIM技术应用3BIM技术在沪通长江大桥中的应用3.1项目级标准编制沪通长江大桥BIM技术研究总体方案对沪通长江大桥BIM应用进行总体规划，从团队建设，模型建立，BIM应用进行全方位把控。并于2014年11月通过中国铁路总公司组织的专家评审。沪通长江大桥BIM建模标准对沪通长江大桥BIM建模细节进行规定，包括建模流程、软件选择、坐标系、

8、配色、螺栓细节、钢筋细节、非几何信息等。3.1项目级标准编制沪通长江大桥钢梁BIM交付标准对于BIM模型交付过程和交付物进行了规定，包括对象和参数的命名、模型精细度、信息粒度、数据状态标识和数据传递。沪通长江大桥BIM设计应用指南对BIM技术在正向设计中的应用进行了规定，包括构件的层级关系、构件连接细节设计、BIM二维出图等。3.1项目级标准编制沪通长江大桥BIM管理系统产品白皮书对于“沪通长江大桥BIM管理系统”进行了说明，包括信息录入、模型查看、管理模式、报表生成等。沪通长江大桥EBS和IFD编码标准根据中国铁路BIM联盟发布的铁路工程信息模型分类和编码标准（IFD编码）和铁路工程实体EB

9、S分解指南（EBS编码），并结合沪通长江大桥特点，编制出本项目IFD和EBS编码。3.2BIM模型建立添加信息（Information）碰撞检查导入BIM管理系统不合格修改模型或设计有材料报表无项目级BIM建模标准建立BIM模型（Modeling）第三方模型审核轻量化合格原始模型移交给施工单位建模流程 建模细节 碰撞检查 材料报表 第三方模型审核 模型交付从流程上对模型的完整性、统一性和正确性进行把控3.2BIM模型建立技术细节几何属性3.2BIM模型建立技术细节非几何属性名称材质截面3.2BIM模型建立构件编码 实现一物一码；便于共享、可识别和使用；减少数据冗余；便于识别部件状态。编码作为核

10、心信息，是后期BIM应用的基础。构件类型墩号构件位置零件编码位置代码HJ_S0102A0A1N1E12#墩边桁杆件零件东侧TLHL10111N1W1011#墩铁路横梁类型1零件西侧构件类型构件类型编码桩基ZJ承台CT墩身SEN沉井CJ盖板GB钢护筒GHT托盘TP墩帽DM填芯混凝土TH封底混凝土FD支座垫石DS支座砂浆垫层DC支座ZZ墩柱DZ盖梁GL封锚FM锚头MT波纹管BWG声测管SCG构件类型代码等级1等级2主桁架（HJ）边桁（S）HJ_S中桁（M）HJ_M拱圈（GQ）边桁（S）GQ_S中桁（M）GQ_M加劲弦（JJX）边桁（S）JJC_S中桁（M）JJX_M公路(GL)纵梁(ZL)GL_Z

11、L横梁(HL)GL_HL连系梁(LXL)GL_LXL连续刚构（LGG）GL_LGG连续梁（LXL）GL_LXL简支梁（JZL）GL_JZL桥面板（QMB）GL_QMB湿接缝（SJF）GL_SJF预留槽（YLC）GL_YLC铁路(TL)横梁(HL)TL_HL平联(PL)TL_PL槽形梁（CXL）TL_CXL连续刚构（LGG）TL_LGG连续梁（LXL）TL_LXL简支梁（JZL）TL_JZL湿接缝（SJF）TL_SJF横联(HL)斜杆(HX)HL_HX横杆(HH)HL_HH临时连接/LSNbh T28Z0506HJSN13.2BIM模型建立制造模型展示模型钢梁制造阶段建筑信息模型各构件应在无应力

