(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210530013.4 (22)申请日 2022.05.16 (71)申请人 中国水利水电第七工程局有限公司 地址 610213 四川省成 都市天府新区兴隆 湖湖畔路南段3 56号 (72)发明人 李正全　潘艳军　范道林　漆连波　 陆莎　陈勇安　 (74)专利代理 机构 成都市辅君专利代理有限公 司 51120 专利代理师 张堰黎 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) E01D 21/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化 分块方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于BIM和FEM协同的宽 幅钢箱梁优化分块方法， 包括FEM优化阶段、 BIM 优化阶段和现场施工阶段； FEM优化阶段通过模 拟和分析不同焊接方案的温度场、 应力场和残余 变形， 获得最优的分块数量和焊缝位置； BIM优化 阶段通过钢结构加工前对具体钢构 件、 节点的构 造方式、 工艺做法和工序安排进行优化调整， 有 效指导制造厂工人采取合理有效的工艺加工， 提 高施工质量和 效率， 降低施工难度和风险； 现场 施工阶段利用钢结构BIM模型数据， 对每个钢构 件的起重量、 安装操作空间进行精确校核和定 位。 本发明通过BIM+FEM协同技术的应用， 解决大 型钢箱梁进行分段、 分块的难点和解决施工图中 的设计缺陷， 提升施工质量， 减少后期修改变更， 避免人力、 物力浪费。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114861275 A 2022.08.05 CN 114861275 A 1.一种基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： 优化分块方法包 括FEM优化阶段、 BIM优化阶段和现场施工阶段； 所述的FEM优化阶段是通过模拟和分析不同焊接方案的温度场、 应力场和残余变形， 获 得最优的分块数量和焊缝位置； 所述的BIM优化阶段是通过钢结构加工前对具体钢构件、 节点的构造方式、 工艺做法和 工序安排进行优化调整， 指导具体工艺加工； 所述的现场施工阶段是在钢构件施工现场安装过程中， 利用钢结构BIM模型数据， 对每 个钢构件的起重量、 安装操作 空间进行精确校核和定位， 为复杂及特殊环境下 的吊装和拼 装施工创造实用价 值。 2.根据权利 要求1所述的基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： 所述的FE M优化阶段通过以下步骤实现： S1： 在有限元 软件里面， 根据设计图纸建立空间FE M几何模型； S2： 设置材 料属性， 编辑钢材和焊材的热 材料属性； S3： 设置接触和加入移动热源， 利用生死单元的方法模拟出焊接过程， 最后提交作业算 出温度场和与之相对应的应力场和残余变形； S4： 通过模拟不同的方块方法， 在有限元软件里面计算与之对应的温度场、 应力场和残 余变形， 分析各个方法的受力， 并且比较大小， 取较小且最有效的分块方法得到最优的分块 数量和焊缝位置 。 3.根据权利 要求1所述的基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： 所述的BIM优化阶段通过以下步骤实现： S5： 依据设计图纸建立BIM模型； S6： 使用徕卡NovaMS50的三维激光扫 描技术或高分辨率数字图像测量技术进行图像采 集； S7： 结合徕卡公司的GeoMoS、 Cyclone、 Infinity、 MultiWorx软件， 处理MS50全站扫描仪 的数据， 根据点云自动生成平面、 曲面、 圆柱、 弯管和其 他相应模型， 并输出实测三维模型； S8： 根据实测数据和理论数据， 对预拼装检测项点综合分析， 包括分析出预拼装段相对 基准段实际偏差值， 将不符合要求的单元反馈到加工制作并进行调整， 合格的部分直接进 入节段焊接环 节。 4.根据权利 要求3所述的基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： 所述BIM优化阶段中步骤S 8的模拟预拼装有两种方式： 第一种是理论模型与实测模型之间的比对， 依据设计图纸搭建或者设计阶段传递下来 的理论模型， 和零构件加工完 毕之后经测量搭建的实测模型进行对比分析并模拟其拼装过 程； 第二种是理论坐标点与实测坐标点之间的比对， 依据设计图纸搭建或者设计阶段传递 下来的理论模型中建立相应坐标系， 选取构件尺寸关键控制点作为主要测量控制点； 拼装 完成后测量各控制点的实际坐标值并输入计算机， 实现坐标转换后再与理论模型中对应的 控制点坐标值进行拟合比对。 5.根据权利 要求3所述的基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： 所述BIM优化阶段中步骤S6的图像采集分为两个步骤：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114861275 A 2S61： 第一步是MS50自动拍 摄选择的范围并合成全景图， 以提供后期点云的RGB色彩信 息； S62： 第二 步是根据预设的间隔进行扫描获取。 6.根据权利 要求4所述的基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： BIM优化阶段所提取的理论坐标点与实测坐标点需要进行坐标转换， 转换方法为： 采用Case 提出并经改进的E OPA算法进行坐标系的转换， 使 得理论模型和实测模 型的控制点均处于同 一坐标系下， 实现坐标值比对的基础。 7.根据权利 要求1所述的基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： 所述的现场施工阶段通过以下 方法实现： S9： 钢梁进场后先对节段进行质量验收， 质量验收包括吊耳、 焊缝外观检查， 吊装前先 进行试吊， 再平稳起吊； S10： 现场设置液压升降胎架， 拼装前对胎架标高进行调整定位， 拼装过程中利用三维 千斤顶进行微调， 实现拼装时线性的控制； S11： 结合徕卡公司的GeoMoS、 Cyclone、 Infinity、 MultiWorx等软件， 高效处理MS50全 站扫描仪的数据， 根据点云自动生成平面、 曲面、 圆柱、 弯管和其他相应模型， 并输出实测三 维模型； S12： 严格按拼装顺序吊装， 拼装时按测量及BIM仿真实时监测数据调整线性直至完成 拼装。 8.根据权利 要求7所述的基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： 所述现场施工阶段中焊接环向焊缝临时固定的顺序为： 先顶板后底板、 从中间往两端对称 的顺序施工 。 9.根据权利 要求8所述的基于BIM和FEM协同的宽幅钢箱梁优化分块方法， 其特征在于： 所述现场施工阶段中焊接要求为： 梁段对接箱内U肋、 连接板、 管应时同时进 行， 避免后 期现 场切割， U肋对接必须平顺， 无错台， 焊接 封口应严实， 防止桥梁运行中湿气进入。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114861275 A 3