面向全寿命管理的自锚式悬索桥BIM技术研究

摘要

自锚式悬索桥作为城市桥梁中极具竞争力的一种桥型，拥有广阔的发展前景，但由于结构特殊，需要在运营阶段加强桥梁监测养护。为延长自锚式悬索桥服役期限并保证使用过程中的安全可靠，对桥梁结构进行全寿命管理，借助BIM技术整合规划、设计、施工、运营各阶段信息，实现信息的有序存储和高效管理。为解决自锚式悬索桥实体和虚拟BIM模型之间的全寿命管理信息交互问题，引入数字孪生技术，搭建互联网服务平台，提升信息传递效率，实现以BIM模型为核心、以网络平台为纽带的全寿命管理体系。　　BIM技术有效解决了桥梁工程中信息存储调用的难题，满足了桥梁全寿命管理对信息处置的要求。本文以云龙湾大桥为工程背景，通过Revit软件建立BIM模型，满足自锚式悬索桥结构复杂、信息量庞大的需求。在模型中过于精细的表达将拖累设计进度，将桥梁BIM模型分为几何模型和性能信息，按设计深度不同划分模型Lod精细度等级，在满足桥梁结构信息表达需求的同时，实现BIM模型轻量化。通过参数化手段建立几何模型，借助族参数和族类型目录，创建自锚式悬索桥各类构件族。整合相关构件实例形成嵌套族，拼接为整体模型，减少BIM建模工作量。　　通过有限元软件模拟云龙湾自锚式悬索桥初始平衡状态、施工吊杆张拉锚固过程以及成桥运营状态，获取桥梁性能信息。提出以名义安全度系数和安全度等级为指标的判断标准，进一步整合计算数据，使性能信息更为便捷地融合于几何模型。借助Dynamo可视化编程软件，实现信息批量处理，通过逻辑节点设计，以Excel文件为传输媒介，读取性能信息创建参数，并赋予参数值。进一步筛选安全度等级参数，对不同构件进行颜色表征，在BIM模型中直观清晰地表达结构安全度储备。　　提出基于数字孪生的桥梁全寿命管理体系，搭建Web网站和微信小程序作为网络服务平台，连接虚实，提升自锚式悬索桥和虚拟模型之间的信息传递效率。使用Web网站，管理桥梁全寿命周期内产生的大量数据，实现网页与BIM模型联动、远程协同工作等功能；利用微信小程序将全寿命管理平台小型化，提升信息交互速率，最大发挥信息时效性，对桥梁的全寿命管理具有参考借鉴价值。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 自锚式悬索桥概述

1.2.1 自锚式悬索桥的起源与发展

1.2.2 自锚式悬索桥的结构特点

1.3 BIM技术

1.3.1 BIM概念的起源

1.3.2 BIM技术应用情况

1.4 全寿命周期管理

1.4.1 形成与发展

1.4.2 管理理念

1.4.3 数字孪生

1.4.4 面向全寿命管理的桥梁BIM技术

1.5 本文主要研究内容

第2章 自锚式悬索桥几何模型

2.1 模型精细度

2.2 几何模型参数

2.3 自锚式悬索桥构件族

2.3.1 研究实例

2.3.2 主缆及索鞍

2.3.3 吊杆及索夹

2.3.4 加劲梁族

2.3.5 桥塔及桥墩

2.4 全桥整体模型

2.5 本章小结

第3章 自锚式悬索桥性能信息

3.1 各阶段性能信息

3.2 结构计算数据

3.2.1 计算模型

3.2.2 初始平衡状态

3.2.3 施工过程吊杆张拉模拟

3.2.4 成桥运营状态

3.3 安全度指标

3.3.1 名义安全度系数

3.3.2 安全度等级

3.4 性能信息框架

3.5 本章小结

第4章 信息模型构建

4.1 信息模型整体设计

4.2 Dynamo可视化编程

4.3 基于Dynamo的信息模型构建

4.3.1 导入性能信息

4.3.2 定义参数并赋于参数值

4.3.3 数据筛选颜色表征

4.4 本章小结

第5章 全寿命管理网络服务平台

5.1 基于数字孪生的全寿命管理

5.1.1 数字孪生技术架构

5.1.2 自锚式悬索桥应用

5.2 Web平台

5.2.1 Web技术

5.2.2 整体框架

5.2.3 细部设计开发

5.3 移动终端应用程序

5.3.1 微信小程序

5.3.2 程序开发环境

5.3.3 设计开发

5.4 本章小结

结论

致谢

参考文献