12、状态下建立，即不考虑构件的弹性变形。【说明】制造模型是按照施工图纸建立的模型，成桥模型是结构在重力场作用下的模型，二者尺寸上不尽相同。展示放大预拱度实际比例预拱度以112m简支梁为例说明展示模型与制造模型（图纸）的差异钢梁制造阶段建筑信息模型各构件应在无应力状态下建立3.2BIM模型建立多用户服务器BIM模型服务器BIM应用服务器文件备份服务器A团队B团队Internet+VPN 搭建BIM专用服务器和网络环境 实现多人异地协同 多人同时操作一个主模型协同工作降低沟通成本，提高工作效率根据沪通长江大桥的项目特点，将模型分为“正桥”和“引桥”两大部分，并按桥型对BIM模型进行分解，最终以铁路线路

13、中心线为基准，对模型进行总装。沪通长江大桥BIM模型线路中心线正桥主跨1092m斜拉桥(主航道桥)140+462+1092+462+140m主跨336m钢桁拱桥(专用航道桥)140+336+140m26孔112m简支钢桁梁引桥62+2x100+62m混凝土连续刚构桥60+100+60混凝土连续刚构桥4x49.2m公路混凝土连续梁60+100+60混凝土连续刚构桥2x40+67+2x40m混凝土连续梁40+67+40m混凝土连续梁58+2x90+58m混凝土连续梁48m、40m、32m混凝土简支梁3.2BIM模型建立3.2BIM模型建立等级细致程度备注沪通长江大桥混凝土结构沪通长江大桥钢结构英文

14、中文LOD 100Conceptual概念化表现结构整体类型的建筑体量-LOD 200Approximate geometry近似构件（方案及扩初）表现结构主要结构尺寸反应混凝土结构几何尺寸，包括浇筑分段，不包括钢筋LOD 300Precise geometry精确构件（施工图及深化施工图）表现结构精确尺寸和细节精确反应钢结构的尺寸和细节，包括螺栓和焊缝LOD 400Fabrication加工按照施工和制造方式，进一步细化模型精确反应混凝土结构几何尺寸，包括浇筑分段，包括钢筋，并考虑钢筋的定尺长度和接缝处的钢筋分段，并考虑钢筋连接的错层。LOD 500As-built竣工竣工模型，用于运维管理

15、3.2BIM模型建立钢结构模型精度Precisegeometry精确构件（施工图）精确反应钢结构设计阶段的尺寸和细节，包括螺栓和焊缝LOD300LOD400Fabrication制造加工深度根据制造工艺分割板单元及焊缝3.2BIM模型建立混凝土结构模型精度Precisegeometry增加混凝土细节和钢筋LOD300LOD400Fabrication精确反应混凝土结构几何尺寸，包括浇筑分段，钢筋分段，并考虑钢筋的定尺长度和接缝处的钢筋分段，并考虑钢筋连接的错层。Approximategeometry混凝土结构LOD200结构类型精度等级钢结构26孔112m简支钢桁梁LOD300140+336+

16、140m钢桁拱桥140+462+1092+462+140m斜拉桥主梁140+462+1092+462+140m斜拉桥桥塔钢锚箱混凝土（上部结构）北引桥铁路梁（61.5+2x100+61.5）m铁路预应力混凝土连续刚构(N46N42)LOD4003032.7m铁路简支梁(N42N12)LOD20037m（40m）铁路简支梁(N12N11)40+67+40m铁路预应力混凝土连续梁(N11N8)37m（40m）铁路简支梁(N8N7)749.2m铁路简支梁(N70#)北引桥公路梁240+67+240m公路连续梁（N12N7）LOD200349.2m公路连续梁（N7N4）449.2m公路连续梁（N40#

