达索系统 3DE 让桥梁智能建造 “降本增效”

寂静回声

交通运输部印发了《交通运输部关于印发<交通运输重大技术方向和技术政策>的通知》（交科技发[2015]163号），将“桥梁智能制造技术”列为交通运输十项重大技术方向和技术政策之一。
在此背景下，达索系统3DEXPERIENCE平台（以下简称"达索3DE平台"）的参数化协同设计，大数据装配，知识工程，有限元分析以及项目管理，为桥梁建设提供向工业化、数字化转型解决方案。作为达索系统重要的合作伙伴，钛闻软件持续助力企业落地该平台，构建数据闭环，帮助桥梁建设从传统的建造方式，向数字化、工业化变革，升级为基于实时仿真数据的科学决策体系，从而在研发效率、成本控制与质量管控三个关键维度形成突围优势。落地智能建造绿色化、工业化、信息化、智能化高质量发展，辅助传统建筑业转型升级。

达索系统3DEXPERIENCE软件平台（以下简称3DE平台）在参数化协同设计，大数据装配，知识工程，有限元分析以及项目管理等强大功能能够满足铁路，公路，隧道等大市政系统对大数据，大装配，以及协同设计的强烈需求。其中钢结构模块是专门应对钢结构项目而开发的专业模块，可以通过参数化设计实现市政工程钢结构项目模块化，标准化，正向设计的目的，加速市政工程项目设计交付速度和质量，大大提升设计的效率，解决实际设计和工程中遇到的问题。
3DE平台将先进制造业的经验带到了市政交通行业，得益于单一数据源的理念，所有项目相关者都可以在平台上无缝协作。3DE平台在钢结构桥梁设计、制造和运维全生命周期各阶段都有着广泛的应用，由于篇幅限制，本文从桥梁造型设计、钢结构桥梁设计、典型钢结构出图、钢结构套料、钢结构施工等方面，阐述3DE平台在复杂钢结构桥梁项目中的解决方案。

随着增材制造（Additive Manufacturing, AM）的发展，将复杂的设计模型转化为现实产品已经变得越来越容易，借助3D打印设备，人类进入“没有什么造不出”的时代。工程设计向复杂化、仿生化、有机态的方向发展，大量富有创意的设计层出不穷，传统建模式已无法完全满足复杂设计思想的表达，这必然促使传统设计方法的变革。
现代桥梁不仅仅局限于实用性，更加注重桥梁的艺术价值和人文内涵。区别于传统的“点—线—面—体”的建模方法，创成式设计（Generative Design）通过参数化建模方式，使设计者能够方便地将设计意图“输入”软件的“创成式”系统，快速、自动地生成复杂的产品、艺术品和桥梁造型，满足桥梁复杂、美观的设计要求。
达索系统GGR（Visual Script Designer）具有强大的创成式设计能力。GGR使用参数化建模来设计简单和复杂的形状和图案。无论是在3D视图中还是在图形视图中，都可以通过一组由输入和输出参数定义的操作来设计几何形状。GGR不仅仅是用对象集合创建几何。更能通过逻辑运算设计和更新形状，并且可以在交互式3D建模和图形建模之间轻松切换，以执行基本和高级操作。
1.完全基于单一数据源：所有设计均基于同一数据，实现“一个平台、一套数据、统一的协同工作环境”。
2.参数驱动和关联设计：继承CATIA参数化设计优势，关联参数相互约束和驱动，快速重用和变更模型。
3.3D可视化编程式建模：支持可视化编程建模窗口，像编程一样完成建模，建模窗口完全同步。
4.数据高校传递：数据可与CATIA客户端无缝协同，便于深层次精细化设计。
5.支持使用EKL编写自定义运算符：EKL是CATIA知识工程的高级编程语言。用户可以通过使用ELK来自由创建高效算法，以扩展解决方案的能力。
基于网页端的3D可视化编程（GGR）模块，建立桥塔及斜拉索曲面造型，调整主塔偏移角度、斜拉索角度等参数，实现方案的快速变更。

在大跨度桥梁中，钢桥具有绝对优势，但钢桥结构复杂、设计工作量大，缺乏专门用于钢桥三维设计的软件。钢结构设计（FRSTE ）是达索面向钢结构类型建模专业解决方案，具备使用简单、上手速度快、建模效率高的特点，解决设计过程中变更难题。软件建立钢结构专有类型，可以作为载体向加工制造传递。钢结构是面向行业化的成熟解决方案，无需过多定制开发，减轻企业研发成本。

