北京华筑建筑科学研究院专家团队及各专业高级工程师团队联合发表各专业BIM学术论文，每周二、四，小编都将为大家定期推送一篇学术论文，敬请期待。
本期论文简介
作者：华筑-比目鱼专家 赵雪锋 刘占省
高级工程师 杨露 郑晓磊 刘继
论文题目：《基于CATIA的钢桁架拱桥建模研究》
刊登刊物：《工业建筑》
刊登日期：2016年7月1日
阅读到文章末尾
大神手把手教你成为CATIA大咖
《基于CATIA的钢桁架拱桥建模研究》
作者：赵雪锋 刘占省 杨露 郑晓磊 刘继
（北京比目鱼工程咨询有限公司，北京）
提 要：借助CATIA强大的三维建模能力，根据重庆朝天门大桥工程实例为实践，介绍一种基于CATIA的钢桁架拱桥建模方法。本方法基于CATIA参数、骨架、模板和知识工程等等。该方法符合实际工程习惯，方便应对工程变更。
关键词：桥梁；钢桁架拱桥；CATIA；骨架；模板；知识工程
引言
一、引言
CATIA作为达索平台的三维设计核心产品，拥有领先世界产品设计与创新的解决方案。CATIA可以帮助用户采用三维技术来设计未来的产品。并支持从项目前期、设计、分析、模拟、组装到维护在内的全生命周期设计流程。与其他三维设计软件相比，CATIA的主要优点是：（1）CATIA整体功能强大、可创建任意实体和曲面造型；（2）CATIA提供参数化设计功能和强大的知识工程，可实现产品快速成型和变更。（3）CATIA的各个模块基于统一的数据平台，各个模块存在真正的全相关性。
本文根据重庆朝天门大桥工程实例，重点阐述CATIA在大型钢桁架拱桥中的建模应用方法。
工程简介
二、工程简介
重庆朝天门长江大桥地处重庆市主城中央商务区，西接江北区的五里店立交，东接南岸区渝黔高速公路黄角湾立交，是重庆主城区向外辐射的东西向快速主干道。
朝天门大桥主桥采用（190+552+190）m中承式钢桁连续系杆拱桥，双层桥面布置，上层外双向六车道和两侧人行道，桥面总宽36m。下层中间为双线城市轨道交通，两侧各预留一个汽车车行道。
两片主桁间距29m，拱顶至中间支点高度为140m，拱肋下弦线采用二次抛物线，其矢高128m；拱肋上弦部分线形也采用二次抛物线，与边跨上弦之间采用R=800m的反向圆曲线进行过渡。钢桁拱肋跨中桁高12m，中间支点处桁高74m（其中拱肋加劲弦高46.65m），边支点处桁高为11.83m。全桥采用变节间布置，共有12、14、16等三种节间形式，其中边跨节间布置为5X12m+5X16m，中跨节间布置为5X16m+2X14m+28X12m+2X14m+5X16m。全桥布置有上下两层系杆，其高度间距11.83m，上层系杆构造采用“H”形断面搞结构系杆，下层系杆构造采用“H”形断面钢结构系杆+体外预应力索，钢结构系杆端部与拱肋下弦节点相连接，下层体外预应力索锚固于节点端部。
吊杆横向间距与桁宽相同，为29m，纵向间距与主桁节间布置相同，每个吊点处的吊杆采用两根φ7-109丝的高强度平行钢丝束组成，吊杆上端锚固于拱肋下弦节点处设置的锚梁上，下端锚固于上系杆节点处设置的锚梁上。
