1-吴宏波--BIM技术在桥梁工程中的应用

吴宏波2016年7月2日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BIMBIM 概述l 如何使BIM技术在桥梁⼯程中最⼤化地体现价值n BIM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BIM技术应用2. 施工阶段BIM技术应用3. 运维阶段BIM技术应用4. 软件及标准5. 发展展望提纲 BIM 1.设计阶段BIM技术应用l BIM协同设计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 l BIM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BIM技术应用BIM l 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BIM技术应用BIM l 参数化建模n 实现桥梁与线路、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BIM技术应用BIM l BIM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BIM模型与计算结合流程1.设计阶段BIM技术应用BIM q 分析功能n 车辆荷载模拟n 预应⼒、收缩徐变模拟n 温度荷载分析n 施⼯阶段非线性模拟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l 桥梁三维非线性数值分析软件OSIS1.设计阶段BIM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：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• 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技术特点应用l 沉管隧道结构-基础设计集成系统1.设计阶段BIM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BIM技术应用2. 施工阶段BIM技术应用3. 运维阶段BIM技术应用4. 软件及标准5. 发展思考提纲 BIM 2.施工阶段BIM技术应用BIM技术在施工阶段的应用流程 钢梁制造BIM n 钢构件制造⼀体化（1/2）BIMDxfG2.施工阶段BIM技术应用l 制造与预拼装ü 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 ü 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Tekla Structures所具有的自动套料排版功能生成制造输出数据 ü 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Tekla Structures的.dstv格式就能够同Ficep以及HGG公司所生产的数控设备直接对接BIM 港珠澳沉管隧道最终接头tekla模型2.施工阶段BIM技术应用n 钢构件制造⼀体化（2/2）BIM 2.施工阶段BIM技术应用n 钢构件虚拟预拼装ü 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BIM技术应用n 施⼯⼯艺模拟及辅助计算l 4D施⼯过程模拟ü 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 施⼯⼯艺模拟及辅助计算ü 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BIM技术应用BIM n 施⼯进度管理2.施工阶段BIM技术应用ü 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 施⼯质量管理2.施工阶段BIM技术应用ü 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 施⼯质量复核ü 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整合主桥监控临设结构应⼒监控监控数据集成沉降数据形变数据挠度数据支反⼒数据量测数据集成综合分析安全预警安全分析预警n 施⼯安全监控与分析2.施工阶段BIM技术应用ü 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 n 5D⼯程算量2.施工阶段BIM技术应用l 5D资源管理ü 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2.施工阶段BIM技术应用ü 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 竣⼯数字化交付l 精确模型移交ü 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BIM技术应用BIM 1. 设计阶段BIM技术应用2. 施工阶段BIM技术应用3. 运维阶段BIM技术应用4. 软件及标准5. 发展展望提纲 BIM n 建立基于BIM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，实现桥梁精细化、动态化管理n 坚持以“全寿命周期内的监管养护”为目标，通过数字化养护，建立桥梁全寿命期的数字化、信息化档案n 及时“感知桥梁”，在结构危险萌芽阶段发出预警桥梁建养一体化平台l 桥梁BIM建养⼀体化云平台3.运维阶段BIM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BIM建养⼀体化云平台桥梁现场感知及传输系统中央大数据存储系统专网无线网络现场虚拟镜像还原系统3.运维阶段BIM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l 桥梁BIM建养⼀体化云平台：桥梁国家⼯程研究中⼼实施示范3.运维阶段BIM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，形成桥梁一体化监管，实现桥梁全寿命周期内各种数据分析、管理、共享和信息融合l 桥梁BIM管养系统研发桥梁数字建模施工模拟桥梁数字建模施工期 施工模拟 施工期安全数据信息管理养护期 数字化巡检养护养护期 远程健康监测桥梁管养决策3.运维阶段BIM技术应用BIM 桥梁数字建模施工期 施工模拟 施工期安全数据信息管理养护期 数字化巡检养护养护期 远程健康监测桥梁管养决策远程健康监测施工期信息管理3.运维阶段BIM技术应用l 桥梁BIM管养系统研发BIM 桥梁数字建模施工期 施工模拟 施工期安全数据信息管理养护期 数字化巡检养护养护期 远程健康监测桥梁管养决策数字化巡检养护桥梁管养决策3.运维阶段BIM技术应用l 桥梁BIM管养系统研发BIM 桥梁全寿命周期成本分析流程l 桥梁全寿命周期成本计算及评估n 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的规划、研究、设计、实验、施工、养护、检测、维修、管理、拆除等各阶段作业所支付的成本总称n 桥梁全寿命周期成本折现率计算模型用社会折现率和物价波动水平来表征计算3.运维阶段BIM技术应用BIM 1. 设计阶段BIM技术应用2. 施工阶段BIM技术应用3. 运维阶段BIM技术应用4. 软件及标准5. 发展展望提纲 BIM l 国内外主要BIM软件Tekla BIMsight清华⼤学4D-BIMPrologVicoOfficeProjectWiseContructSimNavigatorCATIAPipeDesignerWinEstTekla StructureAECOsim BuildingDesignerSTAAD ProPowerCivilProStructuresSketchBookConstructwareBIM360NavisworksRevitFabricaNonRobotGreenBuildingSketchUp规划设计施⼯运维Bentley FaciliNes清华⼤学BIM-FIM⼴联达5DSOLIDWORKSENOVIASIMULIADELMIAGEOVIA众智CITYPLANMagiCAD鸿业⼴联达GICD国内国外产品多，国内少设计产品多，管理少4.软件及标准BIM l 国内外主要BIM软件应用分析软件名称适用性局限性 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BIM l BIM标准研究Ø 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Ø 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 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BIM n 结合桥