CN113158303A - 一种基于bim的装配式钢桥三维模型施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法，涉及一种基于BIM技术的装配式钢结构桥梁施工方法，包括以下步骤：根据项目图纸，利用Rhino建模软件建立大跨度装配式公路钢桥BIM模型；利用Revit软件与Twinmotion插件将BIM模型文件转化为可制作施工动画的模型文件；在BIM‑FILM中为装配式钢桥构件添加动画效果，并进行施工安装动画模拟；依据模拟结果对项目图纸和施工参数进行修正。本发明利用BIM技术的三维信息模型形式和强大的信息整合能力，实现了大跨度装配式公路钢桥的设计建造，具有提高项目生产效率、保证工程质量、缩短工期、降低建造成本的重要作用，同时利用施工动画指导施工，极大减少了返工和整改、质量和安全问题。

Description

一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程BIM（Building Information Modeling）技术领域，特别是基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法。

背景技术

装配式建筑是用预制部品部件在工地装配而成的建筑。装配式建筑具有节约资源能源、减少施工污染、生产效率高和质量安全水平高等优点，近年来得到快速发展。

桥梁特殊的结构形式使得装配式技术能够完美的融入其中，而作为重要的公共交通建筑之一，钢结构是其重要的发展方向。装配式钢结构桥梁具备承载能力大、结构刚性强、疲劳寿命长、施工成本低的特点，同时与混凝土桥梁相比具有结构简单、构件轻巧、运输便捷、安装快速等优点，并能根据工程设计要求组合形成不同跨度、类型和用途的桥梁，在国内外的国防建设、抢险救灾、军事运输等领域发挥着非常重要的作用，并得到广泛应用。

但是，由于预制构件种类较多，装配式钢结构桥梁在制作、安装过程中容易发生混乱，从而导致一系列的工期、成本、质量等问题。针对上述问题，新型建筑工业化大力推广的建筑信息模型（BIM）技术提供了良好的解决方案。利用BIM技术的可视化、协调性、模拟性、优化性等优点，构建装配式钢构桥三维信息模型，并制作施工模拟动画，以解决预制构件在制作、施工安装过程中出现的问题。

现有的主流BIM软件如Revit、Bentley、Tekla等软件具有建模功能，但使用Revit、Bentley、Tekla等软件建模速度慢，时间成本高。3D Max具有建模和动画模拟功能，但对硬件要求较高，使用上述方法会产生较大的成本。

因此，本发明基于Rhino、CATIA、Revit以及BIM-FILM完成装配式钢结构桥梁的模型创建与施工动画模拟。本方法具有两个要点：（1）使用Rhino的Grasshopper插件，直观排列调用命令，形成便于后期修改调整模型的逻辑链条；（2）使用Revit与Twinmotion作为转换软件将Rhino模型精确地转换为可用BIM-FILM打开的.fbx文件。

发明内容

本发明提供一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法。该方法包含桥梁模型和施工动画两项内容，从而实现桥梁模型的参数化建模，实现施工的动画指导，在缩短建模、施工时间，降低成本的同时提高工程质量，提升工程建设效率。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法，包括以下步骤：步骤1：图纸准备，对相关图纸的三视图进行提取；步骤2：利用Rhino软件的拉伸功能完成钢构桥基本构件模型的创建；步骤3：利用CATIA软件完成细部构件模型的创建；步骤4：将创建的基本构件模型、细部构件模型导入到Revit中形成一个完整的桥梁模型；步骤5：利用Twinmotion插件将完整的桥梁Revit模型输出为.fbx文件；步骤6：在BIM-FILM软件中导入步骤5生成的.fbx文件，从而进行桥梁模拟施工动画的制作；步骤7：利用BIM-FILM软件生成桥梁的安装施工动画。

