东平水道特大桥位于佛山市南海区，为新型公共交通跨越东平水道而设，主桥范围内新交通和公路同层布置，引桥采用分幅桥与主桥顺接。主桥采用独塔双索面钢– 混混合梁斜拉桥，跨径组成为（35.0+260.0+51.5+66.0+62.5）m，主桥长475.0m ；桥面布置包括：双向6车道公路，2线轨道交通及两侧人行道，总桥面宽46.5m。
本桥在进行BIM设计时，采用了达索和TEKLA 2种软件，而达索作为一个平台型软件，又包括SIMULIA、ENOVIA、CATIA等多个专业化的分支软件。
文章从BIM设计和应用两方面对该桥进行介绍。
BIM设计
模型精细度
在设计过程中，模型精度等级符合《铁路188金宝博平台信息模型交付精度标准》中LOD3.5级的要求，与施工图设计阶段相对应，创建全桥精细化BIM模型，包括主桥、引桥、桥塔、钢箱梁、普通钢筋、预应力筋等构件。
BIM协同设计
达索软件所具备的公有服务器存储模式，使得本项目在BIM设计过程中，充分发挥其协同设计的优势成为可能。具体包括专业间协同、专业内协同和软件之间的协同。
专业间协同方面，测绘专业、线路专业分别完成地形曲面、空间线位的BIM 设计，桥梁专业以此为基础进行桥梁专业BIM 设计，轨道专业在桥梁专业成果基础上开展桥面设施的BIM 设计。
专业内协同方面。桥梁专业BIM 参与人员分为骨架设计师、模板设计师、钢结构设计师等多个不同角色，这些不同角色的参与人员在同一软件平台上对同一188金宝博平台对象开展工作，分工明确，最终完成全桥从初步设计到详细设计不同阶段的工作。
软件协同方面。达索作为一个以公有服务器为存储模式、且源于机械航空领域的综合软件平台，包含多个不同功能的模块，在模型管理、协同设计及空间几何造型上独具优势；TEKLA软件擅长处理钢结构的复杂节点构造，在钢筋混凝土结构的二维出图和钢筋数量统计方面也很有优势。本项目以达索软件作为基础平台，取各软件之长，以CATIA软件为核心建模工具，分别使用TEKLA软件和SIMULIA软件进行钢筋设计和有限元计算，使用ENOVIA软件进行人员工作安排，从而实时掌握工作任务完成情况，把握设计进度。
骨架设计
采用“骨架– 模板”的方法创建全桥模型，在这种方法中，“骨架”既是模型构件的定位基准，也作为其几何组成，在本项目中，骨架以空间坐标系群的方式存在。全桥定位骨架和钢箱梁定位骨架的创建方法有所不同，后者是骨架设计的难点。
在全桥骨架设计过程中，同时发挥了专业间和专业内协同的优势，线路专业成功创建空间线位后，桥梁骨架188金宝博平台师以此为基础，在CATIA软件上借助EKL脚本语言，使用其Knowledge Pattern功能，依次循环读取表格中存储的桥梁构件定位数据，批量生成空间坐标系，完成骨架模型的创建。桥梁188金宝博平台师将以此骨架为输入条件实例化各类桥梁构件的模板，完成全桥BIM建模。
钢箱梁骨架设计是全桥骨架设计的难点。由于本桥所在空间线位具有竖曲线，对于具有竖弯线型的钢结构，为了保证钢板厚度顺畅过渡，相邻节段的分界面不是竖直的，而是相邻节段顶缘面的角平分面，这样才能保证相同厚度钢板被此面分隔后的交界尺寸相等，也就不会出现板件相错的情况。
钢箱梁骨架坐标系的yz 平面即是相邻钢箱节段的分界面，为了使钢箱梁骨架坐标系符合上述相邻节段分界面的空间位置要求，使用空间解析几何的方法，以V1，V2，V3 向量为输入条件，研究出下式所描述的钢箱梁骨架坐标系转换矩阵：
WL l= { V L 1 x , V L 1 y , V L 1 z} = { ( V1+ V2 ) × V3× ( V1+V2 ) , (V1+V2 ) ×V3 ,V1+V2 }
