一、项目概况

1、桥梁设计结构情况

全长810.10m，主桥结构为上承式钢桁提篮拱桥，主拱矢高64.5m，大桥主跨352m，为国内外同类单线铁路桥梁的最大跨度。主拱圈为N型桁架结构，主要由上下弦杆、竖腹杆、斜腹杆、上平联、下平联及横联等杆件组成，全桥共计673根杆件。弦杆内倾角为8.37867°。

2、工程特点

特大桥主桥跨度为352m，为单线铁路提篮式钢桁结构最大跨度，桥梁位于贵州省偏远山区，运输条件困难，现场施工条件恶劣，给桥梁设计与施工带来极大困难。

桥梁结构复杂，施工技术难度大：主拱为钢桁结构，提篮型式；插入式整体节点结构；全桥采用螺栓连接，拼装精度高，现场无法实现主拱的预拼装。

施工辅助设施复杂：采用大型缆索系统设备进行吊装；复杂三维扣挂系统进行辅助。

二、BIM主要研究内容

1、地形地质模型快速构建

在施工准备阶段，利用CATIA完成地形地质模型建立，直观的反应了桥梁所在位置的地形情况。进场前，合理地进行了便道规划、经理部驻地建设、施工场地布置、重要辅助设施的设计等工作，为工程项目的顺利施工打下了坚实的基础。

2、施工场地快速布置

施工场地的布置合理与否，与工程项目后期的顺利开展息息相关。通过场地布置库、施工设备库及参数化技术，能够实现施工场地快速布置以及方案调整。通过软件建模结合地质模型进行场景显现，验证了场地布置的合理性。

3、主拱模型快速构建

大桥空间结构复杂，杆件多，加工厂和现场均无条件进行全桥预拼装，因此图纸的正确与否将变得极其重要。加之，该桥属于“三边工程”，更需一套精确软件对全桥钢结构进行复核。通过CATIA建模软件，采用骨架式建模、树形结构分层管理的思路，各构件间通过发布参数建立关联关系，快速对基于二维图纸的设计成果进行三维复核。

4、施工模型快速切分

由于设计模型与施工模型的模型颗粒度以及细节程度不一致，需将设计模型切分，为后期的仿真验证和精确算量提供基础数据。本研究通过CATIA二次开发功能开发了实体快速切割插件，自定义多种切割方式对设计模型进行快速切分，大大提高了设计成果向施工模型转换的效率。

5、扣挂系统设计

扣挂系统是大桥主拱完成施工的重要受力体系。由交界墩、钢扣塔、扣锚梁、扣锚索、扣索地垄等组成。在设计过程中，扣塔二维图设计与BIM3D模型验证同步进行，通过3D模型实时校核，不断优化扣塔结构设计；通过对各部分空间相对位置校核，指导现场精确完成扣挂系统施工。

6、施工辅助设施碰撞干涉检测

扣挂系统扣锚索为空间结构，二维图中无法清晰地反映出扣锚索、锚梁及扣塔相互之间的相对位置关系。利用CATIA软件碰撞检查工具，检测出扣锚梁与扣塔斜杆的碰撞、扣索与锚梁的碰撞。根据检测结果，及时更改相关设计，避免了因设计错误造成现场返工的问题出现。

7、钢桁拱桥整体施工计划仿真及优化

通过DELMIA软件将全桥施工计划与BIM施工模型关联，对大桥整体施工计划进行虚拟施工仿真。利用施工虚拟仿真预演，验证施工组织方案计划，减少实际施工时可能的工作任务冲突。

8、钢桁拱杆件推荐安全吊装高度仿真

主拱杆件吊装过程中存在穿越扣索和翻越扣塔等复杂工况，该工况安全威胁非常大， 稍有不甚会导致整个扣挂系统的失效。课题组采用DELMIA软件仿真技术，通过对杆件吊装过程进行仿真，提前模拟吊装路径，确定安全可靠的吊装方法和起吊高度距离，减小现场人工临时指挥的不确定性，改善吊装作业安全。

9、施工人员可达性仿真验证

针对高空作业，空间狭小等问题，利用DELMIA中的人机分析功能包括：可视性、可达性分析；快速上肢（RULA）分析；推拉分析；腰椎受力分析等专业的人机仿真和分析功能。对施工人员的工艺任务进行人机仿真模拟，对其可操作性进行验证，排查施工过程中威胁人员安全的环境因素和工艺隐患。

通过施工计划仿真，提前验证了计划的可行性，避免了大桥建设过程中的计划冲突。首次实现了对重难点工艺、施工安全性及可达性的仿真，验证了施工工艺的合理性，确保施工安全。

10、交互式BIM指导技术应用

利用3DVIA软件制作了相关重难点工序的电子施工指导书，通过施工方案与施工仿真的结合，技术人员和施工人员及时快速掌握重难点施工工艺过程。

三、总结

1、采用CATIA软件快速将设计院提供的地质数据转化成地质模型，直观的反应了桥梁所在位置的地形情况，为后续项目部便道规划、经理部驻地建设、场地布置、大型缆索系统及扣挂系统设计提供了详实的数据。

2、在缆索系统和扣挂系统设计阶段，采用CATIA软件进行同步建模复核，通过三维模型直观地表现各种结构设计的合理性，为设计者提供了更好的设计思路。

3、通过CATIA碰撞检测模块，对方案设计及应用阶段的硬碰撞和软碰撞进行检测，提前查找和报告设计冲突，减少了因设计错误导致的施工变更，预先排除碰撞点并提前进行变更。

4、通过DELMIA软件将全桥施工计划与BIM施工模型关联，对大桥整体施工计划进行虚拟施工仿真。利用施工虚拟仿真预演，验证施工组织方案计划，减少实际施工时可能的工作任务冲突。

5、采用DELMIA软件对全桥重难点施工工艺进行了模拟，通过三维动画模拟直观的展现了各施工工艺的全过程，验证了施工工艺的合理性，为工艺的不断优化和创新提供了可靠的依据。

6、通过对人体仿真模拟分析，对现场施工人员进行可操作性及安全性验证，预先排查施工过程中威胁人员安全的环境因素和工艺隐患，确保施工人员安全。

7、实现了真正的数字化交底，通过施工方案与仿真的结合，使得技术人员和现场操作人员能及时快速掌握重难点施工工艺过程，更好指导现场施工。

8、建立了BIM标准文件库、各标准组件库、施工材料库、工艺库、人机模型库、可重用资料库及相关开发程序库。通过对库资源的通用化、系列化、模块化、标准化的持续性维护，使BIM知识库成为企业的数字化信息资产，实现在同类项目中优势展现及专业知识的共享和复用。

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