京雄高速跨永定河特大桥设计加工一体化案例分享

日前，随着最后一段重达30吨的拱肋精确落位，标志着中铁山桥承建的京雄高速跨永定河特大桥（以下简称为：永定河特大桥）成功合龙，为京雄高速北京段实现年内全线通车，奠定了坚实基础。

作为京雄高速公路的标志性工程，永定河特大桥不仅是北京连接雄安新区最为便捷的快速交通走廊，同时还是《河北雄安新区规划纲要》中“四纵三横”综合立体网中的重要一纵，对构建京雄1小时交通圈、助力京津冀交通一体化进程具有重大意义。

01.特殊结构，国内首个空间异形拱肋飞燕式提篮钢箱拱桥
永定河特大桥位于永定河与京雄高速“交汇点”，全长1.62公里，其中主桥520米，主拱跨度达300米，是北京单跨跨度最长的桥梁，也是国内首个空间异形拱肋飞燕式提篮钢箱拱桥。

▲京雄高速跨永定河特大桥效果图

主桥桥梁采用飞燕式拱桥结构，桥梁拱肋和主梁均采用钢结构设计，钢材用量达2.2万吨，预计用钢量超3个埃菲尔斜塔。大桥拱肋节段为空间异形扭曲结构，钢箱拱肋为不规则五边形截面，逐渐过渡到拱脚的四边形截面，拱顶以“中国结”造型的风撑连接。

用钢量巨大、结构形式特殊，能否保证项目按期完工，钢结构制造环节至关重要。为此，百木科技开展基于参数化三维模型的深化设计，为钢结构制造精度奠定良好基础。

▲主拱部分模型

02.器利功倍，CATIA异形曲面建模能力突出
项目造型复杂、构件类型繁多、节点形式多样、空间关系复杂，传统二维图纸无法指导施工。百木科技配合中铁山桥运用CATIA进行该项目的深化设计，以指导现场施工。

为方便后期运维检修维护，主拱肋在桥面顶附近内侧壁板及拱顶位置设置检修人孔通道，并相应设置密封门；拱肋检修通道开孔位置均设置有补强板。

03.项目难点，亟需设计加工一体化解决方案

1. 整体工期时间紧。

2. 无法快速完成设计变更及设计修改。

整桥虽然是CATIA建模，但设计几乎是用手动建模，模型更新困难，无法直接运用；

该设计模型未考虑到加工，故需要根据设计意图快速完成模型修改或者模型优化。

3. 模型复核耗时长。

无正式版设计图，设计模型还处于不稳定阶段；

设计修改后存在反复校核设计模型；

设计人员众多，各部分设计规则不一样，数据来源较多。

04.项目亮点，协同设计把控设计进度与质量

1. 主桥钢拱肋采用BIM正向设计模式，利用大桥主拱肋骨架、隔板定位面、吊杆定位线、拱顶风撑定位面等主拱定位要素，通过这些骨架线控制要素局部构件定位，达到协同设计的目的。

2. 主桥钢拱肋主要与大桥大横梁、拱脚基座相接，大横梁与拱脚基座均采用BIM模型协同设计。

3. CATIA三维模型实时协同设计，便于我方与设计院在实时更新的同一模型上进行批注和修改，实现各方高度协同，化解沟通壁垒。通过多项细节的有效沟通及处理，促进了深化设计与工厂制造、现场安装的深度融合。

4. 三维模型协同，设计问题前置，提升设计质量。

BIM技术中的实时协同技术将各专业设计之间的碰撞冲突在设计过程之中就暴露出来，并在设计早期采取有效措施应对及化解风险，避免对后续设计造成较大的影响。

减少二维的设计盲区，降低专业协调次数，大大提高设计进度和质量。

05.深化设计，为项目高效施工提供支持

为了更好控制曲面效果、更高效的划分节段构件，更精准的控制加工与定位精度，在深化设计阶段，百木科技配合中铁山桥运用参数化的设计方法来构建桥梁三维模型，输出三维可视化图纸以及相应施工数据，保证项目施工生产高效进行。

▲劲性骨架及横梁部分模型

▲拱顶风撑部分模型

1. 基于骨架法的参数化建模
根据设计需求，进行骨架的参数化建模工作，根据参数化的骨架建模可以实现骨架变化后模型的快速修改。

2. 参数化控制模板
考虑到加工单位的加工方式以及板件制作形式，在设置设计控制参数的基础上，通过特定规则，如截面形式、焊缝余量及板厚等，建立构件的参数化模板，设置的参数在设计完成之后可快速调整。

3. 模型及加工图纸自动实例化
对所有零件自动编号，将桥梁板单元进行平面展开后自动生成胎架数据、自动排版出图以及获取面板长宽尺寸、计算面板面积等，同时也可将相应数据输出至Excel表格中，自动生成材料表，为后续型材工程量统计、造价估算与加工分析提供精确数据。

4. 自动导图

5. 自动套料
钢结构深化设计完成后，拆零并考虑了工艺余量之后，展开，自动生成加工所需的NC文件；

考虑了工艺余量的1:1图纸，可以直接用于套料，并生成板材采购表。

6. 部分图纸成果展示

7.通过在CATIA中搭建胎架平台，保证模型与现场成型安装一致。

自动生成材料表过程

8.百木科技自主研发插件

06.项目价值，简化各参与方工作流程
对于永定河特大桥而言，桥梁结构复杂，设计与加工难度大，采用设计加工一体化的方式可以简化设计、加工以及施工单位的工作流程。

对于设计单位而言，设计人员可以会直接与BIM工程师进行沟通，构建与项目实际相结合的三维模型，交付方式直接进行模型交付或图纸交付；对于加工单位而言，技术人员与BIM工程师，可以深入了解设计规则及依据，使工艺满足原设计要求；对于业主而言，可通过带有不同权限的BIM模型进行施工项目的进度管理及存档管理。

 对于类似钢结构桥梁，通过已有BIM模型及其所含建筑信息，可对往后进行智能化生产提供依据——基于Isight多科学智能优化设计，基于图像识别的智能机器人焊接，三维激光点云桁梁拼接施工等。

随着桥梁形态越来越多样化，设计也越来越新颖独特，CATIA 凭借各类型快速建模、三维可视化、碰撞检查、快速出图与数据输出、辅助深化设计及施工等特点，将会越来越多的被应用到各类复杂桥梁设计以及加工、建造中。