17、）LOD400南引桥铁路梁（1249.2）m铁路简支梁（34S12）LOD2001349.2m铁路简支梁（S12S25）60+100+60m连续刚构（S25S28）LOD400（1249.2）m铁路简支梁（S28S40）LOD20058+290+58m连续刚构（S40S44）2149.2m铁路简支梁（S44S65）南引桥公路梁3联（449.2）m公路连续梁（34S12）LOD400混凝土（下部结构）北引桥桥墩N06N12N20N4345LOD400其余40个桥墩LOD200正桥桥墩01#04#05#15#32#LOD400主航道桥28#29#桥塔正桥桥墩其余28个正桥桥墩LOD200南引桥桥墩

18、S06S12S20S26S27LOD400其余61个桥墩LOD2003.2BIM模型建立钢结构BIM模型主跨336m专用航道桥3.3万吨123,747 112m钢桁梁（一孔）0.4万吨33,568 全桥合计：25万吨120万主跨1092m主航道桥13万吨225,760结构类型用钢量零件数3.2BIM模型建立高强螺栓：340万套剪力钉：123万颗焊缝：148万延米钢结构细节3.2BIM模型建立混凝土结构细节精细化建模电梯井钢锚梁锯齿块预应力筋及锚具混凝土浇筑分段垫石、人孔主塔高325m，为世界第一高塔，体量巨大，施工工艺复杂3.2BIM模型建立混凝土结构细节60+100+60m连续刚构桥模型0#

19、块混凝土结构和预应力筋模型0#块横截面模型3.3参数化建模腹杆箱形腹杆箱形平联公路横梁铁路横梁下弦杆上弦杆铁路槽形梁公路预制桥面支座垫石桥墩 建立桥梁构件库 构件标准化 构件参数化 将属性、铁路EBS和IFD标准固化到设计流程中桥梁构件库提高建模效率，为BIM正向设计做技术储备3.3 参数化建模U形螺栓节点格栅板节点支承垫石钢筋3.3 参数化建模箱形断面（含纵肋和横隔板）3.3 参数化建模公路正交异性桥面板参数化建模3.4 BIM模型应用通过对BIM模型进行碰撞检查，发现设计中的差错漏碰等问题，对设计进行修改和优化。原始设计：平联拼板与螺栓碰撞修改后：将横联拼接板分为两块，并调整螺栓布置3.4

20、 BIM模型应用通过对BIM模型进行校核，检查构件制造和架设过程中是否预留足够的操作空间原始设计：虽未发生碰撞，但螺栓施拧空间不足修改后：将连接板增长，并修改螺栓布置，保证螺栓施拧空间3.4 BIM模型应用桥塔锚固区优化环向预应力方案预应力筋和普通钢筋碰撞严重且施工精度无法保证钢锚箱方案钢结构加工精度高，整节段吊装可加快施工进度3.4 BIM模型应用预应力槽形梁普通混凝土槽形梁112简支钢桁梁铁路槽形梁优化 原始设计为预应力混凝土槽形梁 截面尺寸较小，预应力筋和普通钢筋碰撞严重；将预应力槽形梁优化普通混凝土槽形梁；避免预应力张拉工序，加快施工进度；3.4 BIM模型应用钢结构报表：由报表模板提

21、取BIM模型信息 构件编号 零件名称 零件编号 截面 净重 毛重对制造成本进行精确把控降低了人工统计的出错概率精细化模型精细化报表3.4 BIM模型应用螺栓报表：螺栓类型 螺栓标准 螺杆长度 螺母数量 垫片数量提高工程量统计效率，能轻易完成复杂数量统计精细化模型精细化报表混凝土报表：混凝土方量统计更加精确 分节段统计 考虑钢筋弯钩和弯折半径对钢筋用量的影响 计入预应力筋的锚具和张拉工作长度精确统计混凝土、预应力筋和钢筋用量，对物料使用进行合理规划精细化模型精细化报表3.4 BIM模型应用3.4 BIM模型应用模型深化 混凝土结构 预应力筋 普通钢筋 劲性骨架 临时支撑用精细化模型指导施工，提前

