10．1．1 工程概况

1．项目简介

梅山春晓大桥工程起点位于宁波北仑春晓洋沙山东六路与春晓东八路交叉口，以桥梁形式跨越梅山湾，接梅山岛盐湖路，全长约2km，总投资约12亿元，是连接宁波梅山岛与北仑区的特大型跨海桥梁工程（图10-1）。

图10-1 梅山春晓大桥

大桥主跨为336m的中承式双层桁架拱桥，主拱为全焊接桁架拱，主梁分上、下两层，上层为机动车道，下层为人行及非机动车道，下层中间108m范围内设置纵移桥架，通过两侧伸缩的方式实现开启与闭合，纵移打开后，可满足500t级海轮通航要求，为国内首座双层纵移开启式桥梁（图10-2）。技术标准如下：道路等级为城市主干路，双向6车道，设计车速50km／h。

图10-2 下层开启状态

2．工程特点

梅山春晓大桥工程为特大型全焊钢桥，钢结构复杂、空间定位难度大、加工精度要求高，作为国内首座双层纵移开启式桥梁，下层桥架纵移开启闭合施工风险高，传统二维设计在大桥空间相互关系上难以考虑周全，应用BIM技术建立三维可视化信息模型，在协同工作的环境中，使得模型与信息能够快速、有效地共享与交流，可以优化大桥设计方案，保证施工质量。

10．1．2 BIM组织与应用环境

1．BIM应用目标

多专业协同：统一平台工作，共享专业模型数据；

多软件协同：软件开发定制，集成完成设计流程；

快速精细设计：快速定方案助决策、精细做设计保质量；

高效安全施工：模型预拼装抢工期、工艺进度模拟抓盲点。

2．技术路线

本工程技术路线（图10-3）：基于三维地形，应用交通仿真、虚拟现实等技术对方案进行比选与变更；详细设计阶段的模型从方案阶段深化而来，并通过有限元分析计算保证结构安全，成果输出为二维图纸、工程量统计；施工阶段模型进一步深化，主要应用为钢结构数字化扫描预拼装、施工工艺模拟、4D施工工序模拟等，提高钢结构加工精度，保证施工安全，节省施工工期。

3．团队组织

图10-3 BIM应用技术路线

BIM团队由总工牵头把关，设计负责人与BIM负责人共同制定BIM技术路线，在软件、技术、开发、平台管理等多方支持下，由道路、桥梁、管线、机电等专业设计工程师应用BIM技术协同完成BIM设计及施工（图10-4）。

图10-4 项目BIM团队组织

4．项目实施标准

本工程前期通过设计方、施工方以及业主方的协调沟通，明确BIM应用目标，制定了专门的BIM设计标准，统一规范BIM参与各方行为，保证BIM模型及信息的广泛交互与共享（图10-5）。标准主要分为总则、基本规定、协同设计标准、模型命名规则、模型应用标准、模型等级标准以及模型交付标准。

5．协同管理平台

应用基于Web的ENOVIA协同平台（图10-6），将项目WBS分解，每项任务分配给各个专业的设计人员，并安排分工的时间。随着工作的进行，可以实时检查工作进度，完成情况一目了然。还可以将项目中的二维图纸、设计说明等资料文件进行有序管理，便于后期的审核、审查。

图10-5 BIM设计标准

图10-6 ENOVIA协同设计平台

6．软硬件环境

本工程选择达索3DE平台，通过CATIA 2015x以及自主开发的RDBIM进行大桥BIM正向设计（图10-7）。此外，集成多个专业对口软件对模型进行各项专业BIM应用，最终顺利完成整个工程的BIM应用目标。硬件方面采用了大内存和高性能显卡的图形级工作站，同时配备了专业级服务器来存储设计数据。

