CN111914338A - 一种参数化隧道明洞衬砌结构bim模型建立方法 - Google Patents

一种参数化隧道明洞衬砌结构bim模型建立方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，属于隧道参数化BIM模型建模技术领域。其主要步骤为，步骤一：确定隧道明洞衬砌结构类型，获得尺寸、标高、角度参数信息；步骤二：选用步骤一中的参数信息，利用三维建模软件Revit进行三维建模；步骤三：对步骤二中构建的模型进行参数化处理，得到参数化隧道明洞衬砌结构简化模型；步骤四：对步骤三中所得参数化隧道明洞衬砌结构简化模型进行修正，获得最终模型。采用本发明的技术方案能够解决现有BIM模型建模流程不标准化，重复劳动多、工作效率较低的问题，并通过Revit参数化隧道明洞衬砌结构模型建立的方法，有利于提高建模效率，保证了模型质量。

Description

一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法
技术领域
本发明属于隧道参数化BIM模型建模技术领域，更具体地说，涉及一种参数化隧道明洞衬砌结构模型建立方法。
背景技术
BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型的英文简称)，是以先进三维数字技术为基础，集成建筑工程项目各项相关信息的工程数据模型，是对工程项目相关信息详尽的可视化数字表达，贯穿于建筑物全生命期。
Revit是构建建筑信息模型的一种三维软件，具有可视化功能，可以建立3D模型，主要应用于建造的设计阶段。Revit作为实现BIM理念的主流工具之一，可以帮助设计师进行自由形状建模和参数化设计，通过借助软件相关功能，可进行草图自由绘制、三维形状快速创建、各种形状交互处理，并且可以利用其内置的工具进行复杂形状的概念澄清，为建造和施工准备模型。在信息化数字时代，行业数字化设计已经成为发展的必然趋势，而在建设工程领域，参数化模型一直都是BIM应用领域不可或缺的基础模型之一，在BIM技术的广泛应用情况之下，Revit工作平台实现了BIM技术参数化建模与设计应用，而参数化设计将会是未来行业变革的一大方向。
在建设工程施工的准备阶段，现场BIM工程师通常需要建立隧道初期施工BIM模型，通过创建BIM模型来验证设计方案。但是，施工现场往往受限于施工蓝图或PDF图纸，Revit无法通过导入或链接CAD电子版底图进行快速建模，往往需要根据图纸相关信息重新设计，模型质量受人为因素影响较大，建模流程不标准化，重复劳动较多、工作效率低。因此需要一种解决该传统BIM施工模型建立方法，提高工作效率，保证模型质量。
经检索，中国专利申请号为：201810288265.4，申请日为：2018年4月3日，发明创造名称为：一种基于BIM的装配式构件参数化设计方法。该申请案中公开了设计方法包括：步骤1：依据装配式建筑构件的功能，将建筑结构图纸进行部件拆分，形成若干拆分设计方案，方案以“施工总设计+BIM出具的部件拆分图纸”形式具体表述；步骤2：使用Revit软件，建立拆分设计方案中建筑件的三维模型；步骤3：应用三维建模软件，将构件做出大致轮廓，添加参数，形成可控化模型；步骤4：通过构件参数之间存在的几何关系创建关系式；步骤5：从构件的三维模型上获取包含构件参数及关系式的二维图。
又如，中国专利申请号为：201910957395.7，申请日为：2019年10月10日，发明创造名称为：一种参数化BIM建模方法。该申请案中的具体建模步骤如下：步骤1：在Revit建模软件内根据需要的规格绘画目标配件的轮廓的二维平面，并对目标配件轮廓的相应尺寸进行标注；步骤2：通过Revit建模软件内的拉伸功能，对步骤1中绘制的二维平面图进行拉伸，形成目标配件的三维模型；步骤3：添加目标配件安装主体的截面参照线，建立参数化的安装主体构件模型；步骤4：形成综合安装主体的参数族，通过安装主体各参数值的调整改变所需要的构件的尺寸数据。
上述两个申请案在实际建模过程中仍不可避免存在建模流程标准化较差，重复性劳动多，难以有效保证工作效率的问题，因而目前急需一种规范化建模流程，提高建模效率，同时，能够为类似工程BIM模型建立提供可重复利用的参数化构件族。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的在于克服采用传统BIM建立施工模型时，模型质量受人为因素影响较大，建模流程不标准化，重复劳动多、工作效率低的不足，提供了一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法。采用本发明的技术方案能够有效解决上述问题，提高了工作效率，保证了模型质量。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，包括以下步骤：
