重建纽约市的关键桥梁基础设施

东 138 号街大桥建于 1938 年，位于美国纽约市布朗克斯区，跨越位于洋基体育场以南 1 英里处的迪根高速公路。它是一座菱形立交桥，日交通量超过 150,000 辆车，是城市交通网络的重要枢纽。它为六车道，两侧还有自行车道和人行道，结构宽度大于长度，由于纵向净空有限，曾多次拥堵。

为了消除这些纵向净空问题，以容纳重型车辆和提升行人流量，纽约州交通部 (NYSDOT) 启动了一个总投资 4800 万美元的项目，以重建老化的桥梁结构，在繁忙市区建造一座 100 英尺跨距的新单跨桥。“由于位于紧张的城市环境中，交通和行人需求极高，并且是纽约市马拉松比赛的关键连接点，因此给这个项目的规划带来了巨大挑战，”NYSDOT 高速公路设计部设计团队经理 Zachary Maybury 表示。

复杂的结构设计、施工排序和协作

乍一看，该项目作为一座短单跨桥梁，似乎并不复杂。然而，鉴于该基础设施的所在位置和对城市交通的重要性，立交桥需要在桥梁重建期间保证完整运行能力，这对施工排序提出了挑战。项目团队还必须处理复杂的结构设计，以适应桥梁周围的各种公用设施、跨越一条主要城市高速公路所带来的坡道限制，加之新冠疫情大流行带来的影响。“为了确保该项目取得成功，需要克服许多复杂的交通、公用设施、岩土工程和结构设计上的挑战，”NYSDOT 结构设计总监 Brenda Crudele 表示。从美学上讲，这座桥还必须与建筑景观相适应，与既有的历史挡土墙相连接。

在 NYSDOT 面临的所有挑战中，有些最棘手的挑战与公用事业有关。特别复杂的是桥台的结构设计，它需要跨越一个 58 英尺宽的孔洞，以便将来能扩宽一条与东138街平行的现有的合流污水管道，该管道直接位于桥下和迪根高速公路的下方。

为了优化设计和施工规划，NYSDOT 需要与公用事业业主以及公众进行高效的协同合作。然而，为了让利益相关者和社区了解复杂的项目规划，他们将不得不审核数百张传统平面图纸，这将耗费大量时间。NYSDOT 意识到他们需要采用一种更有效的方法，并希望使用数字孪生模型作为面向承包商、利益相关者和社区的主要合同文件和公共宣传工具，以虚拟化可视化的方式表达设计意图和施工计划。为了部署这种数字化环境，他们需要采用集成混合建模技术，生成复杂的上部结构和人行道的动态 3D 模型。

Bentley 应用程序提供了数字化解决方案 

鉴于该桥梁项目的规模和复杂性，NYSDOT 的理想之选就是利用 BIM 和基于模型的承包，在集成技术环境中以数字化方式交换从设计到施工阶段的信息。NYSDOT 已经熟悉 Bentley 应用程序，因此选择了OpenBridge Modeler、ProSteel 和 MicroStation 来建立整个桥梁结构的三维模型，其精确度使团队能够根据合同直接从模型中设计结构，而无需借助一整套二维平面图。Bentley 建模软件的数据互用性使 NYSDOT 能够直接参考高速公路设计师在三维桥梁模型中的OpenRoads 路线文件，从而确保定位精度。将iTwin Design Review 集成到项目中后，来自 15 个机构的 180 多名评审员可以在数字环境中轻松地对模型进行访问和注释。

利用 Bentley 的集成应用程序，设计人员能够自信地提出联合下水道上的桥台结构解决方案，并克服每个象限中与迪根高速公路连接的坡道的限制。该协同式数字化解决方案还有助于满足严格的 ADA 标准认证的行人坡道要求，并满足建筑美学要求。“要满足各种不同的几何约束并确保最终产品安全、美观并融入大桥周围的现有功能，就不可避免地需要以三维方式对这些象限进行建模，”Crudele 表示。为帮助进行施工规划，NYSDOT 将三维模型和项目进度表导入到 SYNCHRO 中。“通过创建项目的三维模型，我们能够使用 SYNCHRO 构建四维模拟以描述施工阶段规划，”Maybury 补充道。他们使用了LumenRT 从四维模拟生成动画渲染效果图，作为公共宣传的有效工具。

数字孪生模型树立新标杆

借助 Bentley 的全面集成建模和 iTwin 技术，NYSDOT 能够准确地设计和生成数字孪生模型，帮助在施工前识别和解决成本高昂的问题。iTwin Design Review 支持设计人员在无需下载程序的情况下评审项目，并为其提供了可改善和加快设计过程的工具。该软件使评审人员能够在数字环境中对设计模型进行注释、标记问题并分配问题以供解决。iTwin Design Review 支持设计团队及时地解决潜在问题，让项目保持在正轨上并加快推进。通过向项目投标人提供合同数字孪生模型，承包商能以数字化方式可视化他们的工作，以计算更准确的投标，从而使中标承包商的投标金额比工程师的初始估计低 15%。事实证明，为合同构建数字环境对于预制和安装所需的模块化桥面梁非常有帮助，使承包商能够直观地查看合同中规定的安装，同时以电子方式为制造商提供所有需要的设计信息。

数字模型是非常有价值的工具，它使 NYSDOT 能够以比传统方法更容易理解、更快速的格式提供信息。与手动筛选 200 多页的规划文件相比，使用 SYNCHRO 从三维模型生成四维模拟可以让利益相关者在几分钟内直观地了解项目阶段规划。NYSDOT 使用 LumenRT 从四维模型生成施工过程的虚拟动画渲染效果图并向 Bronx 社区呈现，以获取有关车道封闭和施工排序建议的反馈。“这段四维 SYNCHRO 视频缓解了公众的担忧和质疑，这是使用传统方法所无法实现的，”Maybury 评论道。

最后，作为合同文件交付的三维模型将持续进行更新，以反映任何设计更改以及竣工环境，从而提供一个用作资产管理和桥梁检查工具的数字孪生模型。面对复杂的排序、大量的公用设施和庞大的项目利益相关者群体，该项目树立了使用数字孪生模型作为主要合同文件的新标杆，实现了东 138 街大桥的工业化交付。“我们认为这是美国有史以来使用数字孪生模型作为主要合同文件的最复杂项目，”Maybury 表示。