南昌朝阳大桥是一座造型新颖、结构复杂的城市桥梁。朝阳大桥的桥塔造型是书法“合”字的变形,体现出崇尚海纳百川,包容万象的大同理念,将古朴的小篆“合”字线条加以柔化,整体造型曲线柔和,生动流畅而不乏力量,中空的设计使得光线与空间很好地融合。主桥主塔造型“合”,纪念革命的胜利,也像大小船只纵横在赣江江面,扬帆远航。
为提高建设质量,参建单位将BIM技术应用于项目的各阶段,实现了设计、施工、运维等单位的有机结合,提高了项目运作效率,达到了预期目标。大桥的色彩很美,尤其是主桥,简洁的桥塔、乳白色的塔身,与红角洲、朝阳新城等遥相呼应、相得益彰。
项目概况
南昌市朝阳大桥工程是南昌市“十纵十横”干线路网规划中南环快速路跨越赣江的重要节点工程。工程总投资27亿元,全长3.6km,位于南昌大桥与生米大桥之间,西接前湖大道,东连九洲大道。大桥采用投资、设计、施工一体化的建设模式,这在南昌市尚属首次。大桥于2012年11月开工,2015年5月18日通车运营。
大桥结合了“多塔连跨斜拉桥”和“波形钢腹板组合梁桥”的特点,是目前国内第一座真正意义上的波形钢腹板PC组合梁斜拉桥,世界第一例单箱五室六腹板钢结构整体吊装施工桥梁,也是目前世界上第一座可双层通行的波形钢腹板PC组合梁斜拉桥。
工程特点如下:
1.跨江主桥通航孔桥采用六塔斜拉桥布置
通航孔桥跨径布置(79m+5×150m+79m),总体结构形式为梁墩分离、塔梁结合的六塔单索面斜拉桥,主梁为单箱五室波形钢腹板PC组合梁,主梁顶宽37m,底宽44m,采用挂蓝平衡悬臂法施工。
2.波形钢腹板PC组合梁的广泛应用
朝阳大桥工程跨江区段桥梁主梁均釆用波形钢腹板PC组合梁,应用面积居国内同类桥梁前列;通航孔桥单箱五室波形钢腹板PC组合梁结构新颖,各项技术指标居国内同类型桥梁前列;非通航孔桥Pm21~Pm25为国内第一座采用变宽设计的波形钢腹板PC组合结构桥梁。
3.充分考虑人性化需求采用独立人非系统设计
朝阳大桥采用独立的人非通行系统设计,提供尽可能舒适便捷的通行条件。总体上人非通道布置在主线机动车道下部,采用双层布置,实现了人非系统与机动车道的物理隔离,宽敞通透
4.充分考虑城市桥梁景观需求,全方位注重桥梁景观设计
朝阳大桥工程位于南昌市中心城区,是典型城市桥梁工程,在设计过程中,充分注重了城市桥梁的景观需求,力图达到桥梁功能、安全、经济和美学的协调与和谐。
BIM应用实践探索
本项目的BIM应用点如下:
设计方面:方案比选、构造设计、碰撞检验、设计成品出图、结构辅助计算;
施工方面:大桥施工过程模拟、临时结构辅助计算;
运维方面:三维浏览、服务中心平台系统、设施设备管理系统、安全管理系统、工程资料管理系统、操作说明系统。
1.设计方面
①方案比选
利用 Autodesk Revit体量建模方法快速构建工可阶段十二种总体设计方案的概念模型,结合地形、通航、技术难度及工程造价等方面得出最佳设计方案。
方案比选
②构造设计
波形钢腹板设计:以波形钢腹板构件的关键构造(翼板、开孔钢板、波形钢腹板、连接件)长度作为参数,基于底层零件级的族类型文件建立了文件库,通过合理的数据调用构建了翼缘型波形钢腹板构件的参数驱动模型,实现了标准化信息模型设计。
波形钢腹板参数化设计:翼板宽,上开孔钢板高、厚,波形钢腹板波长、板厚,下链接件高、厚,U型钢筋长、直径等。
钢横梁设计:以钢横梁构件的关键构造(钢横梁腹板、水平加劲肋、垂直加劲肋)长度作为参数,利用焊钉连接件的族类型文件,建立了钢横梁构件的参数驱动模型,实现了标准化信息模型设计。
钢横梁参数化设计
钢锚箱设计:通过“基于面”的族类型文件,建立了锚管、抗剪板及其加劲肋等零件的参数驱动模型。利用基于面的族类型文件的嵌套调用方法,实现了钢锚箱各关键零件的组装。以锚管中心线与桥梁设计道路中心线的竖曲线在铅垂面上的夹角,实现了锚箱空间姿态定位,还以该夹角作为参数,保证了锚箱系统的构件级族文件在大桥总体模型中的通用性。
