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[转帖] 桥梁建模3D化——北爱尔兰Peace Bridge介绍及BIM之应用 [复制链接]

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weixinyu 发表于 2016-1-18 17:45:28 |显示全部楼层 |          |
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文/蔡俊镱

       北爱尔兰德里(Derry)为了加强福伊尔河(Foyle)两岸不同宗教居民的联系,建造了和平桥(Peace Bridge)。设计方案采用双塔单斜柱自锚式吊桥,曲线的桥面为两岸居民增加了沟通路径,成为德里的新地标(图1)。建筑信息模型化BIM (Building Information Modeling)目前已广泛应用在建筑工程当中。本桥为特殊造型景观桥,特别应用BIM于钢构制造、运输、组立及吊装管控。


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图1 Peace Bridge

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福伊尔河上的一抹亮色

       和平桥为福伊尔河第3座桥梁,该桥串连德里与伦敦德里,期望将东岸的新教徒及西岸的天主教徒联结在一起,并消除之间的歧见。本桥提供给行人及自行车骑士一条独特的跨河道徒步空间,引导旅客漫游在福伊尔河上,并与两岸沿河步道串连一气,形成一系列的公共行人步道空间,成为北爱尔兰德里一个新地标。

       桥梁由英国威尔金森艾尔建筑师事务所(WilkinsonEyre Architects)设计,以S形反对称双塔吊桥造型得标。设计的寓意是以两座单斜柱桥塔代表新教徒及天主教徒,以S曲线桥越过福伊尔河,隐喻沟通路径之曲折,设计理念充分体现出工程所在地的宗教文化特色。桥型以景观桥的方式,并考虑河川水理及通航,使桥梁成为雕塑般的水上建筑,给人们提供空间视觉的聚焦之地。


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图2 Peace Bridge

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图3 Peace Bridge主梁


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       桥梁全长312m,桥宽3.5~4.5m,主桥结构系统采自锚式吊桥,主桥长235m,主跨径101m。配合S形桥面,采用单平面主缆索及悬吊索,为行人提供良好开阔的视野(图2)。共计4条主缆索及14根悬吊索,唯有单平面主缆索悬吊,主梁需提供足够抗扭能力,采用近三角形钢箱梁结合钢床钣构造(图三)。两外斜钢主塔高约40m,锚定主缆索。为了日后减少维修,全桥特别采用耐候性钢材及足够钢板厚度,以抵抗钢材锈蚀。涨潮时,梁底最低处距河面约为4.3m,维持航道最小净空。本桥为自锚式吊桥系统,无须构筑两端主缆索大型锚碇构造。

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BIM在桥梁工程界的应用

       建筑信息模型化BIM (Building Information Modeling)应用在建筑、桥梁、道路、隧道等工程,以协助规划、设计、施工、营运、维护生命周期各项工程作业与管理的新技术。BIM技术是一个在计算机虚拟空间中的仿真工程行为,强调工程的生命周期信息汇总与持续运用、3D可视化的呈现与跨专业跨阶段的协同作业、几何与非几何信息的关联、静态与动态过程信息的实时掌握、微观与宏观空间信息的整合等。目前,BIM建模软件有Autodesk的Revit系列、Bentley的Microstation和Projectwise、Graphisoft的ArchiCAD及Tekla等。BIM的运作技术多数聚焦在3D可视化的软硬件效能提升、空间与时间冲突分析检核、云端服务的提供与应用、跨专业协同作业及跨阶段间的整合交付等【1】

       一般定义2D为平面图形,3D为空间几何构造,4D为3D加上时程管控,5D则为4D加上成本计算。BIM在桥梁或称为BrIM,如以Revit可建立地形、道路及桥梁,结合相关排水、照明、景观等设施的3D模型,以Telka可以建立完整钢结构与预应力及钢筋混凝土的详细3D构造模型,直接输出后续生产钢构、钢筋制造2D图及数量、管控现场施工期及成本。

       欧美国家已开始规划公共工程采用BIM技术,并推动相关国家标准的制订,如美国NBIMS (National BIM Standards)的国家标准。桥梁工程导入BIM可区分规划、设计(含基本设计及细部设计)、施工、营运和维护五个阶段。对影响设计的地貌、地物等位置数据,如土地、建物、道路、排水设施、民生管线(自来水、瓦斯、电力、电信等)及其他构造物等设施,均纳入3D工程信息模型。导入BIM技术,整合设计界面、优化构件单元、减少施工顺序冲突及变更设计的情形产生,提供后续施工规划、沟通协调,并交由营运单位建立维护管理使用。


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和平桥导入BIM技术


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图4 Peace Bridge 全桥3D模型

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图5 Peace Bridge 主梁3D模型 (参考Telka网页)

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图6 Peace Bridge 主梁悬吊索锚座3D模型

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图7 Peace Bridge 主塔基座3D模型

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图8 Peace Bridge 主梁吊装

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      北爱尔兰和平桥为平面S形桥梁,几何形状为高度复杂曲线。钢构承包商Rowecord特别导入BIM,为减少制造及施工错误,节省作业时间,减少材料浪费,降低沟通错误,以BIM协助钢构制作、运输、现场组立及吊装。采用Telka建立的3D模型如同完工后的构造(图4) ,作为配置主梁及锚座等关键构件组装的重要依据(图5~6),除了构造冲突点的检查之外,还输出钢构施工图供钢构厂制作。此外,主塔基础钢锚座的模拟,以检核施工组立精确度(图7)。本桥钢构制作加上预拱需求,施工精确度及困难度高,总钢重约1000吨,主梁最大钢构件长32m,重达65吨,须从南韦尔斯运到北爱尔兰,运输距离达650公里,包含陆运480公里及海运170公里。本桥为自锚式吊桥,须先组立主梁,然后再悬吊施拉主缆索及悬吊索,针对桥址临时支撑配置与主梁吊装。以Telka模拟不同施工情境,可以掌握曲线构件吊点及重心,确保吊梁施工安全(图8)【2】

       和平桥兼具力与美,已成为北爱尔兰德里的地标及建筑象征,也促进了新教及天主教徒之间的来往,发挥了桥梁交流沟通的作用。特殊S形主梁较难以传统平面2D图施工,采用BIM建立3D模型,对钢构件制作、检核相关冲突点、研拟现场组立及吊装工法等很有帮助,确保桥梁如期如质完成施工。展望未来,将BIM导入桥梁工程,协助规划、设计、施工、营运、维护全生命周期各项作业与管理,对质量要求、进度掌控、成本降低,都会有极大的帮助。


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考文文献

1. 郭荣钦、谢尚贤 “BIM技术与公共工程”,公共工程电子报,第38期, 2011年

2. TEKLA网页(http://www.tekla.com/uk)

(作者单位:蔡俊镱结构工程技师事务所)

(编辑:陈晨)

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