摘  要  通过介绍虹桥综合交通枢纽工程的施工详图设计，探讨三维模型施工详图设计方法在桥梁工程领域中的应用及突破。
关键字  吊装段；制造段；设计详图；工艺详图；三维模型预拼装。
1 工程概况
      虹桥综合交通枢纽是高速铁路、城际和城市轨道交通、公共汽车、出租车及航空港紧密衔接的国际一流的现代化大型综合交通枢纽。东起外环线（环西一大道），西至现状铁路外环线，北起北翟路、北青公路，南至沪青高速公路，总用地约26.26平方公里，见图1-1。

 图1-1 虹桥综合交通枢纽工程的施工详图设计

       I标段的范围为连接核心区高铁、磁浮、东交通中心、西航站楼的环路高架系统。环路高架分南、北两部分，南、北两部分又各分东、西两区段。以北部的东、西段为例，如图1-2~1-3。
      ① 东段长580米、均宽40米，带一转弯段，东段第四区段最宽处51米；
      ② 西段长180米、宽16～36米，带一转弯段，西段区最宽处36米；
      ③ 钢结构总量约1.4万吨。桥梁的主要钢材为Q345q-D。
 

图1-2 北部总布置图 虹桥综合交通枢纽工程的施工详图设计

图1-3 横断面图
 

2 几个概念介绍
      2.1 吊装段：根据现场起吊能力、位置的布置及安装顺序所划分出吊装区块，即为桥梁每一区段的吊装块布置图，每一吊装块有相应编号，如4-1、4-2、4-3、4-4等。
      2.2 制造段：又称运输段，即根据运输限制（构件的长、宽、高及重量的限制）而划分的工厂加工出厂的桥梁制作区块。
      2.3 吊装段与制造段间的关系：吊装段由若干制造段组成，如图2.3-1~图2.3-2所示，即工厂加工完成的若干制造段运至现场，在地面拼装为吊装段后进行吊装。   
                

 
图2.3-1 吊装段示意  


图2.3-2 制造段示意

3. 项目的施工详图设计
      3.1 详图设计对吊装段、制造段划分原则：
      (1)吊装分段的重量控制在200吨以内，在适当的范围内可调整尺寸。
      (2)沿桥长方向的分段位置，桥面板、腹板、底板相互间错位250mm。
      (3)桥宽方向的分段位置，桥面板、底板相互间错开200mm。
      (4)桥宽方向的分段位置错开U型肋、球扁钢、横向加筋100mm。
      (5)吊装段分段口需考虑吊装的先后顺序，先吊装的分段块沿桥长向的桥底板比面板外伸500mm。在桥宽向桥底板比面板外伸200mm。
      (6)制造段的分段位置设定需考虑：
      1)考虑制造段运输的稳定性，制造分段至少包含一块腹板和两块完整隔板，分段宽度为腹   板间距制造段的尺寸；
      2)制造分段位置如遇人孔、筋板，则人孔、筋板移位；
      3)原材料的拼接位置需保证桥面板、底板、腹板的焊缝错位200mm和方便吊装的错位方向。
      3.2 施工详图的内容
      根据工厂加工及现场安装的需要，详图分设计详图和工艺详图两类：
      3.2.1 设计详图
      (1)根据吊装分块及加工车间布置确定制作区域后，绘制该制作区域的平面布置图3.2.1-1，其类似于某一区域的楼面布置图，如吊装段4-1、4-2、4-3、4-4确定为一个制作区域，其中每一吊装段按运输条件划分出多个制造段。

 
图3.2.1-1 制作区域平面布置图 虹桥综合交通枢纽工程的施工详图设计

(2)针对制作区域平面布置图对每一桥宽、桥长的不同位置作剖面图3.2.1-2。沿桥长方向的每一道有变化的横隔板线、横向加筋均作剖面图，剖面号为数字，且唯一。沿桥宽方向每一道腹板均作剖面图，剖面号为大写字母，且唯一。剖面上需反映：①制造分段的位置尺寸；
      ②各零件号；③隔板（横向加筋）的安装位置标记；④焊接符号和方向。
 