CATIA 3DE平台自带钢结构所需各种资源的模板，如断面、材料、贯穿孔、开孔、焊接、规则、出图信息等，无需从头开始创建各种库。自带的各种规则，实现符合业务的模型命名、对象颜色显示等建模自动化；自带的丰富焊接资源模板，实现板材、型材之间的焊接自动创建；除自带库外，也可根据实际情况进行自定义创建以扩展现有库。通过配置环境资源，可创建专门用于钢桥三维设计的钢结构软件。
CATIA 3DE平台钢结构设计模块（FRSTE）提供方案设计（Structure Function Design）、详细设计（Structure Design）以及生产设计模型的转换。方案设计SFD模型通过创建结构系统，创建参考系，基于参考系进行面板、加强肋、横梁等构件创建，进一步创建开孔、开槽、端切等特征，创建参数面板，对结构进行分割、编辑、复制等操作，生成报表和表格模型，完成出图。方案设计SFD模型以面片和线框形式显示，板材以理论面作为参考，型材以理论线作为参考，支持网格模型生成，注重整体架构而非细节，轻量化但是稳定的数据模型，方便方案设计的大量变更。
通过SFD模型同步至SDD模型，详细设计包含方案设计的全部功能，可将方案设计的模型进行分离同步，并添加焊缝等细节特征，详细设计SDD模型细节以实体形式显示，所有板、型材、零件都含有PLM层级信息，适用于PLM功能，包括版本控制、计划、重量和成本预算等，提供用于生产计划和工作准备的详细设计模型，指导生产。

基于钢结构设计（CINEC/ FRSTE ），建立桥梁主横梁和顶板，并通过参考系、参数和部件类型修改，实现钢结构局部设计变更。以下视频含参考系、面板、加强肋、开孔开槽、复制、SDD同步、分段划分、焊缝、斜拉索等建模场景，全面展示钢结构设计功能。

ASD出图是达索面向土木、船舶等行业专业的出图解决方案，基于预定义的出图模板“一键式”出图，批量投图、尺寸文字自动标注、工程报表自动生成。出图模板支持客制化，出图规则可随时更改，现有注释同步更新。图纸完全与3D关联，随三维模型和定义的剖切视图更新。相比传统出图模式，极大的提高出图效率，减小企业出图定制和开发的工作量。
文本模板：定义和配置文本模板
标注模板： 标高、管路、斜率、尺寸、坐标系、标注文本、坐标标注、视图标题标注等
视图模板：自定义投图视图方向
图框模板：自定义图框和标题块
视图更新规则：处理手动绘制的图纸更新问题
表格模板：自定义表格清单内容及表格样式
基于已创建的钢结构详细模型，采用ASD自动出图功能，完成典型梁、板单元图和块体图出图。以下视频含图框、多视图投图、文字标注、工程报表、尺寸标注定制及模板应用场景，展示ASD自动出图解决方案。

钢结构套料模块（PSFEM）是达索面向钢结构、船舶等行业专业的套料加工解决方案，结构模型、加工设计、加工信息统一存储在3DE平台，通过软件自带的加工功能，设置加工面、开孔类型、构件划线、装配对位线、辅助参考线、余量、坡口、变形矫正线等加工信息，并生成制造文档，装配图、单元板的制造图、模具信息、型材切割图、加工模板图等图纸、以及能被套料机器识别的ALMA甲码作业订单数据，包括加工信息XML、加工DXF文件，生成正确的NC数据，实现结构设计、制造、套料一体化，打通三维设计到加工，重要的生产环节。

同时，3DE平台在三维标注、设计及施工中的问题管理、三维作业指导书等场景中也有重要应用。
目前，基础设施行业在大力推行以 BIM 技术为代表的数字化技术，虽整体数字化水平逐步提高，但与制造业数字化程度相比还有较大差距，特别是在三维交付方面。三维标注技术(ModelBased Defnition，MBD)是三维交付方面的先驱，其发展相对完善，是基于模型的定义，在产品三维模型中描述与产品相关的所有设计信息、工艺信息、产品属性及管理信息的先进产品数字化定义方法中。各类信息按照模型的方式进行组织管理、显示、传递和重用。MBD 技术作为产品定义唯一的数据源，彻底改变了传统的以二维图纸为主、三维模型为辅的产品定义方式，开创了一种新的产品研发模式。

设计及施工过程中问题管理，选择3DEXPERIENCE平台，基于达索系统项目管理的看板。平台的集成和统一，平台当中的各个板块的信息抓到一起统一呈报，更好地发掘了数字连续的能力和价值。

采用BIM技术制作的3D作业指导书能够在电脑和IPad上自由播放，并能够精细的展示每道工艺流程，由于三维图像形象易懂，大大降低了接受的难度，提高了培训的效率，增强了广大普通工人的作业技能。