基于 BIM 的空间曲面钢索塔深化设计及数字化加工应用研究--中国期刊网

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基于 BIM 的空间曲面钢索塔深化设计及数字化加工应用研究

发表时间：2020/12/23 来源：《基层建设》2020年第24期作者：张成建

[导读] 摘要：本文着重介绍了BIM技术在钢构件深化设计、碰撞检测、数字化加工生产三方面的优势，阐述了三维设计软件与自动套下料系统的集成应用以及 BIM 技术在钢结构“设计生产一体化”中的核心价值。

        中铁九局集团第二工程有限公司成都市
        摘要：本文着重介绍了BIM技术在钢构件深化设计、碰撞检测、数字化加工生产三方面的优势，阐述了三维设计软件与自动套下料系统的集成应用以及 BIM 技术在钢结构“设计生产一体化”中的核心价值。
        关键词：钢索塔；深化设计；一体化；BIM；
        1 工程概况
        四平市东丰路上跨铁路立交桥为独塔单索面转体斜拉桥。结构采用塔-梁-墩全固结体系。桥塔全高75m，采用钢-混凝土结构。钢塔横截面为椭圆形状，自塔底至塔顶椭圆长轴、短轴均逐渐变化，钢塔侧面外形近似双曲线。
        2 传统技术与新技术的对比分析
        随着我国桥梁建设的迅速发展，桥梁结构日趋复杂，传统二维平面设计已经不能更加清楚直观的表达出复杂构件的细部构造，BIM技术的引入不仅在三维可视化方面给予了较大的提升，并且实现了设计生产一体化。
        2.1传统设计及施工现状
        传统桥梁设计大多以二维图纸完成整个结构及内部构件的外形及尺寸表达，由于设计将各个构件进行单独出图，缺少构件间的相对关系表达，容易造成构件间的碰撞现象。在施工阶段，由于对复杂部位的碰撞无法预知，因此问题往往在生产过程中被发现，造成时间和资源的损失。另外在设计与车间生产环节缺乏关联性，造成了设计与生产的脱离，容易产生变更，增加生产阶段的时间成本与资源成本。
        2.2 BIM技术的优势
        BIM技术基于三维设计模型展开，首先解决了二维设计较为抽象的缺陷，充分的规避了设计盲区的产生，其次利用三维模型的可视化优势，能够清晰的判断出构件间的相对位置关系。配合应用BIM软件的碰撞检查功能，能够对碰撞部位进行精准定位，实现了问题的提前发现提前解决。同时基于“三维建模平台+数字化生产平台”两大平台，打通了由三维模型到数字化生产加工的一套技术流，实现了设计生产“一体化”。
        3 BIM技术在项目中的应用
        3.1三维模型深化设计
        钢塔结构由异形外壁板、横隔板、横隔支撑及索导管等构成，结构极为复杂。通过三维模型进行深化设计，将钢塔优化为24个节段，非索塔区T1-T9，索塔区与封顶段T10-T24,单阶段重量均控制在25吨以内，减小了加工生产和施工难度。

                               图3-1 索塔节段划分示例图
        建模软件采用Prostuctures，依据设计图纸以及加工生产需要，建立深化设计模型，深化设计过程中充分考虑接坡口高度以及板单元加工配切长度等因素，确保模型可直接用于加工生产。随后对进行模型的碰撞检测和工程量统计工作。之后应用软件能对每一个零件自动编号，编号完成后进行深化图纸的创建。
        3.2 基于BIM技术数字化套下料及加工
        3.2.1 基于SigmaNEST系统套下料流程

                                 图3-2 套下料流程图
        3.2.2 钢索塔构件自动化生产
        在Prostructures软件中批量输出DSTV格式零件图，之后批量导入套料系统SigmaNEST中，系统自动识别零件属性信息，并根据零件属性自动划分套料任务，随后系统会针对每项任务进行智能套下料，同时应用系统软件自带算法并结合设备类型自动生成切割路径与切割NC代码导入车间数控切割设备后进行智能切割和生产。

图3-3 智能套料示例图

             图8 NC代码导入数控设备示例图
        4 结束语
        本文对BIM技术在空间曲面钢索塔深化设计及数字化加工中的应用研究进行了翔实阐述，在深化设计方面弥补传统二维设计的几何信息表达不充分和设计盲区多等各项缺陷。经过合理科学的节段划分，提高了生产及安装施工效率。利用建模平台与数字化生产平台相结合的优势，实现了“设计生产一体化”。对类似钢结构的深化设计和生产，具有一定的指导和借鉴价值。
        参考文献
        [1]尚超宏,苗兴光.BIM 技术在钢结构中的应用[J].BIM技术与应用,2016,31(7):104-107.
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        [3]刘延宏.BIM技术在铁路桥梁建设中的应用[J].铁路技术创新,2015(3):47-50.
        [4]胡杰.BIM技术在桥梁施工设计中的应用探索[J].铁路技术创新,2014(2):63-67.