图10-7 软件平台

10．1．3 BIM应用

1．BIM建模

大桥模型包括地形、岸上引桥、水中引桥、主桥、机电系统以及周边道路、景观等。方案阶段模型等级为LOD100、LOD200，属于轻量化模型，能做到快速修改与变更，迅速决定工程方案；详细设计阶段的模型等级为LOD300，模型较为精细，参数、尺寸、材质等属性更加丰富；施工阶段的模型等级为LOD400，构件添加施工属性信息如时间、场地、施工操作等。

2．BIM应用情况

图10-8 旋鹰HY-6X（A）正射测量型无人机

1）方案设计阶段

从CATIA 2015x底层CAA自主开发道路交通BIM系统，快速进行专业道路交通及市政管线方案阶段的三维设计：开发的基于CATIA的地形模块，可以支持包括无人机测量、激光扫描以及等高线散点等多种来源的地形数据，使用正射测量型无人机收集的点云数据经过地形模块处理后，生成满足方案设计要求的三维地形（图10-8）。

具有交互功能的线形及道路设计模块，能自动进行规范复核，高效支撑道路方案设计；可以进行参数化上部结构设计及三维布墩的桥梁模块，实现了桥梁专业三维可视化设计；直接读取管线勘测及设计数据，快速生成三维模型的管线模块，可以实时修改调整，大幅提高建模效率（图10-9）。(www.daowen.com)

图10-9 自主开发三维设计软件

大桥方案阶段的线位选择、交通组织等设计的合理性需要靠仿真软件的支撑，以往的交通仿真需要依据二维设计图纸重新构建交通仿真三维模型，仿真分析时间较长。本工程基于BIM模型进行交通评价分析，直接受益于BIM模型中精确的交通设计参数和批量布设，相比传统的仿真评价，结果更信服，方法更实用及快捷。开发的交通仿真软件VISSIM数据接口，CATIA模型直接导入VISSIM中，对上层车行、下层人行及非机动车进行交通仿真分析，利用反馈指标优化设计方案（图10-10）。

方案设计阶段有许多比选方案，需要大量调查研究比较，有些方案的优劣其实只有工程完成之后亲自体验才能有直观感受。将BIM模型与虚拟现实技术结合，动态模拟车行、人行、飞行视角，沉浸式体验，快速优化了满撑与集中撑比选、大桥尾端建筑处理等方案（图10-11）。

图10-10 VISSIM交通仿真

图10-11 虚拟现实体验

2）详细设计阶段

BIM模型是包含信息的模型，但是需要包含哪些信息，哪些信息更重要，哪些信息需要与其他软件交互，这些都是精细化建模需要考虑的问题。目前，在钢桥上还没有一个标准的交互准则，参考buildingSMART公司针对建筑行业提出的IFC标准，根据设计经验，为模型进行属性信息拓展以及为模型跨平台交互奠定了基础（图10-12）。

图10-12 钢结构属性拓展

详细设计阶段的模型参数也更加丰富，详细的参数可以带来两个好处：信息的查询更加简单，打开参数树，模型的信息一目了然；模型的修改更加快捷，直接用参数驱动变更（图10-13）。

图10-13 详细的模型参数

钢结构建模是本工程的重点，在精细化建模阶段，钢结构的模型精细到横隔板、过焊孔、人孔、加劲肋以及机电等细节（图10-14）。

图10-14 精细的钢结构模型

钢结构精细化建模的工作量巨大，常规的建模方式需要花费巨大的人力和时间。根据本工程钢结构的特点，开发了批量实例化工具以及批量修改参数工具，可以快速完成钢结构建模：首先生成钢结构构件位置坐标系；然后调用做好的钢结构模板，使用实例化工具批量化将构件生成到相应位置；最后用批量修改参数工具，在Excel表格中修改构件参数，完成建模。

通过有限元分析保证大桥结构安全：混凝土结构模型导入ANSYS等有限元分析软件中，实现BIM模型与计算模型的联动，快速找到最优结构设计；应用CATIA钢结构模块，将轻量化面片模型导入ANSYS中计算分析，满足设计要求后再生成实体模型（图10-15）。

