深茂铁路潭江特大桥左岸位于江门市新会区会城街道南庚村,桥址右岸位于小冈镇龙蟠里村,主梁为(31.85+57+130+256+63.9)m独塔混合梁斜拉桥,全长540.55m。主桥平面位于直线上,线间距4.4m,主桥处纵断面为平坡。
基于桥梁工点设计的特殊性,潭江桥引桥部分为常规简支梁、中小跨度连续梁,采用Catia软件设计,应用知识工程生成桥墩、梁部等主体结构,并在线路变动情况下自适应调整,实现桥梁的自动化正向设计。潭江桥主桥部分则采用(32+57+130+256+64)m独塔混合梁斜拉桥,边跨为混凝土箱梁,中跨采用钢箱梁。主跨256m为潭江通航孔,钢-混结合面设置于10#墩顶处。考虑主桥部分构件繁多且均为非常规构件,以及构件间的空间逻辑关系复杂等特点,选用善于精细化表达的Solidworks软件进行主桥正向设计。
2、Catia设计引桥
针对潭江特大桥自身结构特点,搭建参数化的构件模板库,利用知识工程将几何变形、逻辑关系和外部输入条件封装在模板中,引进先进的骨架式建模思想,搭建全桥模型骨架,通过模板实例化现实构件在三维空间的精准定位和自适应变形设计,并利用知识工程的黑盒功能对模板进行封装,有效保护了设计人员的知识产权。三维参数化建模成果见图1。
Catia设计常规结构引桥成功解决了桥梁对线路适应性差、工作量繁重等设计技术难题。
3、Solidworks设计主桥
(5)材料信息赋予及工程数量统计
潭江特大桥BIM模型不仅包含几何实体信息,更重要的是承载着材料属性、拼装序号等相关信息,达索平台系列软件的数据继承性可将模型所有信息传递给下游专业,也能作为交付内容提供给施工单位指导施工。潭江特大桥桥面板横梁腹板属性界面包含了几何信息、材料信息、设计人员信息等(见图5)。
在正向设计过程中,工程数量汇总作为串行设计流程的最后一道环节,由于其专业下游性,前面方案选定、结构计算等环节稍有变动都会造成工程数量的改变。
由中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁院自主研发的Solidworks规格计算插件能智能测量构件几何信息,在预定义三维模型构件材料属性的前提下,能一次性计算并存储所有构件规格信息,自动生成工程数量总表,解决了人为算量的劳动力重复性、错误主观性等问题。
(6)指导施工工序
桥梁三维BIM模型除了能直观展示各构件空间位置及组装形式,还可以引入时间因子,将BIM模型拓展为4D模型,即按现场实际施工工序模拟桥梁桩基、墩台、梁部及桥面附属等结构的逐步施工过程。在潭江特大桥BIM设计中,应用Solidworks软件的爆炸功能模块清晰直观展示了钢混结合段、钢梁段中各钢板构件的拼装、焊接及混凝土浇筑顺序,在模拟施工方案、优化施工工序方面体现出显著优势。潭江特大桥某钢箱梁节段爆炸状态见图6,动态回溯可演示该梁段的完整拼装流程,且拼装视频能用于指导工人施工操作、安全培训等。