長(zhǎng)安街西延永定河特大橋斜跨現(xiàn)況永定河蓮石湖區(qū)，斜交角度約57°，永定河特大橋主橋采用斜拉組合體系橋，其中主跨為280m，橋梁標(biāo)準(zhǔn)寬度47m。由于大橋與河道斜交，為滿足行洪要求，主塔塔肢根部在順橋向有25m邁步，使主塔形成傾斜不對(duì)稱扭轉(zhuǎn)變截面鋼箱形式。
大橋體系在高塔處為塔梁墩固結(jié)，矮塔處為塔梁固結(jié)，且在梁底設(shè)置單向活動(dòng)支座。索塔采用全鋼結(jié)構(gòu)拱形塔柱，高塔橋面以上高約114m，矮塔橋面以上高約66m。主梁采用分離式變截面鋼箱，中間采用大橫梁連接，橫梁間距3m，中跨主梁為變寬，寬度47～54.9m，邊跨主梁標(biāo)準(zhǔn)寬度為47m。
本橋最大特點(diǎn)之一就是鋼塔超常規(guī)曲板造型，常規(guī)二維設(shè)計(jì)方法對(duì)本橋設(shè)計(jì)基本無法適應(yīng)�；谶@個(gè)原因，大橋設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)借助BIM三維設(shè)計(jì)技術(shù)，替代傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法，為大橋設(shè)計(jì)的順利完成打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
永定河特大橋三維模型
系統(tǒng)平臺(tái)個(gè)性化轉(zhuǎn)變
達(dá)索系統(tǒng)涉及土木工程領(lǐng)域的相關(guān)設(shè)計(jì)平臺(tái)有：項(xiàng)目協(xié)同管理平臺(tái)ENOVIA、設(shè)計(jì)建模平臺(tái)CATIA及Digital Project、建筑性能分析平臺(tái)SIMULIA（Abaques）、施工模擬平臺(tái)DELMIA、虛擬現(xiàn)實(shí)交互平臺(tái)3DVIA等幾大類軟件平臺(tái)，涵蓋了土建行業(yè)所涉及的項(xiàng)目全壽命周期管理所有相關(guān)內(nèi)容。
參數(shù)化協(xié)同設(shè)計(jì)
協(xié)同設(shè)計(jì)需要搭建統(tǒng)一的協(xié)同設(shè)計(jì)模型構(gòu)架，第一步就需要對(duì)項(xiàng)目整體進(jìn)行拆分，即搭建“設(shè)計(jì)骨架”。根據(jù)大橋的特點(diǎn)，主要將其拆分為如下幾個(gè)大部件。再在大部件的基礎(chǔ)上，將各個(gè)主要部件進(jìn)一步進(jìn)行分解，逐步落實(shí)到每一個(gè)零件上進(jìn)行設(shè)計(jì)。
拆分前的部件可以通過裝配先進(jìn)行條件關(guān)聯(lián)，則拆解后的零件之間就可以獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到協(xié)同設(shè)計(jì)的目的。當(dāng)然也可以先分別進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，再后期進(jìn)行裝配。對(duì)于本橋而言，后者的控制難度較大，卻比較適應(yīng)常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)化的建模工作。
參數(shù)化設(shè)計(jì)是三維設(shè)計(jì)軟件的又一個(gè)基本特點(diǎn)，也是傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)手段的一個(gè)基本區(qū)別所在，參數(shù)化設(shè)計(jì)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就在于設(shè)計(jì)調(diào)整時(shí)，通過參數(shù)的改變可以很方便地實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整。如在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)需要設(shè)置一些設(shè)計(jì)后期可能會(huì)出現(xiàn)調(diào)整的參數(shù)，如板厚、加勁肋高度、孔的尺寸等，能極大地降低設(shè)計(jì)后期的調(diào)整工作量。
對(duì)于大橋的參數(shù)設(shè)置，主要按部件進(jìn)行分類分別設(shè)置了相關(guān)控制性參數(shù)，如高塔部件參數(shù)就設(shè)置了翼緣板參數(shù)、腹板參數(shù)、鋼錨箱腹板參數(shù)、塔底加強(qiáng)板參數(shù)、錨區(qū)參數(shù)、橫隔板參數(shù)等各種參數(shù)，方便后期調(diào)整，提高了后期設(shè)計(jì)修改效率。