由于V1、V2向量是通过节段顶点连线生成，V3是已知的水平向量，因此，能够使用节段端点空间坐标数据，借助骨架坐标系转换矩阵，生成足以保证相邻钢板厚度均匀过渡的骨架定位坐标系。EKL脚本程序根据上述规则批量生成的钢箱骨架坐标系。
钢箱梁骨架设计
引桥BIM设计
作为钢筋混凝土结构，在BIM设计过程中，针对引桥各类构件的几何特点，分别创建了梁体、桥墩、桥台、基础的通用性模板。在CATIA软件上借助EKL脚本语言，使用其action功能，依次循环读取设计表格中存储的桥梁构件定位数据及模板参数数据，在引桥骨架上批量实例化各类构件的模板，从而完成引桥BIM建模。
引桥BIM模型
钢箱梁设计
主桥钢箱梁BIM设计采用CATIA软件钢结构模块完成。对于每一个钢箱节段，遵循从初步设计到详细设计的原则，两个设计阶段分别在结构功能设计（SFD）和结构详细设计（SDD）模块下完成。
钢箱梁SFD模型
对于通过SFD模块创建的初步设计模型，每一个钢结构构件以特征形式存储，板件不显示厚度，梁体或加紧肋仅显示简化截面，并省略其他一些细节处理操作，占用内存较小，能够适应初步设计阶段频繁变更的情况。
对于通过SDD模块创建的详细设计模型，每一个钢结构构件以零件形式存储，模型完整表现其设计细节，占用较大内存，适用于局部范围内存在变更的详细设计阶段。根据几何特点及重用性，将全桥钢箱梁节段分为标准节段、钢混结合段等8种类型。模板188金宝博平台师依次使用SFD、SDD模块创建这8种类型的节段模板并存储于模板库后，桥梁188金宝博平台师在CATIA软件上借助EKL脚本语言使用其Action功能，读取设计表格的内容，从模板库选择不同类型的钢箱节段模板实例化到相应的骨架位置，完成全桥钢箱梁BIM设计。
钢箱梁SDD模型
模板188金宝博平台师创建梁、墩、台、基础等桥梁构件模板，桥梁188金宝博平台师将这些模板在骨架上实例化，与已经成功实例化的钢箱梁模型一起，组成了全桥BIM模型。
全桥BIM模型
钢束BIM设计
综合运用用户定义特征（UDF）和KnowledgePattern功能，使用达索内嵌EKL语言通过二次开发建立单根钢束BIM 模板，将全桥钢束平弯及竖弯尺寸信息存储于数据表格。使用其Action功能，编制EKL语言程序循环读取设计表格内的钢束尺寸和定位信息，调用并实例化钢束BIM模板，最终建立全桥三维钢束模型。
主桥部分钢束BIM模型
采用此模板生成的钢束BIM 模型能够适应桥梁所在空间线位在平面和纵断面内的弯曲。
钢筋BIM协同设计
使用TEKLA软件创建索塔上塔柱钢筋模型并输出工业基础类（IFC）格式的文件，达索作为支持IFC标准的BIM软件，读入TEKLA模型输出的IFC文件后，在达索软件同时存储了混凝土主体结构和钢筋模型。这样就充分利用两种BIM 平台的各自优势，实现了基于软件间协同的钢筋BIM设计。
BIM应用
用钢量统计
SDD模块下的钢结构模型中，每一种钢结构构件都包含有材料信息及几何信息，与面向对象程序开发语言中类和属性的关系相似，每一种构件作为一个类，材料和几何信息是这个类的属性，每一个具体的钢结构构件就是类实例化出来的对象。
达索软件向用户提供了个性化编制钢结构188金宝博平台数量报表的方法，用户可以选择需要统计的钢结构构件类型以及其属性，同时，用户还能自定义输出报表的格式，从而实现用钢量统计。统计结果以Excel 表格的形式输出，表格中包含钢板厚度、结构材料及钢材重量等内容。
同一个钢结构188金宝博平台数量报表模板可用于输出不同BIM模型的钢材用量，因此，当钢结构设计结果发生变化时，使用相同的188金宝博平台数量报表模板，能自动输出不同设计阶段的188金宝博平台数量表。
钢结构出图
