CN108304631A - 一种桥梁上部结构的bim参数化设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种桥梁上部结构的BIM参数化设计方法，涉及梁工程设计、施工及检测等领域。包括：(1)提取桥梁范围内路线相应里程桩号对应的空间坐标、横坡和斜交角度。(2)读取空间坐标点数据，生成路线空间曲线。(3)制作桥梁横截面轮廓。(4)进行空间坐标变换，将桥梁横截面轮廓布置在路线控制点位置。(5)根据横坡角度调整横截面轮廓旋转角度。(6)利用放样或放样融合功能将横截面轮廓沿路线生成实体模型。(7)根据斜交角度对桥梁两端进行剪切，完成桥梁上主体结构模型。(8)根据桥面系等构件与道路中心线的偏移距离重复(1)‑(7)生成完整模型。本技术解决了桥梁异形空间结构三维模型建立的难题，利用数据读取与可视化编程实现了参数化，极大提高了精度和效率。
Description
技术领域
本发明适用于桥梁工程设计、施工及检测等领域，用于搭建桥梁上部结构模型，包括：桥梁上部结构主体、桥面系、人行道、路缘石、防撞墩、桥面挂板等，实现可视化管理。
背景技术
BIM(建筑信息模型)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等优点，并在建筑工程整个生命周期中实现集成管理。BIM是建设工程行业的一次巨大变革，它将逐步取代传统二维设计方法，也是实现建筑工程信息化管理的重要工具。
BIM在建筑工程领域的研究与应用已取得了较大的进展，相关技术、软件及案例应用较多，建设部与各省市建设主管部门也制定了相应的BIM发展纲要及政策。但在市政及公路基础设施领域，BIM尚处于起步阶段，相关技术并不成熟。
公路及市政基础设施与建筑工程有很大的不同，建筑工程通常采用轴网和标高来定位，而基础设施工程中却是采用路线和里程桩号来定位的。因此，建筑工程中的三维设计方法不适用于公路及市政基础设施工程。
桥梁工程是公路及市政基础设施工程中的关键节点，且桥梁工程中的平曲线、纵曲线、超高、变宽、变截面、横坡和纵坡等特性决定了桥梁上部结构是复杂的空间异形结构体，这也是制约了BIM技术在桥梁工程领域中应用与发展。
BIM技术软件提供商有很多，不同软件均有各自的优点，但就目前实际应用情况来看，Autodesk公司Revit软件应用最为广泛，虽然Revit软件优势纵多，但对于桥梁工程上部复杂的空间结构的模拟无能为力，旗下Civil 3D软件虽为道路工程专用软件，也可扩展应用到桥梁工程，但尚不成熟，不能或不便工程技术人员进行三维桥梁设计，严重阻碍了BIM技术在基础设施工程中的发展。
Dynamo也是一款Autodesk公司旗下的产品，是一款可视化编程软件，与Revit实现了无缝对接，虽然这款软件不是为桥梁工程设计的，但具备编程开发的功能，能够建立复杂的空间模型，这为桥梁工程三维模型的建立提供了一条新思路。
发明内容
(1)提取桥梁范围内路线相应里程桩号对应的空间坐标、横坡和斜交角度。
根据设计图纸或利用桥梁设计软件，提取桥梁范围内路线相应里程桩号对的空间坐标，即(x，y，z)值，横坡和斜交角度，空间坐标点必须包含桥墩中心对应点，变截面和变宽控制点，以及根据工程精度要求每间隔5-20m(5m、10m或20m)选取一点，将数据导入OfficeExcell中。
(2)读取空间坐标点数据，生成路线空间曲线。
读取空间坐标点数据，采用NurbsCurve类型曲线快速生成空间曲线，对于存在斜交的情况，需要将路线两端向外各延长(10-30m)20m左右。
(3)制作桥梁横截面轮廓。
桥梁轮廓根据设计图纸绘制，可在Revit中绘制，然后在Dynamo中拾取轮廓线；也可以直接利用Dynamo生成，利用Dynamo生成的轮廓更便于参数化的设置，后期可通过调整参数值应用在别的工程中，能够更好地实现轮廓的重复利用。对于等截面梁，制作一个横截面轮廓即可；但对于变截面梁，则需要制作多个控制点上的截面轮廓。
(4)进行空间坐标变换，将桥梁横截面轮廓布置在路线控制点位置。
为了将横截面轮廓准确布置到空间曲线上，需要将横截面轮廓由当前坐标系转换成路线控制点的局部坐标系，让截面轮廓垂直路线布置。
(5)根据横坡角度调整横截面轮廓旋转角度。
读取横坡角度数据，调整各控制点间的横截面轮廓旋转角度。
(6)利用放样或放样融合功能将横截面轮廓沿路线生成实体模型。
以横截面轮廓为放样形状，以路线空间曲线为放样路径，放样生成实体模型。
(7)根据斜交角度对桥梁两端进行剪切，完成桥梁上主体结构模型。
读取横坡斜交角度数据，对桥梁两端进行剪切，完成桥梁上主体结构模型，并将其导出至Revit软件，为后续BIM应用奠定信息模型基础。