步骤一：确定隧道明洞衬砌结构类型，获得尺寸、标高、角度参数信息；
步骤二：选用步骤一中的参数信息，利用三维建模软件Revit进行三维建模；
步骤三：对步骤二中构建的模型进行参数化处理，得到参数化隧道明洞衬砌结构简化模型；
步骤四：对步骤三中所得参数化隧道明洞衬砌结构简化模型进行修正，获得最终模型。
更进一步的，步骤三中，参数化隧道明洞衬砌结构简化模型的构造过程如下：
S1：利用三维建模软件Revit创建左、右下脚矮边墙长度均为L1、矮边墙高度为H2；创建构造圆1，其圆心02在隧道中线位置，其半径R3＝sqrt(R3*R3-(R1-L1)*(R1-L1))，且构造圆1分别与左、右下脚矮边墙的端点相交于点A、点B，其中，R1为衬砌层外半径；
S2：根据构造圆1创建构造圆2，构造圆2的圆心与构造圆1的圆心相同，其半径R4＝R3-(R1-R2)，其中，R2为衬砌层内半径；
S3：创建参照平面1，该参照平面1与浆砌片石墙背回填顶标高线相交于点03，以点03为构造圆3的圆心，创建构造圆3，其半径R5为点03到A点的距离；点03与浆砌片石墙背回填顶标高H1上部衬砌结构部分的圆心01的圆心距为I1；
S4：通过构造圆3圆心03创建参照平面2，该参照平面2与浆砌片石墙背回填顶标高线之间形成的夹角为θ1，并与构造圆3相交于点C；
S5：连接A点与构造圆1圆心02，分别与构造圆2和参照平面2相交于点D、点E，连接点C、点D，形成过点C、点D的参数化构造线。
更进一步的，步骤四中，通过调整夹角θ1的角度，使EC＝ED；以点E为圆心，EC长度为半径创建构造圆4，形成与点C、点D均相切的圆角弧。
更进一步的，步骤四中，EC＝ED＝R5-(I1-I2)/cosθ1，其中，I2为点E到隧道中线的距离。
更进一步的，步骤S1中，先创建左下脚矮边墙长度L1、矮边墙高度H2，待参照线建立完成后对L1、H2进行参数化定义并镜像，同时将左、右矮边墙高度参照线与衬砌层外半径边缘线锁定。
更进一步的，步骤S3中，对圆心距I1与构造圆3的半径R5进行参数化定义。
更进一步的，步骤S4中，对夹角θ1进行参数化定义来控制与构造圆3的交点C的位置。
更进一步的，步骤二中，在隧道明洞衬砌结构浆砌片石墙背回填顶标高H1上部进行三维建模；待标高H1上部三维模型建立后对R1、R2、H1进行参数化定义。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，通过收集并整理本工程隧道明洞衬砌结构图，归并明洞衬砌结构类型，得到必要的尺寸、标高、角度等参数信息，利用BIM技术，采用Revit三维建模软件建立隧道明洞衬砌结构模型，有效解决了模型质量受人为因素影响较大的问题，建模流程更加标准化，从而避免了重复性劳动，有利于提高工作效率和模型质量。
(2)本发明的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，通过对模型建立流程进行优化设计，建立参数化隧道明洞衬砌结构简化模型，一方面，有效解决了隧道工程施工准备阶段，现场BIM工程师无法通过导入或链接CAD电子版底图进行快速建模的问题。另一方面，通过对构建的模型进行参数化处理，得到参数化隧道明洞衬砌结构简化模型，为类似工程BIM模型建立提供可重复利用的参数化构件族，具有一定参考借鉴意义。
(3)本发明的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，将点C、点D先连接起来，构造闭合线得到初步的简化模型，再通过对简化模型进行修正处理，创建弧CD，使得简化模型与现场的隧道明洞衬砌结构相对应，从而有利于提高模型建立的精度，进一步保证构建后的模型质量。
(4)本发明的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，构建得到一种参数化信息标准模型，以后只要类似工程便可全部套用，只需根据PDF图纸中的相关参数信息，进行修改参数即可，快速便捷，有效满足了现场BIM工程师的需求。
附图说明
图1是本发明的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法的流程图；