在SDD 模块下生成了钢结构详细BIM模型，借助达索软件出图功能以这些详细BIM 模型为基础，创建，钢箱梁二维图纸，包括断面图、大样图及其尺寸标注。
传统设计手段下，设计变更导致的出图工作量是非常巨大的。在东平水道特大桥BIM设计过程中，三维模型发生变化时，二维图纸内容随之同步更新。
标准验证
铁路BIM联盟于2015年初启动了铁路188金宝博平台数据存储标准制定工作，在IFC4标准基础上，遵循固有模式，通过动态和静态扩展相结合的方式，增加铁路188金宝博平台领域概念的表达能力。由于东平水道特大桥包含的构件类型非常丰富，因此，依托东平水道特大桥BIM 设计，对桥梁188金宝博平台信息模型实体类扩展进行了研究。
铁路IFC标准中，桥梁实体类(IfcBridge) 既可以表示桥梁188金宝博平台的一个同时包含多座特殊结构桥梁和普通简支梁桥、连续梁桥的桥梁工点，也可以表示单一特殊结构桥梁，二者通过CompositionType属性的取值进行区分。前者使用属性值COMPLEX，后者使用属性值ELEMENT。
以东平水道特大桥为例，主桥、引桥共同构成一个桥梁工点，可以用“CompositionType 属性值=COMPLEX”的IfcBridge对象表示。独塔钢混斜拉桥主桥作为一个单一特殊结构，可以用“CompositionType 属性值=ELEMENT”的IfcBridge 对象表示。
桥梁结构组成实体类（IfcBridgePart），指的是桥梁实体类（IfCBridge）包含的主梁、桥墩、基础、桥台等组成部分，IfcBridgePart 通过预定义类型属性进一步细分。
桥梁空间结构单元之间的继承层次关系如下。
桥梁空间结构单元Express-G图
下图为东平水道特大桥主桥空间结构分解示意，此图表达了桥梁实体类和桥梁结构组成实体类之间的相互关系。
桥梁空间结构分解示意图
有限元分析
作为达索软件的两个分支，SIMULIA和CATIA分别具有有限元计算和三维建模的功能，本项目借助这两个模块，实现了BIM设计和有限元计算的一体化应用。
有限元计算通过SIMULIA实现，结构分析人员将BIM模型从SFD模块切换至SIMULIA后，为结构材料指定容重、弹性模量、热膨胀系数等力学特性值。划分网格、施加边界条件及外荷载，即可开展有限元计算。
从SIMULIA切换至CATIA后，修改BIM设计模型，再切换至SIMULIA，有限元计算模型可随设计模型自动更新，用户再根据最新计算模型重新进行力学分析，实现了建模、分析的一体化操作。
钢筋二维出图
使用C#对TEKLA软件进行二次开发，使其具备输出符合行业特定要求钢筋图的功能，利用二次开发成果，读取TEKLA中的钢筋BIM模型，自动输出二维钢筋图，该图纸包括钢筋尺寸标注及其数量表。
三维BIM模型修改后，二维钢筋图及其数量表可随之更新，不需手动修改，从而提高了设计效率，实现了建模、出图的一体化操作。
在BIM设计过程中，主要采用“骨架– 模板”的建模方法，利用达索软件的多模块数据库共用特性、借助IFC通用数据格式，实现了专业内协同、专业间协同及软件协同设计。
经过空间解析几何的研究并结合EKL 脚本程序开发，批量创建符合要求的桥梁各部件骨架，为模型实例化创造了有利条件。使用达索钢结构模块，完成了从初步到详细的钢箱梁BIM设计。同时，本项目还实现了钢筋和钢束的BIM设计。
BIM应用方面，用钢量统计、钢结构出图、有限元分析这3种BIM 应用都是在达索软件内部不同模块下实现，钢筋二维出图是在TEKLA中完成的。这些应用都实现了一体化的操作流程，当BIM模型发生变化时，188金宝博平台数量表、二维图纸、有限元模型随之同步更新。同时，依托本项目，对铁路188金宝博平台信息模型数据存储标准进行了研究。
