CN113326545B - 面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义bim建模系统及方法 - Google Patents

面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义bim建模系统及方法 Download PDF

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CN113326545B CN202110560678.5A CN202110560678A CN113326545B CN 113326545 B CN113326545 B CN 113326545B CN 202110560678 A CN202110560678 A CN 202110560678A CN 113326545 B CN113326545 B CN 113326545B
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Abstract

本发明公开了一种面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统及方法，包括如下步骤：步骤一、获取路线设计参数，通过多线段表示桥梁平曲线、竖曲线、横断面；步骤二、获得桥梁编号、名称、幅类型、各幅跨数，生成桥、幅、区各层节点；步骤三、根据逐跨桥跨结构，生成部位、部件、构件、单构件各层节点；步骤四、逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点。本发明通过最小化的参数配置对四类典型梁桥进行轻量BIM模型构建，利于历史资料缺失桥梁建模，克服了现有BIM模型过于复杂，用于结构健康检测时数据冗余，查询复杂的问题。

Description

面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统及方法
技术领域
本发明属于桥梁检测领域，尤其是涉及一种面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统及方法。
背景技术
随着我国公路建设的长期发展，作为公路咽喉的桥梁，截至2019年末，已达87.83万座、60634公里，总长度可以绕行地球1周半，时间推移，桥梁的数量会越来越多，桥梁服役时间将不断增长。同时由于经济迅速发展，交通量不断增加及车辆轴重不断加大，导致桥梁的病害日趋严重且正常使用年限不断缩短，严重地威胁着行车、行人的安全。及时掌握桥梁的实际工作状况，是确保桥梁健康与安全运行的重要工作。
作为掌握桥梁工作状况的桥梁管理系统经过不断迭代发展，已经在各个桥梁管理方面积累了大量经验，其中自2020年10月1日起施行的《公路桥梁管理系统技术规程》在桥梁检查与评定、养护辅助决策、日常养护、养护工程等方面的信息化内容进行了总结，并要示数据输出为相应数据表格。然而，桥梁是一种空间结构物，数据表格难以直观、有效地反映问题所在，目前，桥梁检测工程师们在评定报告中采用各种二维CAD示意图增加数据的可视化。
另一方面，BIM思想以三维模型为载体，以信息为灵魂，不仅为我们解决当前在桥梁管理中面临的问题提供了办法，还为桥梁管理的未来提供了思路。但由于设计、施工中的BIM模型相当复杂，如果全盘引入、包罗万象地考虑各个方面的细节，并不利于抓住影响桥梁安全运行的主要因素；同时，在公路桥梁中，最常用的桥跨结构为梁式结构，最常用的截面形式有T型梁、箱型梁(小箱梁、等截面箱梁)、板式等，这为我们简化模型提供了可能；而且，部分历史桥梁的资料不完整，无法获取足够的设计参数，也需要一种通过精简的参数配置就可以快速对桥梁进行三维建模的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统及方法，本发明通过最小化的参数配置对四类典型梁桥进行轻量BIM模型构建，利于历史资料缺失桥梁建模，克服了现有BIM模型过于复杂，用于结构健康检测时数据冗余，查询复杂的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统，所述建模系统将桥梁的机构分成不同级的单元模型，通过不同级的单元模型的直接拼接得到需要建造的桥梁模型。