“骨架+模板”設(shè)計(jì)方法
“骨架”顧名思義是一個(gè)項(xiàng)目中的骨骼框架，是一個(gè)項(xiàng)目的控制性要素。而“模板”實(shí)例化后的特征如同骨骼上的肌肉，能夠隨著骨架的調(diào)整而自適應(yīng)性調(diào)整，達(dá)到骨架控制部件特征的目的。
全橋“骨架”示意圖
模板使用
下面簡(jiǎn)單介紹幾種大橋項(xiàng)目中應(yīng)用較多的模板形式。
1.POWERCOPY
POWERCOPY即超級(jí)副本，其功能與通常的復(fù)制功能差不多，是比較簡(jiǎn)單的模板功能之一。
超級(jí)副本實(shí)例化時(shí)會(huì)在選定的幾何圖形集下新生成一個(gè)特征。超級(jí)副本實(shí)例化后其所有操作流程都會(huì)保留，但新生成特征中跟外部相關(guān)的公式關(guān)系式不會(huì)被保留。
2.UDF
UDF(User Feature Definition)即“用戶特征定義”，它是一種封裝后的特征，與POWERCOPY不一樣，UDF實(shí)例化后，原有流程不會(huì)再出現(xiàn)，僅給出實(shí)例化后的特征及發(fā)布的參數(shù)等。這種形式的模板在CATIA里使用頻率是比較高的一種，也是比較方便使用的一種模板。UDF可以類似POWERCOPY一樣被實(shí)例化，也可以被Catalog收錄后被引用實(shí)例化，同樣也可以被PKT或VBS等腳本語(yǔ)言所調(diào)用后實(shí)例化。
生成UDF時(shí)可以事先在選項(xiàng)“Parameters”中對(duì)需要調(diào)整的參數(shù)進(jìn)行發(fā)布，便于后期調(diào)整，沒有發(fā)布的參數(shù)后期將無法調(diào)整。
實(shí)例化UDF時(shí)可以產(chǎn)生若干個(gè)特征結(jié)果和參數(shù)，實(shí)例化后的結(jié)果可以通過預(yù)定義好的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以顯示或隱藏，但是不能像POWERCOPY一樣在流程上被編輯修改。
UDF在CATIA中是一種比較靈活的模板，它可以定義不同類型的特征，也可以將不同的特征定義在同一個(gè)UDF中，還可以比較方便地被其他程序所調(diào)用。
3.文檔模板
文檔模板與前面幾類模板不一樣，前面幾類模板如POWERCOPY或UDF都是針對(duì)特征而言的，而文檔模板是針對(duì)文檔部件而言的，它是以零件為單位進(jìn)行實(shí)例化。文檔模板在實(shí)例化部件的同時(shí)還可以附著二維圖文檔，也就是三維模型與預(yù)定義的二維圖同步進(jìn)行實(shí)例化，在一些比較規(guī)則的結(jié)構(gòu)中，可以大大簡(jiǎn)化工作量。
除此之外，LOOP循環(huán)、PKT、VBA等均可以創(chuàng)建及調(diào)用模板。
碰撞檢查及曲面優(yōu)化
碰撞檢查是三維設(shè)計(jì)軟件具有的一項(xiàng)較為特殊而實(shí)用的功能，通過它可以盡可能地消除人為因素引起的沖突問題，減少施工過程中因空間干涉引起的變更，減少返工，節(jié)約工期。
對(duì)于本項(xiàng)目而言，通過對(duì)比各種曲面成型方式，最后確定選取直紋掃略面作為本項(xiàng)目曲面的主要形成方式。采用直紋掃略面的優(yōu)點(diǎn)主要有如下兩點(diǎn)：
一是對(duì)于不規(guī)則空間曲線，直紋掃略形成曲面時(shí)能夠使形成后的曲面的高斯曲率較優(yōu)，便于后期加工時(shí)曲面展開，同時(shí)也便于節(jié)段塊件的成型控制。
二是直紋掃略面的控制條件除了兩條引導(dǎo)曲線（Guide curve)外，還有一條脊線(Spine)作為控制條件。對(duì)于比較簡(jiǎn)單的直紋掃略面而言，引導(dǎo)曲面間的掃略直線與脊線始終保持垂直關(guān)系,這樣在節(jié)段劃分時(shí)，就可以使垂直于脊線的節(jié)段端口四邊始終保持直線，便于后期節(jié)段吊裝時(shí)的精度控制。
本橋橋塔造型為傾斜的橢圓形拱圈，由于塔肢在順橋向的“邁步”，同時(shí)塔肢由底部的矩形變化到頂部的平行四邊形，使橋塔壁板形成空間扭曲形式，塔柱壁板由壁板邊線及塔柱輔助軸線通過直紋掃略形成。
長(zhǎng)安街西延永定河特大橋項(xiàng)目，作為國(guó)內(nèi)市政橋梁行業(yè)較早引入三維設(shè)計(jì)手段直接進(jìn)行設(shè)計(jì)的工程案例，CATIA設(shè)計(jì)平臺(tái)很好地適應(yīng)了復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)工作，特別是對(duì)空間曲面及復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，具有很好的適應(yīng)性。
