邁向BIM時代，橋梁設(shè)計(jì)采用三維參數(shù)化的必要性

溫馨提示：中國建設(shè)教育協(xié)會將會在4月24-25日組織進(jìn)行BIM技能考試，考生們可以提前 免費(fèi)預(yù)約短信提醒，及時獲取BIM考試時間節(jié)點(diǎn)信息。環(huán)球網(wǎng)校已開通BIM報(bào)考資格免費(fèi)查詢?nèi)肟?/a>，輸入學(xué)歷等信息即可快速查詢。

編輯推薦：全國BIM等級考試一~三級考試大綱

一、采用三維參數(shù)化的必要性

在大跨度橋梁中，鋼橋具有絕對優(yōu)勢，但鋼橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計(jì)工作量大。傳統(tǒng)上鋼橋設(shè)計(jì)采用AutoCAD等二維CAD軟件出圖，由于設(shè)計(jì)信息分散保存在大量視圖及圖紙中，容易產(chǎn)生“差、錯、碰、漏”現(xiàn)象，同時由二維點(diǎn)、線、圓弧、標(biāo)注等圖元描述的三維實(shí)體不能由計(jì)算機(jī)自動判釋，使得實(shí)施產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和協(xié)同設(shè)計(jì)遇到很大障礙。

從CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢看，三維參數(shù)化技術(shù)是解決上述問題的有效途徑。三維參數(shù)化就是要將幾何及尺寸關(guān)系嵌入到三維模型中，從而體現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)意圖。采用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)勢：

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是一個構(gòu)思、驗(yàn)證的迭代過程，直觀的三維顯示，使整個結(jié)構(gòu)一目了然，可大大提高設(shè)計(jì)效率。

2.完整地體現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)意圖，避免了曲解。

3.方便處理復(fù)雜的空間幾何關(guān)系。

4.零部件及二維工程圖紙管理方便，這一點(diǎn)對大型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其重要。三維模型對幾何對象的定義是完備的，可即時創(chuàng)建二維工程圖，可自動生成各種視圖和多種形式的剖面，并可自動生成材料表。

5.三維模型與工程圖之間、工程圖各視圖之間、模型與材料表之間完全相關(guān)，避免了簡單低效的勞動。

6.可實(shí)現(xiàn)一定程度上的并行設(shè)計(jì)，從而縮短設(shè)計(jì)周期。只要結(jié)構(gòu)形式確定了，就可以利用初步擬定的尺寸作為參數(shù)開展設(shè)計(jì)，后期一旦尺寸有變動，只需要更改參數(shù)就可以更新模型和相應(yīng)的工程圖。

7.在概念設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)階段建立的模型可供下一階段使用，也可供匯報(bào)演示，建立的模型可供有限元使用，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。

二、基于三維參數(shù)化的二次開發(fā)

用于鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺發(fā)展比較快，主要可分為兩類：用于機(jī)械行業(yè)的主要有Catia、UG、Solidworks、Inventor等，可用于機(jī)械、模具、鈑金、管道、小型全焊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，大部分產(chǎn)品附加了機(jī)械行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)件庫，用于建筑行業(yè)的主要產(chǎn)品有Bently公司的ProStructure、達(dá)索公司的3DExperience、芬蘭Tekla公司的Tekla Structure、英國AceCAD公司的StruCAD等，主要用于高層建筑、體育館館、工業(yè)廠房的設(shè)計(jì)，一般都提供了比較豐富的型材和節(jié)點(diǎn)庫。

由于缺乏專門用于鋼橋三維設(shè)計(jì)的軟件，只能借用其它通用軟件或結(jié)合其它專業(yè)來完成，但橋梁設(shè)計(jì)與機(jī)械領(lǐng)域的設(shè)計(jì)相比又有一些自身的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使得直接利用現(xiàn)有軟件進(jìn)行鋼橋設(shè)計(jì)存在諸多不便，工程師在使用時面臨的是一個陌生的環(huán)境，充斥著諸如特征樹、抽殼、拔模、放樣、凸臺等等術(shù)語，無法利用熟悉的橋梁專業(yè)術(shù)語如桁式、節(jié)點(diǎn)長度、桿件、梁、節(jié)點(diǎn)板、拼接板、填板等專有概念進(jìn)行構(gòu)思和設(shè)計(jì)，因此有必要在現(xiàn)有平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，形成一套包含鋼橋設(shè)計(jì)專用參數(shù)化對象庫的軟件包。