22、发现问题，保证施工顺利进行3.4 BIM模型出图 出图前模型检查 建立图纸模板 视图布置 自动生成尺寸标注 零件显示设置 材料表模板BIM模型出图提高出图效率保证图纸质量钢结构出图混凝土结构出图BIM模型完成之后宏观管理物联网进度微观精细钢筋预应力螺栓焊缝BIM系统定位 BIM系统高于其他管理系统 不增加一线人员填报工作量3.5 建设期间BIM技术应用BIM管理系统中铁管理系统铁路总公司管理系统单位内部管理系统沪通长江大桥BIM管理系统 云技术平台 PC端 移动端 多用户协同工作多方参与BIM技术应用，使BIM模型价值最大化Cloud指挥部设计施工制造3.5 建设期间BIM技术应用3.5 建设

23、期间BIM技术应用实现BIM模型的100%无损输出100%大体量模型的显示时间平均缩短98%98%结构类型112m钢桁梁 336m拱桥 1092m斜拉桥零件数量3356812374722576032min9s5min45s88min120sBIM模型自主开发图形插件3GD文件沪通长江大桥BIM管理系统63三维模型和二维图纸，相互关联，方便切换，辅助管理人员理解主体结构设计。模型图纸关联对复杂工序进行BIM施工工序和工艺模拟，便于作业人员学习和理解，实现三维可视化交底。施工模拟“一图胜千言”“三维胜万语”采用BIM模型进行技术交底可大大提高沟通效率3.5 建设期间BIM技术应用可视化交底手工录入

24、施工信息录入扫描二维码自动录入进度管理 录入施工信息 上传现场照片 自动生成施工日志 形象进度自动更新 信息同步至BIM管理系统，并通知相关人员。推送至施工单位的其他管理平台 一次填报，信息共享减少了现场施工人员的信息采集量，避免了相同信息重复填报形象进度自动更新3.5 建设期间BIM技术应用进度管理安全质量闭环管理将检查发现的施工问题，及时上传系统，并将问题与模型匹配，便于现场人员整改，满足要求后，完成闭环管理。发现问题、跟踪问题、解决问题3.5 建设期间BIM技术应用安全质量管理3.5 建设期间BIM技术应用安全质量管理钢梁应力监测通过数据自动采集及互联网技术，施工人员可以在BIM模型上随

25、时查看到钢梁应力状态及历史数据。一旦监测值超标，系统将自动分级报警，方便相关管理人员及时掌握监控情况，并及时决策。实时数据采集，动态展示，辅助决策3.5 建设期间BIM技术应用安全质量管理拌和站监控系统充分利用物联互通技术，在拌和站布置信息采集终端，系统根据获得的终端数据实时更新作业现场混凝土拌和时间、配合比、生产方量等相关数据，出现问题将及时通过短信预警，便于管理人员远程监管混凝土质量。利用物联网实现过程信息的采集和展示3.5 建设期间BIM技术应用物联网信息查看钢梁杆件管理扫描二维码从钢梁杆件验收、发运、安装以及运维管理进行全过程追踪管理。预留预埋件管理3.5 建设期间BIM技术应用任务推

26、送任务推送 根据施工计划和施工进度分析，自动将每天的工作内容推送至一线人员手机 并配以模型视图、工艺工法说明、安全注意事项等相关信息使BIM技术为一线施工人员提供服务3.5 建设期间BIM技术应用信息传递信息传递在施工期间即开展监测元件布设及数据采集工作，对大桥建设期间的施工信息和健康状况进行全方位记录。通过BIM管理系统，将信息进行收集、汇总，移交运营管理部门，为桥梁保持良好的技术状态和运行能力提供有力的信息保障。为后期大桥运维管理提供数据支持BIM组织与应用环境2BIM技术应用3结语4工程概况1BIM技术在沪通长江大桥中的应用结语44.结语标准是关键、前提模型是基础、载体数据是核心应用是手段管理是目的74THANKS