趙小鋼，水亞雄

（甘肅博睿交通重型裝備制造有限公司，甘肅 蘭州 730300）

1 BIM 軟件Tekla Structures、Auto PoL 概述

Tekla Structures 是芬蘭Tekla 公司開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)詳圖設(shè)計軟件，它是通過先創(chuàng)建三維模型后自動生成鋼結(jié)構(gòu)詳圖和各種報表來達到方便視圖的功能。

Auto PoL For Windows 是由瑞典FCCsoftwireAB 公司開發(fā)的一款用于鈑金與管道設(shè)計并展開的軟件產(chǎn)品。可對Tekla Structres 軟件導(dǎo)出的空間三維曲面零件進行自動展開為二位平面圖形以獲得零件下料所需的大樣，其具有簡單易用、算法高效準確、運行速度快的特點。

2 項目概況

蘭州新區(qū)經(jīng)三十三路（原東繞城快速路）與G341 線（白銀至中川段）立交工程，其中D 匝道2 號橋、E 匝道1 號橋上部結(jié)構(gòu)采用（45+65+46+40）m 連續(xù)曲線鋼箱梁，鋼橋梁采用變截面單箱雙室封閉式箱型截面結(jié)構(gòu)，箱梁中心1.8～3.0m，鋼箱梁頂板寬度10.7m，底板寬度7.2m。橋梁平曲線位于圓曲線及緩和曲線上，豎曲線縱坡為3.800%和-3.055%，變坡點出為半徑2000m 的圓曲線。該橋橋面橫坡由-2%逐漸過渡變化至3.5%，全橋為空間彎曲三維結(jié)構(gòu)，工廠制造時采用反造法加工生產(chǎn)，加工難度極大。為獲得準確的空間線形及橋梁精度，對橋梁頂板進行了放樣。

蘭州中通道五分部九合互通匝道橋，上部結(jié)構(gòu)為30m 簡支鋼混組合梁，本橋平曲線位于緩和曲線及半徑為150m 的圓曲線上，豎曲線縱坡為-1.800%和-2.400%，豎曲線變坡點處圓曲線半徑為20000m，橋面橫坡為6%，全橋為空間扭曲三維結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)方法獲得胎架坐標困難，因此對全橋進行了放樣建模。

敦煌至當金山口公路項目，大部分鋼梁均采用波形腹板鋼-混組合梁，其腹板為新型波形鋼腹板，受橋梁平曲線及豎曲線影響，波形腹板為空間變化曲線，利用傳統(tǒng)CAD 技術(shù)很難獲得波形鋼腹板的下料尺寸。為確保腹板下料精度及壓制成型后的尺寸精度，利用BIM 技術(shù)對全橋進行了放樣及建模。

3 鋼橋梁放樣過程

3.1 利用傳統(tǒng)CAD 技術(shù)，依據(jù)設(shè)計文件對橋梁所在道路設(shè)計中心線（平曲線）、腹板定位線、隔板定位線、支座中心線進行準確放樣；依據(jù)道路縱向線形（設(shè)計豎曲線）、設(shè)計預(yù)拱度曲線及工廠制造預(yù)拱度相疊加獲得工廠制造最終橋梁豎曲線，如圖1 所示。

圖1 曲線要素放樣過程

圖2 斷面圖

3.2 利用傳統(tǒng)CAD 技術(shù)，結(jié)合已獲得的橋梁平曲線及橋梁豎曲線繪制出空間三維橋梁道路設(shè)計中心線。

3.3 根據(jù)設(shè)計文件中頂板系統(tǒng)、底板系統(tǒng)、腹板系統(tǒng)及挑臂系統(tǒng)之間的相對位置關(guān)系制作出橋梁斷面圖，并將斷面依次放置在相應(yīng)的隔板控制線上，最終形成整橋的空間三維線模。如圖2 所示。

3.4 將3.3 中制作完成的整橋三維線模導(dǎo)入Tekla Structures中，利用梁、柱及三角形生成器搭建出頂板系統(tǒng)、底板系統(tǒng)、腹板系統(tǒng)、隔板系統(tǒng)及挑臂系統(tǒng)實體模型，并對模型中所有零件、構(gòu)件進行編號以及對零件厚度、材質(zhì)等屬性進行編制工作。

3.5 胎架標高的獲取。將胎架工裝的平面支撐節(jié)點布置圖導(dǎo)入Tekla Structures 中，并將3.4 中制作完成的最終橋梁模型導(dǎo)入其中，確保胎架平面與橋梁平曲線平行且控制點重合。利用軟件制作虛擬胎架并提取胎架支撐點對應(yīng)的標高值。

3.6 鋼箱梁曲面的展開。由于橋梁均為空間扭曲三維結(jié)構(gòu)，其中頂版、底板、腹板均為空間扭曲面，其零件精確下料尺寸不易得到，通常對于曲線放樣，一般采用以下四種方法：

（1）圓臺展開

當橋梁設(shè)計中心線為圓曲線且縱坡坡度較小或沒有豎曲線時可以快速放樣，且精度滿足設(shè)計及制造技術(shù)要求。當橋梁設(shè)計中心線為緩和曲線或豎曲線坡度較大時，零件精度不滿足設(shè)計及制造要求。

（2）利用三角形劃分曲面人工展開

首先，要在鋼箱梁模型中將需要展開的曲面劃分為若干三角形；其次，量出所有三角形邊長的空間尺寸；最后，在平面上按照量出的邊長劃出三角形連在一起。最終所得的圖形即為曲面的展開圖。這種方法可以展開任意曲面，但缺點是人工放樣非常復(fù)雜且效率很低。

（3）利用三維軟件

此種方法原理和第二種相同，可以快速準確地得到零件的下料尺寸，且操作簡單。在以上項目中采用Auto PoL軟件結(jié)合Tekla 三維模型進行精確展開，并考慮實際生產(chǎn)過程中的焊接收縮及安裝誤差等因素，在橋梁合龍段頂板、底板、腹板下料時增加了工地配切余量。

4 結(jié)語

按照以上步驟放樣、模型搭建、繪制展開圖，得到的零件大樣經(jīng)數(shù)控切割下料，組裝焊接后經(jīng)檢驗符合橋梁技術(shù)要求，獲得的胎架標高經(jīng)生產(chǎn)檢驗后同樣滿足線形設(shè)計要求。經(jīng)過現(xiàn)場組拼吊裝后檢測，橋梁線形、預(yù)拱度、橋面橫坡等各項指標均滿足設(shè)計要求。

BIM 軟件Tekla Structures 需先用CAD 進行放樣后才能進行模型搭建工作，模型搭建調(diào)整完成后方可出圖。與傳統(tǒng)CAD 相比多出了搭建模型的步驟，因此在簡單直線橋型中其出圖效率低于傳統(tǒng)CAD。但在曲線橋、變寬橋、變截面橋等復(fù)雜橋型中，BIM 技術(shù)表現(xiàn)出快速準確地得到相關(guān)技術(shù)參數(shù)、零件清單等報表、精確的零件大樣等優(yōu)點。