通用箱梁智能设计软件的研发和应用

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规划设计
一、概述
近年来随着交通事业的发展，大量的城市高架和互通立交已经或正计划修建。

其中，箱梁桥梁结构在城市高架和互通立交中得到了广泛应用，尤其钢筋混凝土箱梁和预应力混凝土箱梁是其中主要的结构形式，具有受力合理、耐久、经济、简洁美观等诸多优点。

由于地形限制、净空跨越、城市美观、行车道宽度变化或分叉的需要，不得不把桥梁结构中箱梁的外形设计成平面不规则形状、立面变高或断面复杂外轮廓形状等，即平常所说的曲线箱梁桥、斜交箱梁桥、异型箱梁桥、变高箱梁桥、异形断面箱梁桥等，这些箱梁统一称之为“通用型混凝土箱梁”，简称“通用箱梁”。

对于这些形状各异的通用箱梁，由于构造复杂、支承条件任意、结构空间受力特点非常突出等原因，进行方案构思、结构设计、计算分析及规范验算、施工图绘制、工程统计查询的工作量都特别大，而且目前尚未有足够智能、自动、高效的计算机软件系统来辅助桥梁工程师进行此类通用箱梁的设计工作。

因此，上海同豪土木组织研发了一款架构在“方案设计师”桥梁设计BIM 平台上的“同豪通用箱梁智能设计软件”系统，它专门针对平面、立面、断面形状各异的曲线、变宽、变高、异型的通用箱梁进行智能设计，集方案构思、结构设计、计算分析及规范验算、施工图绘制、工程统计查询等功能于一体。

该系统严格遵循部颁规范并采纳行业设计习惯，能协助工程师高智能、高质量地快速建立桥梁工程的设计方案，建立了全关联的、数字化的箱梁设计BIM 模型，能自动建立箱梁的结构分析模型来完成常规计算、稳定计算及抗震验算等工作，能自动完成桥梁设计图纸的绘制。

该系统将桥梁设计工程师从繁重的制图、计算工作中解放出来，大大提高了设计效率又确保了设计质量。

下文就该系统的主要功能及技术特点、研制内容与关键技术、工程应用的方法与流程等进行简要介绍。

二、系统功能及技术特点
“同豪通用箱梁智能设计软件”系统是融入了数字化的箱梁标准件库、箱梁设计方法库和设计经验规则库，以箱梁BIM 模型为核心基础，实现了箱梁构件的智能设计和自动绘图等系列功能的大型一体化设计系统。

系统主要功能及技术特点有：
1、数字化的箱梁设计BIM模型
通用箱梁智能设计软件的研发和应用
□ 上海同豪土木工程咨询有限公司 韩厚正
摘要
关键词本文结合“同豪通用箱梁智能设计软件”系统的主要功能与技术特点，阐述了通用箱梁的智能设计、自动绘图等一体化功能的研制内容与关键技术，并对该软件系统的工程应用方法与流程做了简要介绍。

通用箱梁；智能设计；自动绘图；建筑信息模型（BIM）
针对箱梁设计所需的路线资料、地质勘探及水文资料、轮廓线、桥面布置、分联分孔等信息，和箱梁的总体布置、构造尺寸参数等，以及箱梁平面的变宽和异形、立面的变高、断面的复杂外轮廓、施工缝等复杂构造特征，系统均进行了全方位的参数化表达，形成了完整的数字化箱梁设计BIM 模型，为桥梁BIM 的后续应用奠定了坚实基础。

2、便捷高效地箱梁建模
系统为通用箱梁构件提供了便捷的参数化属性表编辑方式，同时也提供了如图1所示的交互建模窗口来对形状各异的各种通用箱梁的总体方案和结构特征进行交互式图形化建模，包括：等宽或小变宽、变宽幅度大时腹板分叉或腹板相交导致的箱室个数变化、互通匝道口的折线横梁、匝道口的裤衩型异形箱梁等。

而且系统对箱梁设计中工作量比重最大和方案优化空间最大的预应力钢束和骨架钢筋面的配置，都提供了便捷高效的交互式图形化编辑环境，大大提高了方案构思和结构设计的效率和质量。

图1 箱梁交互式图形化建模窗口
3、高效地智能设计，高度适应频繁变更
系统通过对结合工程实践而长期积累下来的数字化箱梁标准件库、箱梁设计方法库和设计经验规则库的海量分析、智能筛选和自动应用，可以快速高效地得到优质的箱梁构造、钢束和钢筋等全体内容的设计方案。