图2是本发明中标高H1上部衬砌结构三维模型示意图；
图3是本发明中左、右下脚矮边墙长度L1、高度H2参照线示意图；
图4是本发明中创建构造圆1的示意图；
图5是本发明中创建构造圆2的示意图；
图6是本发明中创建构造圆3及参照平面1的示意图；
图7是本发明中创建参照平面2的示意图；
图8本发明中创建构造圆4及弧CD参数化构造线示意图；
图9本发明所述修正后最终模型示意图。
具体实施方式
针对现有采用传统BIM技术对施工现场的隧道明洞衬砌结构进行建模时，建立的模型质量受到人为因素影响较大，不能很好的与现场的隧道明洞衬砌结构相对应，从而所得模型精度难以保证。同时，建模流程难以标准化，重复性劳动较多，易导致建模效率低下。
本发明通过采用现场的PDF电子版图，对工程隧道明洞衬砌结构图进行整理和归并，得到不同类型的明洞衬砌结构图纸。根据PDF图纸中关于隧道明洞衬砌结构的相关参数信息，包括衬砌层外半径R1、衬砌层内半径R2、衬砌层厚度(即R1-R2)和浆砌片石墙背回填顶标高H1，利用Revit三维建模软件建立参数化隧道明洞衬砌结构模型，将PDF平面图纸转化为一种参数化信息标准模型。以后只要有类似工程需要建立模型时，均可全部套用，只需要对PDF中特定的信息参数进行修改即可，快速便捷，能够有效满足现场BIM工程师的需求。
具体的，本发明通过收集并整理各种隧道明洞衬砌结构图，归并明洞衬砌结构类型，得到必要的尺寸、标高、角度等参数信息，利用BIM技术，采用Revit三维建模软件建立隧道明洞衬砌结构模型，有效解决了模型质量受人为因素影响较大的问题，建模流程更加标准化，从而避免了重复性劳动，有利于提高工作效率和模型质量。结合图1-8，本发明的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其主要步骤如下：
步骤一：确定隧道明洞衬砌结构类型，获得尺寸、标高、角度参数信息；
搜集并整理本工程隧道明洞衬砌结构图，归并明洞衬砌结构类型，得到必要的尺寸、标高、角度等参数信息。
步骤二：选用步骤一中的参数信息，利用三维建模软件Revit进行三维建模；
如图2所示，在隧道明洞衬砌结构浆砌片石墙背回填顶标高H1上部衬砌结构进行三维建模。待标高H1上部三维模型建立后对R1、R2、H1进行参数化定义。
步骤三：对步骤二中构建的模型进行参数化处理，得到参数化隧道明洞衬砌结构简化模型；
具体的参数化隧道明洞衬砌结构简化模型构造过程如下：
S1：利用三维建模软件Revit创建左、右下脚矮边墙长度均为L1、矮边墙高度为H2。如图3所示，创建时，先创建左下脚矮边墙长度L1、矮边墙高度H2，待参照线建立完成后对L1、H2进行参数化定义并镜像，同时将左、右矮边墙高度参照线与衬砌层外半径边缘线锁定。
如图4所示，创建构造圆1，其圆心02在隧道中线位置，其半径R3＝sqrt(R3*R3-(R1-L1)*(R1-L1))，且构造圆1分别与左、右下脚矮边墙的端点相交于点A、点B，其中，R1为衬砌层外半径，将构造圆1的圆心02中心标记可见。
S2：根据构造圆1创建构造圆2，构造圆2的圆心与构造圆1的圆心相同，其半径R4＝R3-(R1-R2)，其中，R2为衬砌层内半径。
S3：创建参照平面1，该参照平面1与浆砌片石墙背回填顶标高线相交于点03，以点03为构造圆3的圆心，创建构造圆3。如图6所示，构造圆3的半径R5值等于点03到A点的距离。点03与浆砌片石墙背回填顶标高H1上部衬砌结构部分的圆心01的圆心距为I1。同时，对该圆心距I1与构造圆3的半径R5进行参数化定义。
S4：通过构造圆3圆心03创建参照平面2，如图7所示，该参照平面2与浆砌片石墙背回填顶标高线之间形成的夹角为θ1，并与构造圆3相交于点C；对夹角θ1进行参数化定义来控制与构造圆3的交点C的位置。
S5：连接A点与构造圆1圆心02，分别与构造圆2和参照平面2相交于点D、点E，连接点C、点D，形成过点C、点D的参数化构造线。
本发明通过对模型建立流程进行优化设计，将点C、点D先连接起来，构造闭合线得到初步的简化模型，建立得到参数化隧道明洞衬砌结构简化模型。一方面，有效解决了隧道工程施工准备阶段，现场BIM工程师无法通过导入或链接CAD电子版底图进行快速建模的问题。另一方面，通过对构建的模型进行参数化处理，得到参数化隧道明洞衬砌结构简化模型，为类似工程BIM模型建立提供可重复利用的参数化构件族，具有一定参考借鉴意义。
步骤四：对步骤三中所得参数化隧道明洞衬砌结构简化模型进行修正，获得最终模型。
