南京長江五橋項目的智能化技術——BIM+VR+GIS

2018-08-15
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南京長江第五大橋,簡稱南京長江五橋。路線起於浦口五裏橋,向東南方向跨越長江,經梅子洲下穿夾江後順接南岸已經建成的青奧軸線地下工程(隧道工程),路線全長約10.3公裏。工程采用橋+隧的設計方案,跨越長江主江工程采用大橋的方式,穿越夾江部分采用隧道的方式。

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其中,跨長江大橋長約4.4公裏,夾江隧道長約1.8公裏,其餘路段長約4.1公裏。全線在五裏橋、豐子河路(浦濱路)、臨江路(橫江大道)、葡園路等4處設置互通式立交。根據最新路網和城市規劃,對這些互通進行了方案的調整。其中包括五橋主線與寧合快速路高架橋銜接;預留五橋、寧合快速路與浦烏路快速路匝道;豐子河路互通、臨江路互通匝道及出入口的優化;葡園路互通與夾江隧道入口的優化等。工程對現有的路網和城市規劃方案的調整,與現有區域公路網銜接及工程界麵劃分的壓力較大。

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南京長江五橋主橋采用三塔斜拉橋結構,其跨徑布置為80+218+2X 600+218+80 = 1796米。南北引橋考慮當地地理位置等特點(如兼顧地麵構造物及洲上河道等),采用階段預製拚裝箱梁,跨徑以52米為主。跨大堤及濱江大道橋采用節段預製變截麵波形鋼腹板連續梁或懸臂澆築預應力混凝土連續結構。夾江隧道連接青奧軸線地下工程,根據不同的地理位置,采用不同的隧道截麵設計。其中主線采用矩形隧道,敞開段采用U形結構,隧道盾構段采用圓形隧道。

>>>“實”與“虛”BIM技術的結合應用

在項目的設計階段大力推廣新技術、新工藝、新理念,力圖通過優化設計,達到保護生態環境、節約和集約用地、節能減排的目的。打造建設友好型、資源節約型的工程典範。尤其是南北引橋、跨大堤及濱江大道橋以及北接線主線橋均采用預製拚裝的施工方案,希望通過將橋梁構件工廠化、標準化、裝配化,來降低現場作業強度及難度,提高工程質量,減少施工風險和對環境的汙染。

傳統的二維圖紙很難直觀地反映工程各個結構的空間關係,更難以了解到工程與周邊環境的位置關係。比如:五橋接線下部結構是否與現有道路碰撞;五橋路線是否與規劃的地鐵11號線、15號線存在交叉;五橋路線、互通是否影響到已有建築物和設施等問題。

二維圖紙也同樣難以核對工程量和結構的準確性。尤其是南京長江五橋大量采用了預製拚裝的施工方案。如不能對設計的預製件進行有效的審核與問題的糾正,反而會造成大量的人力、物力、財力的浪費,更有可能影響工程質量、工程安全。

南京長江五橋項目有結構種類多、預製結構多、地理和現場環境複雜、與城市現有道路交互多等特點。根據南京長江五橋在設計到施工過程中的難點、痛點,在項目初期就明確了在項目各階段運用BIM技術:以BIM信息模型、協同管理平台為“實”,施工模擬、VR展示為“虛”的虛實結合方式,來解決項目各階段、不同需求中的實際問題。

>>>BIM技術在建模中的“實”應用

在項目設計階段,BIM總體實施單位根據整體項目的情況,根據項目各部分的實際需求、結構類型、標段劃分以及模型體量等因素,將整體項目分解後建模。模型總體分為4個部分、28個分項,其中4個部分為“主橋、引橋”“主塔鋼結構”“北接線”“夾江隧道”。模型精度確定為以LOD300為主。部分附屬結構、道路,根據需求建立LOD100模型。建模過程中,在建模伊始就確立建模標準與規則,並嚴格按照建模規則進行。構件、零件同樣按照建模規則進行命名,方便了模型的後期應用。同時,利用網絡服務器,多人同時協同工作提高建模效率。

