基于Bentley平台的预应力T梁桥三维设计

李金阳 向正松 齐 飞

（四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司， 四川 成都 610041）

0 引言

沿江高速公路BIM试点工程实施的范围为K242+881～ K261+708.24高速公路段，线路长度为18.83km，桥梁全长6348.64m，其中包含预制T梁桥12座。公路工程设计经历了从手工绘图转换为AutoCAD绘制二维图纸 ，目前正处于传统的二维设计转换为三维参数化设计的研究阶段。目前主流三维建模软件分别是Autodesk、Bentley以及达索系统，但运用到实际的工程项目设计中均需要在其平台上的主要设计软件上进行开发[1]。

Bentley平台中设计软件对于常规桥梁的下部结构可按照设计要求生成三维模型，但桥梁主梁的布置在曲线段还存在进一步优化的空间。为进一步把三维参数化设计真正应用到工程设计项目中，解决实际工作中大量常规桥梁的设计问题，在Bentley平台上开发预支T梁桥三维设计插件，该插件可在常规设计流程上完成三维设计，经过金阳至宁南高速公路段的应用，该插件得到验证并逐步完善[2]。

1 二维布梁方式

传统的二维设计中布梁方式主要有三种：（1）相对于墩台中心线偏移，是以桥墩、桥台中心连线为基线进行偏置，放置每一片梁。（2）相对于路线中心线偏移：是以路线设计中线为基线，按照每一片主梁宽度偏置基线，定位出偏置后的曲线与盖梁中心线的交点，再分别连接前后两盖梁上的交点，放置每一片梁。（3）相对于桥台中心连线:是先将两个桥台的中心连线，做为全桥中线，然后按照直线桥布置主梁[3]。三种布梁方式基于二维平面偏置布梁中心线，均不能精准的反应预制T梁在路线纵坡上的变化情况。

2 三维布梁主要方法

首先，通过计算分析将数据整理，通过数字化的形式贯穿整个三维设计流程，使创建的模型与实际构件相同[4][5]，从而提高模型质量与建模效率，为后期构件参数的修改减少难度。在Bentley平台进行二次开发，构件控制性参数之间的逻辑关系的确立，是保证构件的几何尺寸、超高、相对位置、T梁横坡精准设计的重要前提，通过这些重要数据用数学模型建立构件的形状[6]。

在二次开发的设计流程中，难点是梳理参数之间的逻辑关系，将模型通过代码实现。因此，只能构想T梁横断面控制性参数之间的数学逻辑关系，并对其设定相应的约束才能实现模型的准确性，并对全模型建立清晰的思路，从而完成最终构件模型的参数化，实现数据的变动对构件变化调试。

以传统的二维布梁设计思路作为三维参数化设计的根本指导方针，首先得到每个桥墩的中心坐标，即墩台轴线与路线平面线的交点，连接相邻两个墩台的中线点，得到墩台的中心轴线连线，基于该直线向两侧同时偏移一预制T梁标准宽度的间距，再结合桥梁横坡参数计算得到相邻主梁的梁中心定位点。主梁首尾两端对应的梁中心定位点相连，即得到每一片梁的梁中心线。

基于Bentley中OpenRoadsDesigner软件为基础进行二次开发。以C#语言为底层语言将设计问题转化为逻辑推理过程的问题，各部位异形构件建立时，需要将构件复杂因素转化成参数，借用函数的算法对构件进行编程设计。以C#语言编预制T梁横断面为例，首先基于T梁中点为起点，通过T梁宽度、T梁高度、马蹄宽度、马蹄倒角高度、腹板厚度、T梁翼缘高度等参数计算得到整个横断面上的每个控制点的精确坐标位置，将所有的控制点连接成线，形成T梁标准断面。然后以布梁中心线为基准，再以点控制的方式，实现主梁腹板渐变段的变化，通过自适应点创建主梁参数化模型，如图 3.1所示。

图3.1 预制T梁结构三维图

通过Excel表格编写横断面参数以及主梁结构参数，将预制T梁标准横断面的控制参数以表格的方式输入，主梁结构参数主要包括主梁起始桩号、横坡、横隔板数、跨径、主梁片数、主梁梁距，如表1所示。将该Excel文件导入ORD软件中，插件读取该表格的主梁信息自动生成T梁三维模型，该三维模型相对于二维布梁设计可精准反应主梁在纵坡上的变化情况。在设计过程中，若主梁参数有变化可通过调整表格参数，快速精准的重新生成该桥主梁三维模型，实现以参数的形式控制主梁结构的变化。

表1 主梁结构参数

3 桥梁三维模型实例设计

本文将二次开发的插件应用于沿江高速公路中的骑螺沟互通。骑螺沟互通桥梁的主梁形式为25米、40米预支T梁。

桥梁主梁采用自主开发的插件导入主梁结构参数表格，运行程序，自动生成主梁三维模型。

桥梁下部结构采用CSD软件设计。基于CSD的PCL语言编写桥墩模板，以表格的方式输入参数，如图4.2所示。基于桥梁的路线相关信息、桥梁桩号，再导入桥墩参数表格，批量放置桥墩，运行CSD，自动生成桥梁下部结构的三维模型，如图 4.1所示。桥梁下部结构的参数变化可通过修改 Excel表格完成，亦可通过在CSD里直接修改参数完成。

图4.1 桥梁下部结构三维图

将桥梁上部结构和下部结构组装合并，得到桥梁整体三维模型，如图4.2所示。主梁和桥墩的结构变化均可通过Excel表格修改参数完成，实现了预制T梁桥的参数化、精细化设计。高精度的三维模型为BIM全生命周期的应用提供了必要的基础[7]。

图4.2 桥梁整体结构三维图

4 总结与展望

本文基于ORD开发的插件解决了桥梁主梁纵坡随路线变化的问题。BIM技术在公路桥梁中的应用，能更好的提高桥梁设计环节的精确程度，使桥梁工程在三维图下表达更明确、分析更精准、处理冲突问题更便捷、模型信息提取更丰富。由于运用软件技术水平的局限性，以及工程经验的不足，本文仅基于 OpenRoadsDesigner进行二次开发。在本论文的研究过程中，各软件结合虽得出一些成果，但是还有很多需要探究的地方，并在研究中加以完善。

（1）现阶段BIM技术仅在初步设计应用阶段。如何能将桥梁工程设计工作从传统设计理念转换到BIM平台中，还需要进一步对BIM平台技术进行深入的研究。

（2）BIM技术在基础设施方面仍没有大量普及，桥梁工程应用BIM技术的深度尚需进一步的提高。各研究人员不能够及时共享族库，导致BIM技术在真正意义上落地需要一段时间，BIM技术的工作人员还应投入更多时间进一步深入探究。

（3）在BIM技术中，当前二次开发的相关插件对一些构件仍不能进行细化设计，只能应用一些常规的模型，如何将二次开发突破，面对这一难关还要做进一步的研究。