上层桥面采用正交异性钢桥面板，桥面板厚14mm，采用“U”形闭口肋，纵向每3m设置一道横隔板，横向布置6道纵梁，在主桁节点处设置一道横梁，全部桥面荷载均通过横梁传给主桁。下层桥面两侧采用正交异性钢桥面板，桥面板板厚14mm，采用“U”形闭口肋，纵向每3m设置一道横隔板，横向每侧布置3道纵梁，在主桁节点处设置一道横梁，全部桥面荷载均通过横梁传给主桁；下层桥面中部采用纵、横梁体系，其横梁与两侧钢桥面板相同，共设置4片轻轨纵梁，其间距为2m，每两片纵梁通过平联和横梁连为一体，纵梁上置木质枕和50kg/m钢轨，作为轻轨交通走形轨道。
拱肋上弦在中跨设置平面纵向联结系，拱肋下弦（除上、下层桥面所在节间外）及加劲弦均设置平面纵向联结系，下层桥面下部设置平面纵向联结系；中间支点和边支点在主桁间均布置桥门梁。
主桁采用整体节点、节点外拼接技术，所有钢构件均采用工厂焊接制造，除钢桥面面板和“U”形肋外用现场焊接外，其余全部构件现场均采用高强度螺栓连接，其中主桁采用M30高强度螺栓，联结系、行车系采用M24高强度螺栓。
主桥支承体系布置如下：
纵向支承体系布置为两岸侧主墩设置固定铰支座，其余各墩均设置活动铰支座。
横向支承体系布置为主墩均设置固定支座，支座上、下座板之间留有一定间隙，可满足横向温度作用下位移的要求；交界墩设置活动支座，边支点下横梁中心设置两个横向限位支座。
大型钢桁架拱桥结构特点
三、大型钢桁架拱桥结构特点
钢桁架拱桥之所以能够在大跨径桥型特别是公铁两用桥中有一定的竞争力，并有较大的优势，是与有以下优点分不开的：
（1） 拱桥的力学特点决定其基有较好的竖向刚度，而斜拉桥和悬索桥本身属于柔性体系，必须在结构和体系布置上加以处理才能满足受力和高速行车的要求。
（2） 桁架桥中的杆件多为承受轴向力构件，能够充分发挥材料的力学性能。
（3） 桁架桥具有每个节点杆件都能够根据受力大小而灵活改变钢种和截面的特点，展现了良好的经济性能。
（4） 桥梁的上部结构施工多为高空作业，桁架拱桥的单根杆件先对较轻，不需要大型的起吊设备，施工迅速。
（5） 钢桁拱桥外形轮廓柔和，桥型雄伟壮观，易于与周边景观协调搭配，能够体现现代化的风貌。
钢桁架拱桥同样也存在一些不足：
（1） 桁架拱桥的节点构造复杂，设计时其抗疲劳性能需要做深入研究。
（2） 大跨度钢桁架拱桥的弦杆和腹杆自由长度较大，承压时存在着失稳破坏的可能，因此，在杆件设计时要充分考虑稳定性要求
（3） 大跨度钢桁架拱桥在施工中的整体稳定性能较弱。
（4） 由于承载高，需要大吨位支座；从“全生命周期设计”出发，还要考虑大型支座的更换问题。
（5） 作为钢结构，要考虑材料的长期防腐性能。
重庆朝天门大桥主桁立面结构图
拱肋上平纵联
大型钢桁架拱桥建模研究
四、大型钢桁架拱桥建模研究
4.1 基本原则
（1） 坐标系：朝天门大桥具有一定的对称性，在考虑坐标系上，为了便于建模和保存坐标一致性，把原点设在下层桥面对称点上，即X轴位于纵向梁中心线，Y轴位于横向向梁中心线，Z轴垂直朝上。
（2） 建模单位：本项目采用mm为长度单位，kg为重量单位。
（3） 命名标准：本项目采用“项目_区域（所属系）_零件_编号”的形式，由于CATIA不支持中文名保存文件，对接保存文件名形式为：CTM（朝天门）_ZH（主桁）_XG（系杆）_1（系杆1）
（4） 建模方法：骨架驱动+文档模板+参数化调节+知识工程阵列。骨架为定位所需要的点线面基本元素，模板为实例化所需的库模板，参数调节为实例化之后可方便驱动零件，知识工程阵列为模板实例化时快速实现方式。
