[分享]从概念到管理的工程数据流

在桥梁工程中使用BIM，对工程师们来说是一项新的挑战。从BIM概念到最后的数据管理，只有在很好地理解项目各阶段任务的情况下才能完成。而每个阶段都需要处理特殊的数据，依据不同的精确度要求、特定的几何形状，建立不同的模型，生成不同类型的数据。从一个阶段到另一个阶段的公共数据传输必须以最小的损耗完成。另一方面，传输到下一阶段的数据必须进行智能选择。

桥梁是架设在道路和建筑物中间的物体，具有一定的工程逻辑。其几何形状遵循公路、铁路设计准则。作为一种结构，其制造和安装需要准确的图纸。而更复杂的桥梁结构需要在负载下进行一些特定的检查，这种检查即使在复杂的建筑结构物上都从未执行过。为了更好地理解复杂结构，并辅助其设计，开发了专门的分析软件。使用三维空间模型CAD的概念，直接从模型中提取二维图纸，得到两种不同的模型，一种用于绘图，一种用于分析。到目前为止，这两种模型都是并行构建的，数据交换很少，缺乏一致性，而且这两个模型不断地相互干扰。在施工结束时，运维又作为一个全新的过程开始。所有设计和施工文件，通常作为简单的图纸，是任何检查和维修决策的唯一技术参考依据。

我们习惯于将整个桥梁解析成常见的结构类型。但是建模过程创建了一种选择桥梁的新方法。如果想要建立桥面板的形状，可以将其分成两个不同的类别操作。第一个是将所有桥梁的桥面板定义为一系列投影的横截面。桥面板中可以建立钢束，按照钢束的空间曲线形状，在水平和垂直方向中分别进行定义。第二个是在所有的梁式桥型中选择混凝土桥面板，然后沿着3D轴线方向，按照桥面板顶面对齐的方式生成主梁结构，并在相应的支座位置定义支承条件，以及在每一片梁下方安放支座。

主梁中的钢束模拟

一旦建立了桥梁的主要结构模型，就可以使用标准的布尔运算来实现细部构造建模。例如横隔梁、排水孔等。

在分析方面，建模方式可能不同。首先，必须定义分析模型的类型。如果所有的设计规范都是参考上部结构的结果，那么在深度检查时可能会使用板、实体有限元模型或混合模型。

通常工程师们仍在建立两种不同的分析模型。基于梁式理论，用于纵桥向和横桥向的分析模型，以及基于有限元理论的，用于分析局部应力及非线性变形的板、实体模型。

定义了支承条件的梁格模型

不可忽视的是，桥梁永远只是土木工程中的一小部分。即使由于计划变更导致桥梁工程项目要独立启动，或者有时是跟其他项目同时启动，这都意味着数据必须以一种安全的方式，从项目的一个阶段移交到另一个阶段。虽然已经定义了交换格式，但使用相同的格式是最好的保险，不会丢失数据和准确性。

人们有一个共识，通过维护结构的3D模型可以较为轻松的使用BIM，从而有更多时间可以收集所有信息，并检测所有部分之间的相互作用或冲突。要想实现冲突检查功能，必须使用非常精确的桥梁3D模型。当然，图纸仍然是检查和施工所必需的，但如果要从成桥模型、分析模型、施工阶段模型这三种模型中生成精确的桥梁3D模型，应该选择哪一种模型？

成桥模型可以作为参考模型。它的几何形状可以通过简单的规则进行准确的定义。它可以基于道路几何形状，主梁形状按照线性或者抛物线等简单规则变化。可以根据构造方法，将主梁离散成一个个梁段进行分析。通过专业的CAD软件都可以实现上述这些操作。成桥模型因为能够完美地模拟已构建的内容，所以可以用于后续的维护阶段。

用于纵向分析的桥梁模型

为了便于分析，必须简化模型。在全局视角下，主要对由一个个横截面构成的梁模型上添加荷载完成对结构的分析与计算。在实体模型和由节点、梁组成的分析模型之间，建立独特的关系，然后再利用有限元进行分析与计算。但是主模型必须是实体模型，因为它包含所有信息，即使某些时候可以由分析模型完成某些设计变更。但实体模型中必须存储由于设计变更导致的修改信息。

对局部构造进行分析的有限元模型

施工阶段模型也是实体模型与分析模型的信息相融合的结果。施工阶段模型可以定义为无应力模型，但需要考虑混凝土梁的预拱度或钢结构的预变形。施工阶段模型通常不是一个完整的桥梁模型，而是细部构造模型的集合。当发生设计变更时，施工阶段模型也需要结合实体模型和分析结果进行更新。

这三个模型之间的一致性决定了哪些信息是主导信息。XML文件可以轻松地记录信息，允许应用程序只使用必要的文件，并提供更新和跟踪任何更改的机会。数据交换的格式必须描述不同模型中涉及的不同元素之间的规则。桥梁IFC是一个很好的解决方案，但是在编辑使用它之前，必须将所有数据统一成这种格式。而且，它还可能限制所定义的对象之间不能进行后续的开发。

我们可以在运维过程中评估一个准确且信息丰富的模型的价值。在设计和构建过程中，重要的信息可以直接存储在模型上，作为实体模型的属性。例如，可以导入支座部分的模型与完整的描述信息，这将简化后续更换支座时的流程，并可以得到快速的处理。然后，可以以各种索引格式传输此模型，允许快速查看现有结构，以及存储检查报告、测量记录或任何其他重要信息，这些信息将有助于后续的维护及更好地管理资产。

模型的完全一致性必须由一个有效的数据管理系统控制，该系统将识别数据的属性和每个数据的特定属性。工作流程必须被定义和控制，允许每个人使用最新的数据。如果流程被明确定义，我们现在就需要产品。但是这些产品只能与定义良好的交换格式协作。IFC是数据交换的共识格式，但远远不能满足现有软件在不同阶段的数据要求。因为IFC不仅定义数据，而且还定义对象之间的关系。如果今天一个软件供应商能够给出完整的数据集成流程，那么任何用户都能从容地面对BIM项目中不同的数据格式。