其中箱梁标准件库解决了工程设计中相
对固定的标准化参数或常规参数的设计，设计方法库解决了依赖
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规划设计
于具体桥梁位置和工程环境的定位参数或布置参数的设计，设计经验规则库解决了依据荷载等级、水文地质、跨径、桥宽等具体工程环境参数而定的关键特征参数的设计，三者的紧密结合实现了箱梁构件的总体布置方案、构造尺寸参数、配筋配束等方案的智能设计，而且将桥梁设计师的工作主战场从制图转移到标准构件库、设计方法库和设计经验库的建设、积累和优化上，从而重新界定了设计角色和工作内容，优化了设计工艺流程。

由于智能设计的实现，使得系统能高度适应设计方案的频繁变更，原始资料、设计控制原则、局部尺寸参数等变更都能够在系统中得到实时的联动更新，从而确保了各环节数据的一致匹配，大大方便了变更设计。

4、全面、系统的结构计算分析及规范验算
系统严格遵循部颁规范并采纳行业设计标准，按需求自动形成箱梁的平面杆系或梁格模型，自动进行荷载分析、结构计算，然后结合桥梁设计相关规范进行验算，自动形成计算报告并归档。

并且系统提供了一系列力学效应和安全指标的校验、比较和趋势分析功能，对箱梁构件的安全性、经济性和合理性进行了量化评估，为设计方案优化提供了有力工具。

5、强大的自动绘图功能
系统针对各类通用箱梁均能提供完整的设计图纸，包括：一般构造图，普通钢筋图，预应力钢束图，锚面、锚槽和齿块构造和钢筋图等。

所有图纸的绘图风格一致、图面美观，包括图层、文字样式、标注样式等绘图风格都能根据设计院习惯风格进行定制，满足了多样化的需求。

6、丰富的工程统计查询功能
系统提供了大量的工程统计和查询工具，如：工程量统计、造价估算、每平米材料用量、构件尺寸查询等，有利于箱梁设计的方案优化和质量控制。

7、一体化的集成设计系统
系统的方案构思、结构设计、计算分析及规范验算、施工图绘制、工程统计查询等功能是一体化的，而且基于统一的数字化信息模型，实现了一处修改处处更新，高度的集成化使得箱梁的设计工作更集中、更高效。

三、研制内容与关键技术
“同豪通用箱梁智能设计软件”系统是架构在“方案设计师”桥梁设计BIM 平台上，采用面向对象的架构思路和编程方法，基于C++程序语言进行开发，以交互式图形化建模桌面为工作环境，以数字化的箱梁设计BIM 模型为核心基础，实现了箱梁设计的一系列功能。

为实现该系统，需要研制的模块化内容主要包括：箱梁参数化建模、箱梁构件工程算法、箱梁方案图形交互、箱梁方案自动设计、箱梁计算分析、箱梁钢筋智能设计、施工图自动绘制、工程统计查询等八大核心模块，其主要研制内容与关键技术如下[1]。

（1）箱梁参数化建模模块需要研制箱梁构造、钢束、钢筋、设计方法、设计经验规则等的参数化表达形式、用户编辑方式、
二维和三维模型等功能；其中关键技术在于实现箱梁构件的参数化表达和含有完整工程属性的箱梁三维BIM 模型的建立。

（2）箱梁构件工程算法模块需要研制箱梁建模、交互、设计、分析、绘图、统计等所有模块中用到的一系列公共算法，例如：箱梁平面箱室轮廓自动形成、立面轮廓特征线、任意位置断面形状、任意位置处坐标高程等；其中关键技术在于实现针对平面腹板相交或分叉、折线横梁或横梁相交、悬臂相交或裤衩型箱梁、立面底缘线变高、断面复杂外轮廓等复杂特征下箱梁各类工程算法的统一支持。

（3）箱梁方案图形交互模块需要研制箱梁构造设计、预应力钢束设计、骨架钢筋面设计的图形化交互操作和编辑；其中关键在于研究箱梁交互设计的思路要点、操作习惯、操作手段的易用性和便捷性，以及交互设计的技术实现。

（4）箱梁方案自动设计模块需要研制箱梁方案构思和结构设计过程的数字化实现，以及箱梁标准件库、设计方法库和设计经验规则库的海量分析、智能筛选和自动应用的逻辑过程和技术实现。

其中关键在于实现各类库的数字化表达、组织管理、分析应用。

（5）箱梁计算分析模块需要研制箱梁各种形式的计算分析模型的自动生成、荷载分析、规范验算内容；其中关键在于如何自动生成符合工程精度要求的计算分析模型，以及如何精确高效地结合各套规范中的条文要求来验算箱梁的效应指标。

（6）箱梁钢筋智能设计模块需要研制形状各异的箱梁结构中各类钢筋的自动布置、形状和数量的自动确定；其中关键在于研究实现一种统一的钢筋设计控制性原则思路的参数化表达形式和一种根据箱梁二维或三维骨架线及轮廓线来自动布置钢筋、自动确定钢筋形状和数量的智能算法。

