BIM 技术在曲线钢桥梁中的应用

赵小钢，水亚雄

（甘肃博睿交通重型装备制造有限公司，甘肃 兰州 730300）

1 BIM 软件Tekla Structures、Auto PoL 概述

Tekla Structures 是芬兰Tekla 公司开发的钢结构详图设计软件，它是通过先创建三维模型后自动生成钢结构详图和各种报表来达到方便视图的功能。

Auto PoL For Windows 是由瑞典FCCsoftwireAB 公司开发的一款用于钣金与管道设计并展开的软件产品。可对Tekla Structres 软件导出的空间三维曲面零件进行自动展开为二位平面图形以获得零件下料所需的大样，其具有简单易用、算法高效准确、运行速度快的特点。

2 项目概况

兰州新区经三十三路（原东绕城快速路）与G341 线（白银至中川段）立交工程，其中D 匝道2 号桥、E 匝道1 号桥上部结构采用（45+65+46+40）m 连续曲线钢箱梁，钢桥梁采用变截面单箱双室封闭式箱型截面结构，箱梁中心1.8～3.0m，钢箱梁顶板宽度10.7m，底板宽度7.2m。桥梁平曲线位于圆曲线及缓和曲线上，竖曲线纵坡为3.800%和-3.055%，变坡点出为半径2000m 的圆曲线。该桥桥面横坡由-2%逐渐过渡变化至3.5%，全桥为空间弯曲三维结构，工厂制造时采用反造法加工生产，加工难度极大。为获得准确的空间线形及桥梁精度，对桥梁顶板进行了放样。

兰州中通道五分部九合互通匝道桥，上部结构为30m 简支钢混组合梁，本桥平曲线位于缓和曲线及半径为150m 的圆曲线上，竖曲线纵坡为-1.800%和-2.400%，竖曲线变坡点处圆曲线半径为20000m，桥面横坡为6%，全桥为空间扭曲三维结构，传统方法获得胎架坐标困难，因此对全桥进行了放样建模。

敦煌至当金山口公路项目，大部分钢梁均采用波形腹板钢-混组合梁，其腹板为新型波形钢腹板，受桥梁平曲线及竖曲线影响，波形腹板为空间变化曲线，利用传统CAD 技术很难获得波形钢腹板的下料尺寸。为确保腹板下料精度及压制成型后的尺寸精度，利用BIM 技术对全桥进行了放样及建模。

3 钢桥梁放样过程

3.1 利用传统CAD 技术，依据设计文件对桥梁所在道路设计中心线（平曲线）、腹板定位线、隔板定位线、支座中心线进行准确放样；依据道路纵向线形（设计竖曲线）、设计预拱度曲线及工厂制造预拱度相叠加获得工厂制造最终桥梁竖曲线，如图1 所示。

图1 曲线要素放样过程

图2 断面图

3.2 利用传统CAD 技术，结合已获得的桥梁平曲线及桥梁竖曲线绘制出空间三维桥梁道路设计中心线。

3.3 根据设计文件中顶板系统、底板系统、腹板系统及挑臂系统之间的相对位置关系制作出桥梁断面图，并将断面依次放置在相应的隔板控制线上，最终形成整桥的空间三维线模。如图2 所示。

3.4 将3.3 中制作完成的整桥三维线模导入Tekla Structures中，利用梁、柱及三角形生成器搭建出顶板系统、底板系统、腹板系统、隔板系统及挑臂系统实体模型，并对模型中所有零件、构件进行编号以及对零件厚度、材质等属性进行编制工作。

3.5 胎架标高的获取。将胎架工装的平面支撑节点布置图导入Tekla Structures 中，并将3.4 中制作完成的最终桥梁模型导入其中，确保胎架平面与桥梁平曲线平行且控制点重合。利用软件制作虚拟胎架并提取胎架支撑点对应的标高值。

3.6 钢箱梁曲面的展开。由于桥梁均为空间扭曲三维结构，其中顶版、底板、腹板均为空间扭曲面，其零件精确下料尺寸不易得到，通常对于曲线放样，一般采用以下四种方法：

（1）圆台展开

当桥梁设计中心线为圆曲线且纵坡坡度较小或没有竖曲线时可以快速放样，且精度满足设计及制造技术要求。当桥梁设计中心线为缓和曲线或竖曲线坡度较大时，零件精度不满足设计及制造要求。

（2）利用三角形划分曲面人工展开

首先，要在钢箱梁模型中将需要展开的曲面划分为若干三角形；其次，量出所有三角形边长的空间尺寸；最后，在平面上按照量出的边长划出三角形连在一起。最终所得的图形即为曲面的展开图。这种方法可以展开任意曲面，但缺点是人工放样非常复杂且效率很低。

（3）利用三维软件

此种方法原理和第二种相同，可以快速准确地得到零件的下料尺寸，且操作简单。在以上项目中采用Auto PoL软件结合Tekla 三维模型进行精确展开，并考虑实际生产过程中的焊接收缩及安装误差等因素，在桥梁合龙段顶板、底板、腹板下料时增加了工地配切余量。

4 结语

按照以上步骤放样、模型搭建、绘制展开图，得到的零件大样经数控切割下料，组装焊接后经检验符合桥梁技术要求，获得的胎架标高经生产检验后同样满足线形设计要求。经过现场组拼吊装后检测，桥梁线形、预拱度、桥面横坡等各项指标均满足设计要求。

BIM 软件Tekla Structures 需先用CAD 进行放样后才能进行模型搭建工作，模型搭建调整完成后方可出图。与传统CAD 相比多出了搭建模型的步骤，因此在简单直线桥型中其出图效率低于传统CAD。但在曲线桥、变宽桥、变截面桥等复杂桥型中，BIM 技术表现出快速准确地得到相关技术参数、零件清单等报表、精确的零件大样等优点。