上述方案中，利用Rhino软件的拉伸功能完成钢构桥基本构件模型的过程为：利用Rhino软件完成钢构桥上弦杆、下弦杆、弦杆连接板、三角腹杆、横梁、桥面板、路缘、栏杆构件的创建并组装。

上述方案中，利用CATIA软件完成细部构件模型的创建主要是利用CATIA软件完成螺栓、螺母、销钉的创建并导入到Rhino中组装。

上述方案中，将第一步创建的基本构件模型、细部构件模型导入到Revit的过程为：第一步：在Rhino中绘制出桥梁的一个单元并保存为默认格式；打开Revit，新建一个项目并使用默认构造样板；选择插入面板中的导入CAD命令，选择文件类型为Rhino文件，将先前保存的文件导入；在Revit中复制导入的单元并不断拼接使之形成一个完整的桥梁模型；第二步：安装Twinmotion 2020插件，该插件可将Revit结构模型转化为可用BIM-FILM打开的.fbx文件；第三步：使用Twinmotion 2020功能插件导出.fbx文件；点击“导出”功能命令按钮后弹出“Twinmotion导出器”对话框；在该对话框内，“导出”设置为“导出可见项”、“纹理”设置为“集合到保存文件”、“合并”设置为“无”、“网格”设置为“Revit常规模型”，同时勾选“导出植被”、“包含链接文档”，取消勾选“排除MEP族”，“忽略小于（米）的物体”设置为“0”，完成后导出.fbx文件。

上述方案中，在BIM-FILM软件中导入步骤5生成的.fbx文件，进行桥梁模拟施工动画的制作过程为：第一步：打开BIM-FILM软件，完成桥梁施工场景布置；第二步：在BIM-FILM中导入权利要求4最后导出的.fbx文件，其中“合并”选择“保留层次结构”，勾选“Z轴朝上”，“单位转换”填写“0.3048”，完成制作施工动画的准备工作；第三步：将下弦杆、三角腹杆、横梁、上弦杆、桥面板、路缘、栏杆视作一个单元，并为该单元内的构件依次添加显隐动画与位移动画，重复2-3个单元；第四步：对该钢结构桥梁剩余单元内的基本构件进行组合，使其形成一个整体，并依次为剩余单元添加显隐动画与位移动画；第五步：由于该装配式钢桥每个单元通过螺栓进行连接，因此，对钢板添加显隐与位移动画，对螺栓添加显隐、位移与旋转动画；第六步：为该模型从不同的视角添加相机动画，并进行初次播放调试，没有问题后进行视频动画的导出；第七步：在“成果输出”对“质量”、“音频”以及“帧率”进行设置，完成后点击“录像”，将其保存在对应的文件夹下，至此完成施工动画的制作。

本发明的有益效果：本发明基于BIM技术创建装配式钢构桥的预制构件以及整个桥梁的三维信息模型，确保桥梁构件的参数信息在全过程中能够及时准确地传递，有效降低了构件的误差率，同时利用施工模拟动画指导实际施工，极大程度上减少了返工和整改、质量和安全问题，有效缩短了工期，取得了较好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明基于BIM的装配式钢桥三维模型结构图。

图3为本发明基于BIM的装配式钢桥三维模型主视图。

图4为本发明基于BIM的装配式钢桥三维模型中螺栓、螺母位置示意图。

图5为本发明基于BIM的装配式钢桥三维模型中销钉结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清晰明确，以下结合某工程实例，对本发明做进一步说明。

一种装配式钢构桥BIM模型，如图1~5所示，结构构件包括：上弦杆1、下弦杆2、弦杆连接板3、三角腹杆4、横梁5、桥面板6、路缘7、栏杆8、螺栓9、螺母10、销钉11.