考慮到性價比、易用性、開發(fā)接口等因素，中鐵建大橋院在2009年起選擇Solidworks作為支撐平臺進(jìn)行“鋼橋三維設(shè)計(jì)工具包”的開發(fā)。到目前為止，該成果已成功應(yīng)用于貴廣鐵路某四線鐵路斜拉鋼桁梁橋、國內(nèi)最大跨度公路鋼桁系桿拱橋—珠海橫琴二橋、深茂鐵路潭江橋等已建和在建項(xiàng)目中。

三、從三維模型到二維圖紙

現(xiàn)階段國內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)均需交付二維圖紙，這種傳統(tǒng)意義上二維工程圖實(shí)際上是工程師通過空間想象將腦海中的三維模型投影、剖切到二維平面上的產(chǎn)物，相應(yīng)得到的二維圖紙表現(xiàn)能力及校核糾錯功能相比實(shí)際三維模型大打折扣。

與之相反，由三維模型直接生成的圖紙則表現(xiàn)形式更為豐富，三維布置圖、預(yù)拼裝圖能精準(zhǔn)無誤的表示各細(xì)部結(jié)構(gòu)的空間位置，二維剖面圖及大樣圖是由三維模型經(jīng)過計(jì)算機(jī)程序自動投影、剖切得到，比由人腦加工轉(zhuǎn)換得到的二維圖紙更加高效、精準(zhǔn)，也更便于其他人員再次復(fù)核。因此，不僅在空間構(gòu)造表現(xiàn)方面，三維圖紙有其絕對優(yōu)勢，而且在剖切示意及大樣展示及工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)方面，由自動生成的二維圖紙更能保證精確度。

三維模型關(guān)聯(lián)工程圖紙的方式，在改善了出圖效能的同時也將工程師的工作重心真正意義地轉(zhuǎn)移到了設(shè)計(jì)上面，而不是常規(guī)的先有圖紙后有模型，能有效保證BIM三維模型的精確性，并能提高設(shè)計(jì)院應(yīng)用BIM 的積極性。到目前為止，中鐵建大橋院已有多座大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)橋梁采用了直接由三維建模生成施工圖。

四、邁向BIM時代

在三維參數(shù)化技術(shù)方面的積累為中鐵建大橋院邁入BIM時代提供了良好的基礎(chǔ)。三維參數(shù)化建模是BIM系統(tǒng)的核心功能，也是其區(qū)別于傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的主要特征。在橋梁全生命周期和各專業(yè)橫向的數(shù)據(jù)交換過程中，三維參數(shù)化模型起到了信息載體的作用，同時Solidworks、Inventor等BIM工具軟件生成的三維參數(shù)化模型可采用IFC(IndustryFoundation Classes)、STEP(產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn))等格式進(jìn)入BIM平臺軟件，為協(xié)同設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。

在使用過程中也發(fā)現(xiàn)，Solidworks軟件雖然使用方便、建模效率高、對二維出圖支持好，但在管理大模型(如全橋模型)時性能下降明顯。因此引進(jìn)了CATIAV6平臺，與原有的Solidworks軟件一起形成一個高低搭配的BIM環(huán)境。在這個環(huán)境中，Solidworks作為BIM創(chuàng)作工具對鋼橋節(jié)點(diǎn)、桿件、錨箱等次級裝配進(jìn)行建模，CATIA V6平臺負(fù)責(zé)全橋模型組裝、融合其它專業(yè)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)協(xié)同、生成供發(fā)布用的輕量級模型等工作。

實(shí)際上，在實(shí)施BIM的過程中，類似的細(xì)節(jié)問題會大量存在，相信隨著技術(shù)人員熟練程度的提高、BIM軟件的不斷升級和BIM應(yīng)用的深化二次開發(fā)等，BIM技術(shù)對橋梁設(shè)計(jì)的巨大推動作用將會逐漸顯現(xiàn)。以上內(nèi)容就是“邁向BIM時代，橋梁設(shè)計(jì)采用三維參數(shù)化的必要性”，更多BIM熱點(diǎn)資訊/教程分享歡迎關(guān)注微信公眾號“BIM實(shí)訓(xùn)”，也可點(diǎn)擊下方免費(fèi)下載領(lǐng)取精品學(xué)習(xí)資料。