南京长江五桥项目的智能化技术——BIM+VR+GIS

2018-08-15
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南京长江第五大桥,简称南京长江五桥。路线起于浦口五里桥,向东南方向跨越长江,经梅子洲下穿夹江后顺接南岸已经建成的青奥轴线地下工程(隧道工程),路线全长约10.3公里。工程采用桥+隧的设计方案,跨越长江主江工程采用大桥的方式,穿越夹江部分采用隧道的方式。

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其中,跨长江大桥长约4.4公里,夹江隧道长约1.8公里,其余路段长约4.1公里。全线在五里桥、丰子河路(浦滨路)、临江路(横江大道)、葡园路等4处设置互通式立交。根据最新路网和城市规划,对这些互通进行了方案的调整。其中包括五桥主线与宁合快速路高架桥衔接;预留五桥、宁合快速路与浦乌路快速路匝道;丰子河路互通、临江路互通匝道及出入口的优化;葡园路互通与夹江隧道入口的优化等。工程对现有的路网和城市规划方案的调整,与现有区域公路网衔接及工程界面划分的压力较大。

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南京长江五桥主桥采用三塔斜拉桥结构,其跨径布置为80+218+2X 600+218+80 = 1796米。南北引桥考虑当地地理位置等特点(如兼顾地面构造物及洲上河道等),采用阶段预制拼装箱梁,跨径以52米为主。跨大堤及滨江大道桥采用节段预制变截面波形钢腹板连续梁或悬臂浇筑预应力混凝土连续结构。夹江隧道连接青奥轴线地下工程,根据不同的地理位置,采用不同的隧道截面设计。其中主线采用矩形隧道,敞开段采用U形结构,隧道盾构段采用圆形隧道。

>>>“实”与“虚”BIM技术的结合应用

在项目的设计阶段大力推广新技术、新工艺、新理念,力图通过优化设计,达到保护生态环境、节约和集约用地、节能减排的目的。打造建设友好型、资源节约型的工程典范。尤其是南北引桥、跨大堤及滨江大道桥以及北接线主线桥均采用预制拼装的施工方案,希望通过将桥梁构件工厂化、标准化、装配化,来降低现场作业强度及难度,提高工程质量,减少施工风险和对环境的污染。

传统的二维图纸很难直观地反映工程各个结构的空间关系,更难以了解到工程与周边环境的位置关系。比如:五桥接线下部结构是否与现有道路碰撞;五桥路线是否与规划的地铁11号线、15号线存在交叉;五桥路线、互通是否影响到已有建筑物和设施等问题。

二维图纸也同样难以核对工程量和结构的准确性。尤其是南京长江五桥大量采用了预制拼装的施工方案。如不能对设计的预制件进行有效的审核与问题的纠正,反而会造成大量的人力、物力、财力的浪费,更有可能影响工程质量、工程安全。

南京长江五桥项目有结构种类多、预制结构多、地理和现场环境复杂、与城市现有道路交互多等特点。根据南京长江五桥在设计到施工过程中的难点、痛点,在项目初期就明确了在项目各阶段运用BIM技术:以BIM信息模型、协同管理平台为“实”,施工模拟、VR展示为“虚”的虚实结合方式,来解决项目各阶段、不同需求中的实际问题。

>>>BIM技术在建模中的“实”应用

在项目设计阶段,BIM总体实施单位根据整体项目的情况,根据项目各部分的实际需求、结构类型、标段划分以及模型体量等因素,将整体项目分解后建模。模型总体分为4个部分、28个分项,其中4个部分为“主桥、引桥”“主塔钢结构”“北接线”“夹江隧道”。模型精度确定为以LOD300为主。部分附属结构、道路,根据需求建立LOD100模型。建模过程中,在建模伊始就确立建模标准与规则,并严格按照建模规则进行。构件、零件同样按照建模规则进行命名,方便了模型的后期应用。同时,利用网络服务器,多人同时协同工作提高建模效率。

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边塔塔柱钢结构

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边塔下横梁钢结构

项目使用了多款软件进行建模。根据不同建模精度、不同结构等特点,有针对性地使用不同软件建模。实现了快速建立轻量化沙盘模型,用于项目整体路线的展示和施工模拟应用。同时又对重点构件结构,尤其是钢结构和预制构件进行深化、细化设计,包括:中塔钢壳、边塔钢壳、预制梁、波纹钢腹板连续箱梁等结构。使用这些结构在软件中进行预拼装,及时发现图纸的设计问题并与业主和设计单位进行沟通,提前解决因图纸设计问题导致的各种问题。

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南引桥混凝土预制梁

利用深化设计的模型和模型所含的信息,对需要进行工程量核对的构件、零件,可对比设计图,制作工程量核对表格。对需要进行碰撞检查的构件、零件,可导入其他软件,进行碰撞检查并输出结果表格。有效地减少制造厂商、施工单位识图困难,甚至误解图纸本意,导致材料和资金浪费、零件返工或重新制造、延长工期等问题。BIM三维信息建模过程中相当于重新复核了一遍设计,模拟其建成后的成桥形态。在建模过程中,提前发现了上述问题,避免了在零件制造和施工过程中反复修改图纸。同时指导钢厂生产钢结构零件、构件,有效地规避风险,实现了资源的节约。

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项目互通段漫游及审视

>>>BIM技术在三维可视化中的“虚”应用

除了对比工程量、核对图纸问题、碰撞检查等直接的模型应用外,还将建模导入当下流行的游戏引擎进行渲染工作。同时,项目通过对周边地形、构造物的建模,充分还原了项目整体路线周边的情况。加上虚拟驾驶、夜景显示、天气变化、交互漫游等模块,实现了南京长江五桥全线、大体量的模型与地形的展示工作。

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南京长江五桥与南京青奥村周边环境模拟

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波纹钢腹板结构及外观审视

项目利用相同引擎,开发了适用于VR设备的虚拟交互展示平台。利用虚拟驾驶、天气变化等场景,模拟项目在真实环境中的使用情况,让业主和施工方身临其境地对项目整体有直观的感受,检查项目是否与周边环境契合、是否美观。也可以通过这种直观的审视,发现空间上的严重问题。提前解决一些显而易见,却又不能在二维图纸中看到的错误。

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南京长江五桥夜景模拟

为实现对于主桥部分的施工工序的模拟,项目针对模型体量大、结构形式多的特点,对部分模型进行简单化设计。之后使用4D施工模拟软件,对优化后的模型进行施工模拟。对周边地形地貌,使用数字地球(GIS地理位置信息+卫星图片)上的数据,快速建立轻量化地模,一并导入软件内。从而实现了较为真实的项目整体漫游、钢结构局部漫游、施工模拟、内建VR体验等内容,指导了施工,优化了工序。

目前,各种BIM应用在南京长江五桥项目中,仍在不断地深化和迭代。事实证明,这种虚实结合的策略,更能体现出BIM技术在工程领域的价值。“虚”,是利用建立好的模型,进行三维可视化的虚拟工作,让各方人员对项目有更直观的感受;让BIM从技术变成通俗易懂的、可操作的、可视化的视觉和触觉体验;让BIM技术更“接地气”。“实”,是从初期的建立模型,到后期运养一体化平台等工作。“实”的工作,是BIM技术应用的核心和基础。虚实相互依赖,充分发挥各自优势,拓展了BIM技术在工程中的应用范围。大大提升了各方人员沟通效率,增加了各方对整体项目的直观感受。同时,模型中涵盖的信息,为未来的运养阶段提供了完整的数据基础。

(摘自:桥梁杂志)