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邊塔塔柱鋼結構

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邊塔下橫梁鋼結構

項目使用了多款軟件進行建模。根據不同建模精度、不同結構等特點,有針對性地使用不同軟件建模。實現了快速建立輕量化沙盤模型,用於項目整體路線的展示和施工模擬應用。同時又對重點構件結構,尤其是鋼結構和預製構件進行深化、細化設計,包括:中塔鋼殼、邊塔鋼殼、預製梁、波紋鋼腹板連續箱梁等結構。使用這些結構在軟件中進行預拚裝,及時發現圖紙的設計問題並與業主和設計單位進行溝通,提前解決因圖紙設計問題導致的各種問題。

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南引橋混凝土預製梁

利用深化設計的模型和模型所含的信息,對需要進行工程量核對的構件、零件,可對比設計圖,製作工程量核對表格。對需要進行碰撞檢查的構件、零件,可導入其他軟件,進行碰撞檢查並輸出結果表格。有效地減少製造廠商、施工單位識圖困難,甚至誤解圖紙本意,導致材料和資金浪費、零件返工或重新製造、延長工期等問題。BIM三維信息建模過程中相當於重新複核了一遍設計,模擬其建成後的成橋形態。在建模過程中,提前發現了上述問題,避免了在零件製造和施工過程中反複修改圖紙。同時指導鋼廠生產鋼結構零件、構件,有效地規避風險,實現了資源的節約。

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項目互通段漫遊及審視

>>>BIM技術在三維可視化中的“虛”應用

除了對比工程量、核對圖紙問題、碰撞檢查等直接的模型應用外,還將建模導入當下流行的遊戲引擎進行渲染工作。同時,項目通過對周邊地形、構造物的建模,充分還原了項目整體路線周邊的情況。加上虛擬駕駛、夜景顯示、天氣變化、交互漫遊等模塊,實現了南京長江五橋全線、大體量的模型與地形的展示工作。

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南京長江五橋與南京青奧村周邊環境模擬

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波紋鋼腹板結構及外觀審視

項目利用相同引擎,開發了適用於VR設備的虛擬交互展示平台。利用虛擬駕駛、天氣變化等場景,模擬項目在真實環境中的使用情況,讓業主和施工方身臨其境地對項目整體有直觀的感受,檢查項目是否與周邊環境契合、是否美觀。也可以通過這種直觀的審視,發現空間上的嚴重問題。提前解決一些顯而易見,卻又不能在二維圖紙中看到的錯誤。

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南京長江五橋夜景模擬

為實現對於主橋部分的施工工序的模擬,項目針對模型體量大、結構形式多的特點,對部分模型進行簡單化設計。之後使用4D施工模擬軟件,對優化後的模型進行施工模擬。對周邊地形地貌,使用數字地球(GIS地理位置信息+衛星圖片)上的數據,快速建立輕量化地模,一並導入軟件內。從而實現了較為真實的項目整體漫遊、鋼結構局部漫遊、施工模擬、內建VR體驗等內容,指導了施工,優化了工序。

目前,各種BIM應用在南京長江五橋項目中,仍在不斷地深化和迭代。事實證明,這種虛實結合的策略,更能體現出BIM技術在工程領域的價值。“虛”,是利用建立好的模型,進行三維可視化的虛擬工作,讓各方人員對項目有更直觀的感受;讓BIM從技術變成通俗易懂的、可操作的、可視化的視覺和觸覺體驗;讓BIM技術更“接地氣”。“實”,是從初期的建立模型,到後期運養一體化平台等工作。“實”的工作,是BIM技術應用的核心和基礎。虛實相互依賴,充分發揮各自優勢,拓展了BIM技術在工程中的應用範圍。大大提升了各方人員溝通效率,增加了各方對整體項目的直觀感受。同時,模型中涵蓋的信息,為未來的運養階段提供了完整的數據基礎。

(摘自:橋梁雜誌)