进一步的改进，包括桥型输出单元、幅型输出单元、区型输出单元、部位输出单元、部件输出单元、构件输出单元、子构件输出单元、几何体输出单元、信息输入单元、模型结构存储单元和查询单元；
所述信息输入单元用于输入需要构造的桥梁的信息；
桥型输出单元用于根据需要构造桥梁模型的桥梁类型、桥梁平曲线数据、竖曲线数据和横断面数据构造处出需要构造桥梁模型的基本桥梁模型；
所述幅型输出单元用于根据需要构造桥梁模型上幅的数量、各幅跨数和各类型，在基本桥梁模型上构造处各幅的构造，得到幅级桥梁模型；
所述区型输出单元用于根据各幅包括的跨数、跨的类型、墩台数在幅级桥梁模型上构造跨和墩台得到区级桥梁模型；每幅包括若干区；区包括跨和墩台；
所述部位输出单元用于根据各区的结构，在各区包含的部位类型在区级桥梁模型上构造部位，得到部位级桥梁模型；
所述部件输出单元用于根据各部位包含的部件，在部位级桥梁模型上构造部件，得到部件级桥梁模型；
所述构件输出单元用于根据各部件包含的构件，在部件级桥梁模型上构造对应的部件；
所述子构件输出单元用于根据各部件的面的形状和位置在部件级桥梁模型上输入子构件得到子构件级桥梁模型；
所述几何体输出单元用于根据构件上病害的形状和种类，在子构件级桥梁模型或部件级桥梁模型上构造病害级桥梁模型；
所述信息输入单元用于输入构造桥梁模型时的桥梁参数，所述模型结构存储单元用于存储各层级的现有桥梁的模块结构；
查询单元用于根据输入的位置信息展示构建的桥梁模型的对应位置及病害信息或对点击的桥梁模型的对应位置进行放大或缩小并显示对应参数信息及病害信息。
进一步的改进，所述病害信息包括病害空间坐标，几何形态，信息列表，纹理图像，证据图像，病害所在的部构件语义描述，以及长、宽、面积、空间坐标、几何形态和评分等级中的任意组合；所述桥梁模型包括T型梁桥梁、箱型梁桥梁和板式桥梁。
一种面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模方法，包括如下步骤：
步骤一、获取路线设计参数，通过多线段表示桥梁平曲线、竖曲线、横断面；
步骤二、获得桥梁编号、名称、幅类型、各幅跨数，生成桥、幅、区各层节点；
步骤三、根据逐跨桥跨结构，生成部位、部件、构件、单构件各层节点；
步骤四、逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点。
进一步的改进，所述步骤一中，路线设计参数包括桥梁平曲线数据、桥梁竖曲线数据、桥梁横断面数据、桥梁的桩的数量和桩的位置。
进一步的改进，所述步骤二包括如下步骤：
首先根据桥梁编号、名称、幅类型先输出桥梁属性节点即桥梁的编号、名称、类型；然后在桥梁属性节点下，根据幅编码、幅下跨数，输出各幅节点，相应幅节点下，根据幅下跨数，在各幅下输出各区节点。
进一步的改进，所述步骤三包括如下步骤：在跨区节点下，根据桥跨结构，获得主梁、支座、桥面铺装、护栏、人行道型式，输出各类部位节点，然后根据各部位的部位-部件组成关系，输出各类部件节点，在各部件节点下，根据部件-构件组成关系，输出各类构件类型节点。
进一步的改进，所述步骤四包括如下步骤：逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点。
附图说明
图1LwSBIM的组织结构；
图2LwSBIM的组织结构的版本；
图3LwSBIM方向方位定义；
图4LwSBIM中的构件局部坐标系；
图5几何体面顶点输出规则；
图6 T梁参数图；
图7小箱梁参数图；
图8空心板参数图；
图9盖梁参数图；
图10典型构件局部坐标系及几何体面；
图11构件局部平面图展开规则；
图12编码规则；
图13模型拆分、组合及取用规则；
图14LwSBIM文件格式；
图15LwSBIM生成装置模块组成。
具体实施方式
本发明的LwSBIM模型是面向全桥的带有地理信息的轻量精细BIM模型，用于对各类型检测手段(APP，机器人，人工报告数字化)获取的病害信息进行组织、管理、可视化、统计分析和报告输出，模型按“桥→幅→区→部位→部件→构件→子构件→几何体”的组织来构建，如图1所示；模型支持“语义←→几何非几何属性”的双向检索，首先，用户输入类似“左幅第3跨第2片梁的左侧腹板上的病害”的查询语句，可获取病害空间坐标，几何形态，信息列表，纹理图像，证据图像等多源病害信息表达形式；其次，用户通过图形界面交互式点选病害的3D位置或2D位置(如纹理图像上的像素位置)，获取该病害所在的部构件语义描述，以及长、宽、面积、空间坐标、几何形态、评分等级等几何及非几何的属性信息。