（7）箱梁施工图自动绘制模块需要研制箱梁包括构造图、钢束图、钢筋图等在内的成套设计图纸的自动绘制；其中关键在于对设计图纸中的构造线、钢束线、钢筋线、尺寸标注、注释、表格等图形对象进行高度抽象，并通过高度智能的图形对象自动排布和优化算法来实现图形对象的属性计算和标注、注释等的智能
图2
箱梁智能设计系统的工程应用方法与流程
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规划设计
自1999年我国全面进入老龄化社会以来，随着医疗水平的逐渐提高，人均寿命日益增长，可以预见，未来老龄化问题也将逐渐加剧。

在这一大背景下，我国传统的居家养老模式的弊端逐渐显现：由于现代社会年轻人的工作生活压力较大，常常没有足够的时间和精力照顾老人，而家庭也没有专业医疗设备及具备专业知识的人员，不能为老人提供专业的健康服务，在遇到突发身体状况时更是束手无策。

正式由于存在这种需求，一批商业化运营的养老社区、园区类项目应运而生，以广州某新建高端商业养老社区为例，它将高端酒店式公寓、诊所、娱乐会所等结合起来，利用周边便利交通、生态宜居的环境，专为老龄人群打造医养结合的活力社区。

在这类建筑中，智能化系统系统已经成为了基础配置的一部
浅析高端养老社区项目智能化系统设计特点
□ 广东省建筑设计研究院 周一锋
摘要
关键词随着老龄化社会的到来，机构养老模式必将成为我国主要的养老模式之一，在这种背景下，商业养老社区工程近几年逐渐兴起建设，高端的养老设区必须有完善的智能化系统来提供人性化的服务，本文结合广州某商业养老社区项目实例，浅析这一类型项目智能化系统的设计时应注意的特点。

养老社区；智能化系统；医养结合；安全防范；医护系统
分，但设计时又必须考虑其业态，特别是针对服务老人的功能进行针对性的设计，下面就针对这类建筑的智能化系统设计特点做一些简单的分析。

1、设计背景及特点
对于高端商业养老社区，基本主推的都是“医养结合”的养老模式，一般都会包括一栋医院或诊所性质单体、多栋老年公寓并配套的简单商业、餐饮及老人活动区域，部分养老社区可能还会建设一些高端会所，为一些由高级需求的老年客户及其家属提供服务。

而在老年公寓中，一般会配置一定的医疗设施，以便随时为有需要的老人提供治疗或抢救。

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定位和调整。

（8）工程统计查询模块需要研制根据数字化箱梁BIM 模型和工程算法，来对单个或多个箱梁构件进行多个维度的统计、查询、分析和校核。

（图2）
四、工程应用方法与流程
虽然“同豪通用箱梁智能设计软件”系统提供了便捷、强大、高效的一体化箱梁设计功能，但是要让软件系统在工程应用过程中真正发挥效用从而有效地提高设计效率和设计质量，还必须有一套科学的系统应用方法与流程。

该系统经过在多个大型立交互通设计项目中的应用探索和实践，总结出一套软件应用于工程的方法与流程，如图2所示。

该方法与流程的关键在于，由软件系统依据所有资料和设计原则自动形成箱梁设计BIM 模型，并自动完成各种图纸成果或报告结果及三维图效果等，并通过对数字化的箱梁设计方法库和设计经验规则库的不断调整和细化来自动实现快速的迭代式方案调整和优化，达到最终优质的设计方案和成果。

该流程将箱梁设计过程中的角色按工作内容重新进行了界定[2]，即：资料管理人员负责路线地勘等原始设计资料的管理，项目总工负责总体方案如桥位和分联分孔等的确定，项目负责人或设计人员负责院内或项目内的箱梁构件库、箱梁设计方法库和设
计经验规则库的建设、管理和优化，结构设计人员负责箱梁的计算分析和评估，图册管理员负责设计成果的成册制作及管理等。

近两年来多个项目的实践证明，这套适应于该软件系统功能及特征的箱梁设计流程，可以充分发挥该软件系统及数字化技术的优势和价值。

五、结束语
架构在“方案设计师”桥梁设计BIM 平台上的“同豪通用箱梁智能设计软件”系统将数字化技术和BIM 技术应用于桥梁结构中的箱梁设计，实现了通用箱梁方案构思、结构设计、计算分析及规范验算、施工图绘制、工程统计查询等一体化智能设计功能，并且按照一套科学的工程应用方法与流程将该系统应用于工程设计，将充分发挥数字化技术的优势和价值，大幅提高箱梁设计的效率和质量。

参考文献:
[1]同豪通用箱梁智能设计软件系统V1.0研发项目申请报告，上海同豪土木工程咨询有限公司，内部资料，2015年.
[2] 阮雪飞，凌桂香，周宗泽. 桥梁工程设计的协同机制改进[J]，公路交通技术，2015，1，62-65.
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