（5） 文件属性：为满足项目材料统计和加工图中的BOM，所有文件属性均需要定制，同时定制完的属性信息在后期运维的时候也方便查询构件信息，并且构件信息需要跟模型有一定关系。如果是后加入的属性信息意义不大。
（6） 出图标准定制：模板实例化之后为了出图的表现性需要对CATIA出图标准进行定制，定制可以采用二次开发，也可以采用修改XML文件来实现，本项目中采用修改XML来实现，不涉及二次开发等内容。
4.2 定制标准
（1） 模型文件定制：本项目采用CATIA V5R20，模型文件属性定制如图：
（2） 图纸BOM定制：
修改XML内容达到图纸BOM表定制功能，修改如下：
（3）物料清单格式定制
物料清单格式定制属性与文件模板属性内容和顺序保持一致性。如下图：
(4) 知识工程环境定制：
知识工程类型的参考目录：
D:\Program Files\Dassault Systemes\B20\win_b64\resources\knowledge\knowledgeTypesCustom
知识工程的环境：
D:\Program Files\Dassault Systemes\B20\win_b64\resources\knowledge
4.3 发布骨架
通过AutoCAD提取拱桥各个方向的平立面视图，然后倒入CATIA中，通过草图得到如下线架构模型。
线架构模型
得到线架构模型之后，需要对应杆件截面编号名字，方便骨架对应，截面编号一样的杆件用同一个文档模板，由于项目具有一定的对称性，所以发布其中一部分骨架线即可。
也可以把杆件编号CAD导入CATIA，以方便查询和对照杆件截面信息。如下图：
发布骨架线，因为以前把杆件编号命名好，所以发布的时候名字会自动对应，发布好处在于，一旦我用另一根相同名字的线来替换现有的线，那么基于发布所做的相关实例化结果都会自动更新。如图：
4.4 文档模板
本项目中大致要做两种类型的文档模板，一种是杆件文档模板，杆件文档模板会有好多种形式，比如箱型截面、工字钢截面等，一种是节点文档模板，节点文档模板的形式会更多。文档模板的标准都新建自4.2（1）中所示的文件！好处在于方便后期物料统计和BOM的处理。
文档模板目录树
4.5 知识工程阵列
通过知识工程阵列我们可以利用已经建好的模板实时快速的建立模型，利用知识工程阵列不仅可以建立单独的零件模板模型，还可以将装配组件建成模板。
通过几行简单的知识工程语言就可以快速的实例化，得到钢桁架拱桥模型,如下图：
结语
五、结语
通过朝天门大桥工程实践，我们队CATIA软件有了更加深刻的认识，并总结提炼出使用与钢桁架拱桥结构的三维建模方法。即以桥梁总体布置骨架为主导，以构件设计模板为核心，结合参数化、知识工程阵列等功能，实现大型钢桁架拱桥的有效建模。
参考文献
参考文献
[1] 张建平，余芳强，李丁.面向建筑全生命周期的集成BIM建模技术研究[J].土木建筑工程信息技术，2012,4（1）；6-14.
[2] 达索系统集团官方网站，http://www.3ds.com/zh/products-services/catia/
[3] 黄俊炫，张磊，叶艺.基于CATIA的大型桥梁三维建模方法
[4] 肖汝诚 孙海涛.大跨度钢桁架拱桥关键问题研究.