该工程实例提供了精确的CAD图纸，在Rhino中可以直接根据图示拉伸而不需要输入具体尺寸，因此与Revit相比，使用Rhino建模具有更方便快捷的优点。具体步骤如下：

第一步：在Rhino软件上建立钢结构桥梁模型，具体流程如下：

（1）准备工作：在CAD图纸中提取桥梁的平面、立面、剖面图，首先选取同一个基准点，将它们导入Rhino中，调整角度使三者互相垂直。

（2）Rhino拉伸建模：基本构件有上弦杆、下弦杆、弦杆连接板、三角腹杆、横梁、桥面板、路缘、栏杆。以绘制下弦杆为例，选取下弦杆剖面轮廓线，使用Grasshopper插件修改、删除线段，保证线段连接为一条封闭的曲线。挤出这条封闭的平面曲线至下弦杆平面视图边缘，即可形成一个实体。挤出下弦杆上的螺栓孔洞轮廓线，形成一根根圆柱实体，运用布尔运算使下弦杆切去圆柱实体，即形成孔洞。使用类似方法，依次绘制其他构件，直至桥梁的一个单元基本完成。

（3）CATIA细部构件建模：对于螺栓、螺母、销钉，可导入CATIA进行细部建模。对于销钉，选取三角腹杆连接件并导出，保存为.stp格式。打开CATIA，将保存的文件拖入，定义工作对象为多重曲面，即开始绘制销钉。选取销钉伸出平面，进入草图设计模式，根据销钉尺寸在此平面上绘制一个圆并进行约束，接着退出草图进入实体设计模式，选择凸台命令，将草图轮廓拉伸特定尺寸，进行倒角操作后即形成一个逼真的销钉。仍然使用.stp格式将细化过的连接件导出CATIA，导入Rhino并替换先前连接件。对于螺栓、螺母，直接在CATIA中建模，使用.stp格式导入Rhino，调整位置，使之与整体连接。

第二步：将第一步创建的模型导入Revit。在Rhino中绘制出桥梁的一个单元并保存为默认格式。打开Revit，新建一个项目并使用默认构造样板。选择插入面板中的导入CAD命令，选择文件类型为Rhino文件，将先前保存的文件导入。在Revit中复制导入的单元并不断拼接使之形成一个完整的桥梁模型。

第三步：安装Twinmotion 2020插件，该插件可将Revit结构模型转化为可用BIM-FILM打开的.fbx文件；

第四步：使用Twinmotion 2020功能插件导出.fbx文件。点击“导出”功能命令按钮后弹出“Twinmotion导出器”对话框；在该对话框内，“导出”设置为“导出可见项”、“纹理”设置为“集合到保存文件”、“合并”设置为“无”、“网格”设置为“Revit常规模型”，同时勾选“导出植被”、“包含链接文档”，取消勾选“排除MEP族”，“忽略小于（米）的物体”设置为“0”，完成后导出.fbx文件；

第五步：打开BIM-FILM软件，完成桥梁施工场景布置；

第六步：在BIM-FILM中导入权利要求2中导出的.fbx文件，其中“合并”选择“保留层次结构”，勾选“Z轴朝上”，“单位转换”填写“0.3048”，完成制作施工动画的准备工作；

第七步：将下弦杆、三角腹杆、横梁、上弦杆、桥面板、路缘、栏杆等钢结构桥梁基本构件视作一个单元，并为该单元内的构件依次添加显隐动画与位移动画，重复2-3个单元；

第八步：对该钢结构桥梁剩余单元内的基本构件进行组合，使其形成一个整体，并依次为剩余单元添加显隐动画与位移动画；

第九步：由于该装配式钢桥每个单元通过螺栓进行连接，因此，对钢板添加显隐与位移动画，对螺栓添加显隐、位移与旋转动画；

第十步：为该模型从不同的视角添加相机动画，并进行初次播放调试，没有问题后进行视频动画的导出；

第十一步：在“成果输出”对“质量”、“音频”以及“帧率”进行设置，完成后点击“录像”，将其保存在对应的文件夹下，至此完成施工动画的制作。

本发明制作参数化模型与安装施工动画所需时间成本少，硬件要求低，发明成果有效提高了装配式钢结构桥梁的工作效率，减少了质量、安全等问题，避免返工，缩短了工期，取得了良好的经济效益与社会效益，有利于促进桥梁工程建设实现“高标准、高效率、高质量、零误差”的精细化项目管理目标。