斜拉索分丝管鞍座设计:通过轮廓族文件基于单根分丝管中心线拉伸建立了单根分丝管模型,再建立分丝管群组(如图)。以基于面的族文件建立锚板及其加劲肋的模型,将其贴合于分丝管鞍座群组的端面形成了分丝管鞍座成品构件。最后,加载该成品构件的族文件至总体模型中,根据设计位置进行定位安装。
构件集成及拼装:
③碰撞检验
建立结构总体项目文件,加载大桥所有构件的族文件,以桥梁设计空间信息为基准对各构件定位,进行虚拟拼装。对拼装完成后的总体项目模型进行外观检查,并采用Autodesk Revit软件自带的碰撞检查功能检验各构造是否存在冲突。根据桥梁指导性施工方案在 Autodesk Revit软件中拟定构件生成次序(如图),检验各构件的生成过程是否存在构造冲突。
主梁悬臂施工次序示意
④设计成品出图
在族中完成构件立面及剖面出图设置,随族文件的加载而进入总体模型中,便于及时查看。若总体模型有调整并涉及到族文件,可实时更新成品图纸。
钢横梁出图
⑤结构辅助计算
结构辅助计算:在 Autodesk Reⅵt中建立复杂构件的几何模型,导出为高级几何信息模型,通过网格划分工具软件再将几何信息模型转换为有限元网格,为结构力学计算提供了便利。大桥主墩下塔柱及上塔柱均釆用了此方法辅助结构空间效应计算。
主墩下塔柱几何模型转换示意
主墩上塔柱几何模型转换示意
2.施工应用
①大桥施工过程模拟
基于Autodesk Revit建立的BIM模型,在Autodesk NavisWorks中设置了安装工序及路径,模拟了临时栈桥架设)、通航孔桥主墩零号节段支架安装、通航孔桥主梁平衡悬臂挂篮施工、人非通道桥节段吊装施工。
人非通道桥钢桁架吊装模拟
②临时结构辅助计算
基于 Autodesk Revit建立的栈桥、支架及挂蓝的几何模型,导出为高级几何信息模型,在有限元计算软件中分析临时支架的受力安全性(如图),为结构力学计算提供了便利。
栈桥计算
主梁挂篮计算
3.运维应用
BIM应用于运维管理的价值:为运维阶段提供可视化解决方案,令运维工作更便捷、更具适用性。
①三维可视化
南昌朝阳大桥以智慧城市建设的理念为指导,运用三维地理信息系统(GIS)和建筑信息模型(BIM)技术,基于定制开发的软件平台,构建了一套三维可视化、精细化和一体化的运维管理系统。该系统集成了GIS技术与BIM技术,实现了无缝和信息无损集成,达到了三维地形与三维构筑物的一体化,可实现全桥虚拟漫游。
②服务中心平台
构建了大桥服务中心平台,其管理内容包含维修服务请求、任务分配、工作进度查看、工单编制、满意度调查、工作计划排布、工作量统计分析。
③设施设备管理系统
构建了设施设备管理系统,其功能包含:养护维修任务制定、定期养护计划制定、分时段成本统计。
④安全管理系统
构建了实时监测系统,其监测内容包含:交通流量、应力应变、风速、温湿度,还可进行定期监测(索力、沉降),推荐针对突发事件的应急预案。
⑤工程资料管理系统
构建了工程资料管理系统,可载入各工程阶段及各参建单位的资料,例如:工程准备阶段文件、监理文件、施工文件、竣工图文件等。
⑥平台管理使用操作说明系统
提供了平台管理使用操作说明系统,为平台的运用提供了可快速查阅的操作手册。
BIM应用总结
1)建立了大型复杂结构桥梁建模方法,为今后桥梁BIM应用提供了参考。
2)将BIM技术运用至前期方案设计阶段,提高了设计效率。
3)利用BIM技术进行复杂结构设计,克服了传统二维设计软件难以考虑的三维碰撞问题。
4)依托工程开展BIM应用可提升设计水平及成品质量。
5)辅助解决大型工程现场施工组织技术难题。
6)辅助大型复杂桥梁运维管理。
7)通过项目中的BIM应用,实现了设计、施工及运维三方面的协同。