上述LwSBIM生成方法包括步骤：
(1)LwSBIM的组织结构：
①LwSBIM的组织结构如图2所示，是精细到子构件的多层次模型结构，分为完整版与简化版两个层次；
②完整版结构是按现行公路桥梁检测规范列出所有构件，分为必要部构件和非必要部构件两类；
③简化版结构是必要部构件的集合，采用精细构建形式，需要编码至几何体面；
④完整版中的非3建，体现部构件位置和方向即可，需要编码至构件层次；
⑤简化版结构随着不同桥型的加入和精细化程度的提高，具体构件类别会有所变化；
⑥完整版和简化版遵循同一套编码规则，便于后续简化版的扩充。
(2)LwSBIM的方向方位
为了桥梁构件编号的需要，根据现行桥梁检测规则，LwSBIM的方向方位定义如图3所示：
①针对桥而言，小桩号向大桩号方向为路线方向，无桩号桥按现场情况指定虚拟桩号；
②针对幅而言，双幅桥梁的路线方向左侧为路线左幅桥，路线方向右侧为路线右幅桥，单幅桥按路线右幅桥定义；
③针对区(跨、墩台)而言，车行方向的左侧定义为区的车行内侧，车行方向的右侧定义为区的车行外侧，车行内侧至车行外侧为横向，车行方向为纵向。
(3)LwSBIM的构件局部坐标系的定义：
LwSBIM的构件局部坐标系定义如图4所示：
①定义一个只跟车行方向相关，对所有构件均适用的构件局部坐标系，原点位于构件的重心位置，左手系；
②X轴正方向定义为车行方向中的车尾到车头的方向，即纵向，沿纵向方向，P表示前侧，Q表示后侧；
③Y轴正方向定义为车行方向中的车行内侧到车行外侧的方向，即横向，沿横向方向，N表示外侧，M表示内侧；
④Z轴正方向定义为由地到天的方向，即竖向，沿竖向方向，S表示底侧，R表示顶侧；
⑤a面定义为纵向垂直面，即面法向与X轴重合或夹角＜45°的面，典型的a面如横隔板的大小桩号面，盖梁的大小桩号面；
⑥b面定义为横向垂直面，即面法向与Y轴重合或夹角＜45°的面，典型的b面如腹板面，马蹄正面，盖梁的内外侧正面；
⑦c面定义为竖向垂直面，即面法向与Z轴重合或夹角＜45°的面，典型的c面如桥面顶面，翼板面，底板面，马蹄底面，盖梁底面，湿接缝底面，铰缝底面；
⑧d面定义为纵向斜面，即沿X轴旋转某个角度(≥45°)后的面，典型的d面如马蹄斜面，盖梁内外侧斜面；
⑨构件中的几何体面顶点输出规则定义如图5所示，为：
1)针对四边形：四个顶点，首先按X坐标进行排序，如果X坐标一致，则按Y坐标排序，如果Y坐标一致，则按Z坐标排序；
2)针对多边形：获取多边形的外包矩形，获取四个顶点后，参考上面的四边形顶点输出规则。
(4)LwSBIM中的典型构件局部坐标系及几何体面定义
定义如图10所示，定义构建的局部坐标系有助于病害的语义描述，并提供相同构件可复制的处理流程，几何体面用于描述病害的具体定位。
(5)LwSBIM中的典型构件最小参数化配置：
典型T型梁如图6所示，输入Wu(中梁顶宽)、H(梁高)、L(梁体长)、dw(边梁中梁顶宽差)、wb(底宽)、w1(翼板宽1)、w2(翼板宽2)、w3(腹板厚)、w4(翼板宽4)、h1(翼板边厚)、h2(翼板中厚)、h3(马蹄上部高)、h4(马蹄下部高)、Ls(跨径)、l1(支座中心线到截面1长度)、l2(截面1到截面2长度)、l3(中间截面长度)、grade(梁顶横坡)、横隔板间隔、横隔板距梁底高等参数，可建立T梁构件模型；
典型小箱梁如图7所示，输入W(中梁顶宽)、H(梁高)、Ls(跨径)、L(梁体长)、wb(底宽)、w1(转角宽)、dw(边梁中梁顶宽差)、h1(翼板边厚)、h2(翼板中厚)、rib_slope(腹板坡比)、grade(梁顶横坡)等参数；
典型空心板如图8所示，输入H(梁高)、Ls(跨径)、L(梁体长)、wb(底宽)、w1、w2(顶部倒角宽)、h1(梁底高1)、h2(梁铰缝上高)、h3(顶部倒角高)、h_toe(梁铰缝底高)、w_toe(梁铰缝底宽)、wc(边缘翼板宽)、hc(边缘翼板内高)、h4(边缘翼板外高)、grade(梁顶横坡)等参数；
典型等截面箱梁，输入W(梁顶宽)、H(梁高)、Ls(跨径)、L(梁体长)、wb(底宽)、w1(翼板宽)、w2(腹板宽)、h1(翼板外高)、h2(翼板内高)、h3(腹板高)、grade(梁顶横坡)等参数；
