基于BIM的钢管混凝土拱桥可视化施工技术研究

摘要

钢管混凝土拱桥具有刚度大、造价低、造型美、后期维护费用低等优势，在我国特别是山区应用广泛。该桥型传统施工中信息化管理程度低，导致施工中存在进度控制不合理、施工交底不彻底、施工协同程度低等不足，成为限制其发展的主要因素。建筑信息模型（Building Iformation Modeling，BIM）的兴起，为钢管混凝土拱桥施工信息化管理的变革提供了新的思路;三维激光扫描技术的出现，使钢管混凝土拱桥施工可视化控制成为可能，BIM与三维激光扫描技术创新联动形成基于BIM的可视化施工技术。桥梁工程界对于BIM技术的应用研究才刚刚起步，本文在我国桥梁工业化及信息化的背景下，以钢管混凝土拱桥为例，研究基于BIM的可视化施工技术。本文主要研究内容及结论如下:
　　①通过梳理BIM的技术特点和发展现状、传统桥梁施工过程中存在的主要问题，将可视化技术与BIM技术应用到桥梁施工中，提出了基于BIM的可视化施工技术。
　　②研究了基于BIM可视化技术实现的理论基础，分析了可视化施工实现的核心技术，从桥梁工程本身的特点出发，结合BIM可视化、协调性、模拟性、优化性、信息输出性的特点，搭建了桥梁施工BIM应用框架。
　　③通过对可用于桥梁工程的BIM商用软件平台进行调研，选取Autodesk Revit作为核心建模软件，梳理了核心模型建立流程，建立了某钢管混凝土拱桥构建族，利用Civil3D创建了现场地形，最终形成一比一的实桥BIM模型。然后，将BIM模型导入到Autodesk Navisworks中，利用其TimeLiner、Animator和Scripter模块进行4D施工模拟及施工动画模拟，让施工参与者犹如“身临其境”，改变了施工管理模式，减少了传统施工中存在的问题。
　　④通过对三维激光扫描技术的分析，将该项技术应用于桥梁线形采集中，实现了实桥三维模型与BIM模型的紧密衔接，提出了可视化线形的概念。应用点云处理软件Geomagic Control曲面拟合技术实现主拱圈外观重建，并验证了其精度满足要求。在此基础上，将可视化线形应用于主拱圈线形温度影响因素分析中，形成三维色谱图，达到直观展示主拱圈各个位置由于受到温度影响而发生的位移的目的。运用有限元分析软件Midas/Civil分析该桥主拱圈受温度影响时位移变化，提取对应截面数据与上述值进行比较，发现仿真分析结果与三维扫描结果获取的现象一致，即进一步验证了可视化线形应用于钢管混凝土拱桥施工控制的可靠性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的及意义

1．3 BIM及可视化技术研究现状

1．3．1 BIM的内涵

1．3．2 国外研究及发展现状

1．3．3 国内研究及发展现状

1．4 主要研究内容

1．5 本章小结

第二章 可视化施工技术的理论基础研究

2．1 传统施工过程中存在的缺陷与挑战

2．1．1 传统桥梁施工面临的挑战

2．1．2 传统施工管理存在的问题分析

2．2 可视化施工技术概述

2．2．1 可视化施工技术的内涵

2．2．2 可视化施工技术的特点

2．3 可视化施工的核心技术

2．3．1 参数化建模技术

2．3．2 可视化技术

2．3．3 结构仿真技术

2．3．4 施工优化技术

2．3．5 系统集成技术

2．4 可视化施工技术平台

2．4．1 可视化施工技术实施子模型

2．4．2 可视化施工技术模型的数据维度

2．4．3 可视化施工技术框架

2．5 本章小结

第三章 基于BIM的可视化施工技术的实现方式研究

3．1 BIM的技术分析

3．1．1 BIM的技术特点

3．1．2 建筑信息标准—IFC标准

3．2 BIM平台

3．3 BIM与桥梁可视化施工

3．3．1 桥梁可视化施工技术需求分析

3．3．2 BIM参数化建模模块

3．3．3 BIM结构仿真

3．3．4 BIM施工模拟与优化

3．4 三维激光扫描与BIM集成

3．4．1 三维激光扫描技术概述

3．4．2 三维激光扫描技术的应用

3．5 基于BIM的桥梁施工可视化管理

3．6 本章小结

第四章 BIM参数化建模与4D模拟在钢管混凝土拱桥中的应用分析

4．1 桥梁工程概况

4．2 钢管混凝土拱桥核心模型建立

4．2．1 软件选择与建模流程

4．2．2 族的概述

4．2．3 结构模型

4．3 BIM模型在施工过程中的应用

4．3．1 可视化协同、沟通

4．3．2 碰撞检测、施工优化

4．4 基于BIM的4D施工模拟

4．4．1 施工工作分解

4．4．2 基于navisworks的4D施工模拟、优化

4．5 本章小结

第五章 基于3D扫描的可视化线形与BIM模型衔接在施工中的应用分析

5．1 基于三维扫描技术的主拱圈可视化线形

5．1．1 三维扫描技术数据精度分析

5．1．2 实桥主拱圈可视化线形获取与数据处理

5．2 可视化线形精度分析

5．2．1 桥梁可视化三维外观重建精度分析

5．2．2 桥梁可视化线形与二维线形对比分析

5．3 基于BIM模型的主拱圈线形可视化分析

5．4 可视化线形在主拱圈温度影响分析中的应用

5．4．1 可视化线形获取概述

5．4．2 可视化线形分析温度对主拱圈线形影响

5．4．3 主拱圈线形温度影响理论与仿真分析

5．5 本章小结

第六章 结论及展望

6．1 全文结论与创新点

6．1．1 结论

6．1．2 创新点

6．2 研究展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果