二维出图基于AutoCAD自主开发出的道路出图软件RADS和桥梁混凝土结构出图软件BDBIM，读取CATIA中的后台三维设计数据进行专业出图。钢结构出图则采用CATIA中的AITAC出图模块，定制钢结构出图模板，完成钢结构标准出图（图10-16）。

图10-15 钢结构有限元分析

图10-16 钢结构出图

工程量统计的核心不是软件，而恰恰是我们的BIM模型。模型越精细越标准，统计的工程量才越准确。得益于前期制定的BIM标准，标准化的结构命名、详细的参数制定、IFC标准的结构分类，利用CATIA报表功能，定制各种类型的工程量统计表格，快捷、精确地统计钢结构工程量。

图10-17 主拱数字化预拼装成果

3）施工阶段

利用激光扫描技术，现场对桥梁钢结构进行三维扫描，将点云数据模型化后预拼装，并与BIM模型对比分析，检查拼接偏差，不受场地、设备影响，拼装速度快，有效控制关键构件的制造精度（图10-17）。

将梅山春晓大桥BIM模型轻量化处理后导入3ds Max中进行施工方案工艺模拟，优化施工场地布置、空间需求以及施工安排，提高施工安全性。此外，还模拟大桥下层桥架纵移开启关闭，明确机电安装要点以及操作顺序（图10-18）。

图10-18 施工工艺模拟

在4D施工工序模拟上，选择详细设计阶段的LOD300模型，进行施工时间进度管控，统筹安排各项施工工作。将CATIA模型直接在DELMIA中拆分，拆多少施工多少，不会缺项漏项；根据实际施工工期，将时间信息输入模型中，实时调整工期，统筹安排各项工作，实现工程三维可视化管理（图10-19）。

图10-19 DELMIA施工工序模拟

10．1．4 应用效果

BIM技术在梅山春晓大桥工程正向设计的应用过程中，从方案设计阶段、详细设计阶段到施工阶段，模型及信息不断深化，通过自主开发软件与多个专业软件的集成应用，以及与无人机勘测地形、虚拟现实等新技术的有机结合，有效地实现在方案设计阶段，设计人员能快速展示设计方案，表达设计意图，帮助业主迅速决策；在详细设计阶段，精细化三维设计能够有效减少“错漏碰缺”，并通过结构分析有效提高设计的质量和效率；在施工阶段，通过钢结构数字化扫描预拼装，省时、省力地做好钢结构预加工，施工工艺和工序的模拟做到了精细施工、统筹安排，保证施工安全及质量。BIM技术的成功应用提高了设计单位的影响力和品牌认知度，成果可用于后续类似工程的建设。

10．1．5 BIM应用总结

通过BIM技术在梅山春晓大桥工程正向设计与施工中的实际应用发现，前期BIM标准的制定是至关重要的，可以说，好的标准是BIM技术成功应用的一半。BIM设计与应用并不是一个模型完成所有的应用，而是模型、信息逐步深化的过程，是不同深度的模型应对不同BIM应用的要求。

在方案设计阶段，通过ENOVIA平台统一管理，实现了多专业的协同设计与数据共享，节省了大量沟通协调时间；无人机测量、VISSIM交通仿真、虚拟现实等新技术，使方案设计阶段设计速度更快、更直观。

在详细设计阶段，钢结构模型属性的拓展为跨平台交互提供基础，参数的丰富使信息查询更方便、模型修改更快捷，钢结构通过批量实例化工具与批量修改参数工具又快又好又精地完成建模。通过专业有限元分析软件对钢结构进行分析，保证结构安全性，最终的模型输出二维图纸与精确的工程量统计校核。

在施工阶段，利用不同深度的钢桥模型，完成施工工艺模拟和4D施工工序模拟，在确保施工的安全性的同时，统筹安排各项施工工作，实现施工过程三维可视化管理。