考虑到Revit软件建立的模型于现场实际的隧道明洞衬砌结构不是很好的对应上，尤其是CD段，软件不够智能，建立后通常是直线段，而现场实际的隧道明洞衬砌结构CD段为弧段，因而导致建立的模型不能很好地与实际隧道明洞衬砌结构相符合；同时，CD段也无法实现参数化联动设计，因而在建模过程中需要人为进行手动修正，流程不标准化，且较为繁琐。如图8及图9所示，本发明通过调整夹角θ1的角度，在实际操作中，通过此方法可以得出EC的长度。
此外，还需说明的是，在现场实际的隧道明洞衬砌结构中，此时ED长度与EC长度不一定相等，结合PDF图纸中θ1角度信息，通过调整θ1的值使得EC的计算长度近似于ED的长度值，即为EC＝ED＝R5-(I1-I2)/cosθ1，I2为点E到隧道中线的距离。最后将点E作为圆心，以EC的长度为半径创建构造圆4，形成相切于点C和点D的最佳圆角弧。通过弧CD的创建，使得简化模型与现场的隧道明洞衬砌结构相对应，从而有利于提高模型建立的精度，进一步保证构建后的模型质量。

Claims (8)

1.一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定隧道明洞衬砌结构类型，获得尺寸、标高、角度参数信息；
步骤二：选用步骤一中的参数信息，利用三维建模软件Revit进行三维建模；
步骤三：对步骤二中构建的模型进行参数化处理，得到参数化隧道明洞衬砌结构简化模型；
步骤四：对步骤三中所得参数化隧道明洞衬砌结构简化模型进行修正，获得最终模型。
2.根据权利要求1所述的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其特征在于，步骤三中，参数化隧道明洞衬砌结构简化模型的构造过程如下：
S1：利用三维建模软件Revit创建左、右下脚矮边墙长度均为L1、矮边墙高度为H2；创建构造圆1，其圆心02在隧道中线位置，其半径R3＝sqrt(R3*R3-(R1-L1)*(R1-L1))，且构造圆1分别与左、右下脚矮边墙的端点相交于点A、点B，其中，R1为衬砌层外半径；
S2：根据构造圆1创建构造圆2，构造圆2的圆心与构造圆1的圆心相同，其半径R4＝R3-(R1-R2)，其中，R2为衬砌层内半径；
S3：创建参照平面1，该参照平面1与浆砌片石墙背回填顶标高线相交于点03，以点03为构造圆3的圆心，创建构造圆3，其半径R5为点03到A点的距离；点03与浆砌片石墙背回填顶标高H1上部衬砌结构部分的圆心01的圆心距为I1；
S4：通过构造圆3圆心03创建参照平面2，该参照平面2与浆砌片石墙背回填顶标高线之间形成的夹角为θ1，并与构造圆3相交于点C；
S5：连接A点与构造圆1圆心02，分别与构造圆2和参照平面2相交于点D、点E，连接点C、点D，形成过点C、点D的参数化构造线。
3.根据权利要求1或2所述的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其特征在于，步骤四中模型修正方法如下：调整夹角θ1的角度，使EC＝ED；以点E为圆心，EC长度为半径创建构造圆4，形成与点C、点D均相切的圆角弧。
4.根据权利要求3所述的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其特征在于，步骤四中，EC＝ED＝R5-(I1-I2)/cosθ1，其中，I2为点E到隧道中线的距离。
5.根据权利要求4所述的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其特征在于，步骤S1中，先创建左下脚矮边墙长度L1、矮边墙高度H2，待参照线建立完成后对L1、H2进行参数化定义并镜像，同时将左、右矮边墙高度参照线与衬砌层外半径边缘线锁定。
6.根据权利要求5所述的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其特征在于，步骤S3中，对圆心距I1与构造圆3的半径R5进行参数化定义。
7.根据权利要求6所述的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其特征在于，步骤S4中，对夹角θ1进行参数化定义来控制与构造圆3的交点C的位置。
8.根据权利要求7所述的一种参数化隧道明洞衬砌结构BIM模型建立方法，其特征在于，步骤二中，在隧道明洞衬砌结构浆砌片石墙背回填顶标高H1上部进行三维建模；待标高H1上部三维模型建立后对R1、R2、H1进行参数化定义。
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