作者简介
赵雪锋
个人简介：
华筑—比目鱼联合创始人
赵雪锋 高级BIM顾问
博士 硕士生导师
工程管理研究所 所长助理
中国BIM指数研究中心 副主任
中国建筑学会施工BIM应用专委会 副秘书长
中国BIM发展联盟技术委员会 委员
全国BIM技能等级考试专家委员会 委员
国家注册一级建造\造价\咨询\监理工程师
项目经验：
于BIM复杂条件下地铁站点工程建模及进度分析
基于BIM的工程量自动提取和造价生成关键
技术研究 （博士科研启动基金）
基于建筑信息模型（BIM）的平板电脑施工现场
管理交互系统关键技术研究（教育部博士点）
BIM技术发展对策研究（住建部）
基于BIM的模板脚手架自动排布分析系统研究
施工BIM族库及工艺库研发（建研院）
刘占省
个人简介：
中国建筑学会建筑施工分会BIM应用专业委员会理事
天津市钢结构学会钢结构安装技术专业委员会委员
建筑信息模型工程师注册管理委员会委员
科研经验：
近些年主持或主要参与15项国家、省部级及局级课题研究，经费近2000万元，在国内外主要期刊发表学术论文近60篇，申请专利10余项。获得了“中施企协技术创新一等奖”、“教育部科学技术进步二等奖”、“全球BE创新奖结构工程领域创新奖”、“中国图学学会BIM大赛一等奖”等20多项奖励。作为负责人主要完成了北京市政务服务中心、FAST射电望远镜、盘锦体育中心、卡塔尔多哈大桥、京包桥、徐州奥体中心等30余项工程的BIM咨询与施工管理工作。
杨露
擅长：CATIA 、Rhino 、 Grasshopper、DP、ANSYS WorkBench、Revit
职位:北京比目鱼工程咨询有限公司负责结构研究组负责人、华筑CATIA高级讲师，致力于BIM行业已经5年，曾参与过各种大型建筑项目！与国际知名建筑事务所、设计院、顾问单位、施工单位一起解决工程难题。曾参与过望京SOHO、凌空SOHO、重庆来福士广场、CBD Z3、 Z6 、Z14、安阳万达、青岛万达、吴中体育馆等知名项目，在项目中提供幕墙行业的BIM咨询服务，同时也参与幕墙招标图设计，方案设计等工作。
郑晓磊
个人简介：
就任于北京比目鱼工程咨询有限公司，任职工程技术部总监一职。
中国建筑学会施工BIM应用专委会委员
Autodesk revit全球认证教员
参与过公司多次重大项目的招投标工作，有丰富的甲方，设计，施工BIM咨询、协调、顾问经验。目前驻扎在北京大兴国际机场，担任现场技术负责人一职，助力项目落地实施及新科技应用手段的落地。曾参与中信银行信息技术研发基地BIM咨询服务、顺鑫研发基地BIM咨询服务、黔张常铁路线十标段BIM+GIS、中国尊基坑开挖BIM咨询，重庆龙湖后工天街三期BIM服务，中央财经大学图书馆BIM咨询、宁夏叶盛黄河大桥，衢宁铁路线BIM咨询等项目。
刘继
个人简介：
自年2012开始致力于BIM行业，主要从事路桥隧方向BIM应用的研究、实践和培训，毕业于北京工业大学，土木工程专业道桥方向，现任北京华筑建筑科学研究院-BIM研究员、中国建筑学会施工BIM应用专委会委员、北京比目鱼工程咨询有限公司-基础设施负责人，Autodesk revit全球认证教员2014-2016。曾获2014年北京市优秀毕业生、第四届“高教杯”全国先进成图技术与创新大赛，建模类一等奖、个人全能二等奖。获第四届“龙图杯”BIM大赛施工组二等奖。
项目经验：
2012年 中国尊项目基坑开挖模拟工程师
2014年 龙湖后宫天街项目BIM工程师
2015年 中央财经大学图书馆BIM应用项目幕墙工程师
2015年 北工大学生服务中心项目BIM顾问
2015年 叶盛黄河大桥BIM应用项目负责人
2015年 黔张常铁路BIM应用项目BIM顾问
2016年 衢宁铁路全线BIM技术应用项目桥梁负责人
联系客服