(8)根据桥面系、人行道、路缘石、防撞墩、桥面挂板等构件与道路中心线的偏移距离重复以上步(1)-(7)的步骤生成完整的上部结构三维模型。
桥面系、人行道、路缘石、防撞墩、桥面挂板等构件也是沿路线方向布置的，因此，同样可参考上述(1)-(7)中的步骤，但需要注意的是，在(4)空间坐标变换时需要根据设计图纸要求确定上述构件的中心与道路中心线的偏移距离。
(1)本发明为建立了一套完整的桥梁上部结构三维模型建立的方法，弥补了Revit软件无法建立如此复杂空间结构模型的缺陷，同时又可导入Revit软件，利用Revit软件可进行后续的BIM信息化管理。
(2)采用可视化编程软件进行设计，思路清晰，逻辑性强，且相对二次开发编写代码，操作相对简单，不用工程技术人员学习相关程序语言。
(3)本方法所有设计参数可全部存放在Office Excell中，也可部分存放于Dynamo软件中，参数的存储与修改方便。如果模型有变更，或要新建其它项目，只要根据实际工程需要修改其中的参数即可快速生成一个新的模型。
附图说明
图1本发明方法流程图
图2道路中线控制点
图3箱梁截面轮廓
图4坐标转化在控制点布置箱梁截面轮廓
图5放样生成箱梁实体
图6箱梁两端截切后的实体效果
图7桥梁上部结构整体透视图
图8桥梁整体结构透视图
具体实施方式
(1)提取桥梁范围内路线相应里程桩号对应的空间坐标、横坡和斜交角度，将数据导入，将数据导入Office Excell中。
(2)在Dynamo中读取Office Excell中数据，通过可视化编程的方式，用NurbsCurve类型曲线将各点连接形成一条空间曲线，如附图2所示。
(3)在Revit中制作参数化桥梁横截面轮廓族，然后导入Dynamo，也可以在Dynamo中直接制作该轮廓，两种方法均能实现参数化，如附图3所示。
(4)将桥梁横截面轮廓由当前坐标系转化成桥梁路线各控制点的局部坐标系，每个控制点上正确均布置上桥梁横截面轮廓，如附图4所示。
(5)利用已读取的横坡数据对每个控制点上的桥梁横截面轮廓进行角度调整，这里需要强调的是桥梁横截面轮廓数量必须与横坡数据的个数相等。
(6)以横截面轮廓为放样形状，以路线空间曲线为放样路径，放样生成实体模型，如附图5所示。
(7)根据已读取的斜交角度对桥梁两端进行剪切，完成桥梁上主体结构模型，并导出至Revit中，如附图6所示。
(8)重复使用步骤(1)-(7)，逐步生成桥面系、人行道、路缘石、防撞墩、桥面挂板等构件，形成完整的上部结构三维模型，如附图7和附图8所示。
Claims (1)
1.一种桥梁上部结构的BIM参数化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提取桥梁范围内路线相应里程桩号对应的空间坐标、横坡和斜交角度；
根据设计图纸或利用桥梁设计软件，提取桥梁范围内路线相应里程桩号对的空间坐标，即(x，y，z)值，横坡和斜交角度，空间坐标点必须包含桥墩中心对应点，变截面和变宽控制点，以及根据工程精度要求每间隔5m-20m选取一点，将数据导入Office Excell中；
(2)读取空间坐标点数据，生成路线空间曲线；
读取空间坐标点数据，采用NurbsCurve类型曲线生成空间曲线，对于存在斜交的情况，需要将路线两端向外各延长10-30m；
(3)制作桥梁横截面轮廓；
桥梁轮廓根据设计图纸绘制，在Revit中绘制，然后在Dynamo中拾取轮廓线；或者直接利用Dynamo生成；对于等截面梁，制作一个横截面轮廓即可；但对于变截面梁，则需要制作多个控制点上的截面轮廓；
(4)进行空间坐标变换，将桥梁横截面轮廓布置在路线控制点位置；
为了将横截面轮廓准确布置到空间曲线上，需要将横截面轮廓由当前坐标系转换成路线控制点的局部坐标系，让截面轮廓垂直路线布置；
(5)根据横坡角度调整横截面轮廓旋转角度；
读取横坡角度数据，调整各控制点间的横截面轮廓旋转角度；
(6)利用放样或放样融合功能将横截面轮廓沿路线生成实体模型；
以横截面轮廓为放样形状，以路线空间曲线为放样路径，放样生成实体模型；
(7)根据斜交角度对桥梁两端进行剪切，完成桥梁上主体结构模型；
读取横坡斜交角度数据，对桥梁两端进行剪切，完成桥梁上主体结构模型，并将其导出至Revit软件；
(8)根据包括桥面系、人行道、路缘石、防撞墩和/或桥面挂板构件与道路中心线的偏移距离，重复以上步(1)-(7)的步骤生成完整的上部结构三维模型；在空间坐标变换时需要根据设计图纸要求确定上述构件的中心与道路中心线的偏移距离。
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