 图3.2.1-2 制作区域平面布置图及剖面图
 

(3)制造段构件详图：每一制造段（运输段）的构件详图，其内容中包含：
      1)制造段的面板、底板图，图面中反映出腹板、U型加劲、球扁钢加劲肋等零件的安装位置信息；
      2)对于有特殊构造的部位，如桥墩位置、廊桥牛腿位置等，可采用局部剖视图表达；若剖面与布置图中剖面重合时，剖面号采用布置图中的相同字母、数字以便于对应一致；
      3)图中的剖面视向规定为面向桥长的外侧，即桥宽中的标高高的一侧；
      4)图中局部详细说明的部位，标定取出点的位置，局部说明要保持原方向；
      5)完整的零件图，对于腹板、隔板要反映出桥面的标高变化，图上有安装位置标记。
      3.2.2 工艺详图
      (1)胎架定位点坐标图
      按制作区域为单元出图，以道路中心线为0.000标高，提供桥箱体腹板与隔板、加劲板相交点的Z向坐标。该Z向坐标综合考虑桥面的坡度及拱度。
      (2)现场吊装段的吊点、支点位置图3.2.3-1。
      以吊装段4-1～4-4为例，按图3.2.2-1所示的吊点布置，确定出每个吊点的重量，合理安排吊机。同时，因为采用双机四点抬吊不对称构件的计算属于超静定问题，钢丝绳的长短会影响载重的分配，为了确保每个吊点不超重，一台行车的2各吊点即1#、2#采用同一根钢丝绳。

 
图3.2.3-1 吊装段吊点布置图

      (3)运输分段在制作时翻身的吊点、支点位置图
      吊点按吊装的位置设计成二类，大吊点焊接于桥底板处侧向筋板处，主要目的是构件制作时翻身；中吊耳用于构件的起吊、平移。吊耳必须安装在隔板或腹板位置上；吊耳的大小按照安全负荷40吨选择。
      (4）吊装段的桥墩定位图，利用三角法定位和复位。此图可用于安装和检验。
      (5）桥体面板、底板的排料图，图中表达了分段的尺寸，制造段的相对位置标记。桥长方向为材料轧制方向。此图可使钢板间的拼接有效地避开运输段间的拼缝，又可用于检验。
      (6）球扁钢、U型肋的中心线在面板上的位置图,即类示于钢梁连续整体布置图，同时利用此图可画出油漆范围布置图。
      3.3 施工详图设计过程和步骤
      运用三维实体建模出图进行深化设计的过程，其本质就是进行电脑预拼装、实现“所见即所得”的过程。建出的三维实体模型与以后实际建造的建筑完全一致，所有加工详图（包括布置图、构件图、零件图等）均是利用三视图原理投影生成的，因此可以保证钢构件精度达到理想状态。以下是虹桥枢纽局部桥体箱梁三维实体建模设计的过程及步骤演示： 
       

完成以上步骤后，便可直接生成制造段的构件详图，制作区域布置图、剖面图，以及各类工艺用详图。
      3.4 利用三维实体模型实现吊装分段间的预拼装
      3.4.1实测分段前、后接口的截面数据，接口检查记录表见图3.4.1；
 

图3.4.1 接口检查记录表
 

3.4.2 根据接口处的实测数据分别绘制分段前、后接口断面，并以道路中心线为基准进行叠加，观察两断面间的误差；
      3.4.3 根据以上实测数据搭建三维实体模型，更为直观观察构件之间现场对接处的对接情况，详见图3.4.3。
  

图3.4.3 三维模型模拟预拼装

      4 三维实体建模详图设计在桥梁施工详图设计中的应用及突破
      4.1 为解决桥面泄水问题，桥面不是平直的，而是有坡度和拱度的，即桥面在同一横截面内由众多非规则拱线组成。利用三维实体建模的技术优势，在构件建模时直接通过详图中的零件反映出桥体的拱度，因此从同一模型中导出的胎架图、构件图、零件图有着极好的匹配性。
      4.2 利用三维实体模型可精确定出吊装分块的重量和重心位置，从而合理安排吊点的分布位置，消除吊装过程中的不安全因素。
      4.3 为消除制作过程中的积累误差，确保各制作区块之间连接无误，吊装段间需进行预拼装。但是预装需要时间和场地，如果通过有效的管理和控制方法，对同时进行制作的部件经测量得数据后，通过计算机三维模型模拟进行预装，对预装错边量超差的进行矫正，同样可以达到预装的效果。

参 考 文 献:
      [1] 《TEKLA STRUCTURES使用手册》 2006
      [2] 《市政公用工程设计文件编制深度规定》北京 建设部，2004.
      [3] 《公路桥涵设计通用规范》人民交通出版社，2004
      作者简介：贺明玄：宝钢钢构有限公司总工程师