Claims (5)

1.一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法，包括以下步骤：

步骤1：图纸准备，对相关图纸的三视图进行提取；

步骤2：利用Rhino软件的拉伸功能完成钢构桥基本构件模型的创建；

步骤3：利用CATIA软件完成细部构件模型的创建；

步骤4：将创建的基本构件模型、细部构件模型导入到Revit中形成一个完整的桥梁模型；

步骤5：利用Twinmotion插件将完整的桥梁Revit模型输出为.fbx文件；

步骤6：在BIM-FILM软件中导入步骤5生成的.fbx文件，从而进行桥梁模拟施工动画的制作；

步骤7：利用BIM-FILM软件生成桥梁的安装施工动画。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法，其特征在于，利用Rhino软件的拉伸功能完成钢构桥基本构件模型的过程为：利用Rhino软件完成钢构桥上弦杆、下弦杆、弦杆连接板、三角腹杆、横梁、桥面板、路缘、栏杆构件的创建并组装。

3.根据权利要求1所述的一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法，其特征在于，利用CATIA软件完成细部构件模型的创建主要是利用CATIA软件完成螺栓、螺母、销钉的创建并导入到Rhino中组装。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法，其特征在于，将第一步创建的基本构件模型、细部构件模型导入到Revit的过程为：

第一步：在Rhino中绘制出桥梁的一个单元并保存为默认格式；打开Revit，新建一个项目并使用默认构造样板；选择插入面板中的导入CAD命令，选择文件类型为Rhino文件，将先前保存的文件导入；在Revit中复制导入的单元并不断拼接使之形成一个完整的桥梁模型；

第二步：安装Twinmotion 2020插件，该插件可将Revit结构模型转化为可用BIM-FILM打开的.fbx文件；

第三步：使用Twinmotion 2020功能插件导出.fbx文件；点击“导出”功能命令按钮后弹出“Twinmotion导出器”对话框；在该对话框内， “导出”设置为“导出可见项”、“纹理”设置为“集合到保存文件”、“合并”设置为“无”、“网格”设置为“Revit常规模型”，同时勾选“导出植被”、“包含链接文档”，取消勾选“排除MEP族”，“忽略小于（米）的物体”设置为“0”，完成后导出.fbx文件。

5.根据权利要求4所述的一种基于BIM的装配式钢桥三维模型施工方法，其特征在于，在BIM-FILM软件中导入步骤5生成的.fbx文件，进行桥梁模拟施工动画的制作过程为：

第一步：打开BIM-FILM软件，完成桥梁施工场景布置；

第二步：在BIM-FILM中导入权利要求4最后导出的.fbx文件，其中“合并”选择“保留层次结构”，勾选“Z轴朝上”，“单位转换”填写“0.3048”，完成制作施工动画的准备工作；

第三步：将下弦杆、三角腹杆、横梁、上弦杆、桥面板、路缘、栏杆视作一个单元，并为该单元内的构件依次添加显隐动画与位移动画，重复2-3个单元；

第四步：对该钢结构桥梁剩余单元内的基本构件进行组合，使其形成一个整体，并依次为剩余单元添加显隐动画与位移动画；

第五步：由于该装配式钢桥每个单元通过螺栓进行连接，因此，对钢板添加显隐与位移动画，对螺栓添加显隐、位移与旋转动画；

第六步：为该模型从不同的视角添加相机动画，并进行初次播放调试，没有问题后进行视频动画的导出；

第七步：在“成果输出”对“质量”、“音频”以及“帧率”进行设置，完成后点击“录像”，将其保存在对应的文件夹下，至此完成施工动画的制作。

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