典型盖梁如图9所示，输入thick(梁厚)、W(梁宽)、w1(悬挑宽)、h1(悬挑倒角高)、h2(悬挑上高)、h_ear(挡块高)、thick_ear(挡块宽)、grade(梁顶横坡)、w2(挡块至边缘距离)等参数；
典型长方体(如系梁、方墩柱)，输入长、宽、高等参数；
典型圆柱体(如圆墩柱、桩基)，输入半径、高等参数；
1典型桥面铺装、护栏、人行道，输入route_design(路线设计线对象)、W(宽度)、H(高)、dr(沿路线方向偏距)、du(沿竖直方向偏距)、stake0(起始桩号)、stake1(结束桩号)、step(分段步长)、grade(横坡)等参数；
(6)LwSBIM中的典型构件关联关系：桥面与主梁相关，桥面、护栏、主梁相关，主梁、湿接缝、铰缝、横隔板相关，盖梁与主梁相关，支座与主梁相关，盖梁与支座相关，立柱与盖梁相关，系梁与立柱相关，桩基与立柱相关；
(7)LwSBIM中的构件局部平面图展开规则
定义如图11所示，包含如下规则内容：
①平面图展开是针对构件项(MemberItem)和空间中的连续构件项集合而言，只针对可视面进行展开，其目的是将三维目标展开成二维平面目标，同时保留三维空间中的尺寸信息、语义信息(车行方向，车行内外侧属性，几何体面ID)及几何拓扑结构(部分空间连接性，对称性)；
②针对具有多个不共面几何体的构件，需要找到合适的投影平面进行平面展开；共面或单面的几何体构件也需要找到合适的投影面进行单平面投影；
③根据构件项中几何面的不同方向，投影平面分为沿X方向平面展开，沿Y方向平面展开，沿XY方向平面展开，绕Z轴柱面展开等若干种；
④构件局部平面展开类似于“拆盒子”，保留构件局部平面坐标系原点，将空间三维平面投影至二维平面；
⑤常见构件的局部平面展开图如左所示，其他构件参考本规则展开。
(8)LwSBIM的编码规则
如图12所示，按模型组织层次取“幅、区、部位、部件、构件、几何体”分组：
①幅类型编码，占1位，采用大写字母形式，有L，R，X三种编码，L表示左幅，R表示右幅，X表示为单幅桥，幅类型的定义请参见“方向方位定义”；
②区编码，占4位，
1)前一位采用大写字母形式，表示区类型编码，A～D表示跨区，X表示墩台区，A～D由上部承重构件中的主梁类型来决定，其中A表示T梁，B表示小箱梁，C表示空心板，D表示等截面箱梁；
2)后三位采用数字形式，表示区序号编码，其中跨区间序号从001开始计数，墩台区间序号从000开始计数；
③部位类型编码，占1位，采用大写字母形式，以跨为例，桥面系为A，上部结构为B，后续部位待扩展；
④部件类型编号，占1位，采用大写字母形式，以下部结构为例，桥墩为A，桥台为B，墩台基础为C，翼墙耳墙为D，锥坡护坡为E；
⑤构件编码，占5位
1)前一位采用大写字母形式，表示构件类型编码，以上部一般构件为例，湿接缝为A，铰缝为B，横隔板为C；
2)后四位采用数字形式，表示构件序号编码，其中前两位表示横向序号编码，后两位表示纵向序号编码，均从01开始计数，如横隔板编号为0102，则表示横隔板是横向01号纵向02号，若构件无横向和纵向编号，则采用0101形式，表示该构件为单一构件，横向和纵向的定义规则请参见“方向方位定义”。
⑥几何体编码，占3位
1)第1位采用大写字母形式，表示几何体所归属的子构件类型，其中A表示翼子构件，B表示腹子构件，C表示底子构件，X表示不区分子构件；
2)第2位采用大写字母形式，表示几何体方位编码，其中M表示内侧，N表示外侧，Q表示后侧，P表示前侧，S表示底侧，R表示顶侧，内外前后顶底的定义参见“构件局部坐标系”；
3)第3位采用小写字母形式，表示几何体类型编码，其中a表示纵向垂直面，b表示横向垂直面，c表示竖向垂直面，d表示竖向斜面，其它类型待扩展，a～d类面的定义参见“构件局部坐标系”。
(9)LwSBIM的模型拆分、组合及取用规则
如图13所示：
①拆分规则：按部构件编码规则对LwSBIM模型进行单跨和单墩台的拆分，通过区块形式表达，如LA001区表示左幅第一跨的模型，包含当前跨的桥面系和上部结构的所有部构件，LX000区表示左幅第一墩台的模型，包含当前墩台的下部结构所有部构件；
②组合规则：跨和墩台模型以区块的形式组成单跨模型，并保持全局坐标系不变，如LX000区+LA001区+LX001区就构成了单跨完整模型，包含了桥面系、上部结构和下部结构的所有部构件；
③取用规则：不同检测系统可以根据以上拆分和组合规则从LwSBIM模型中获取所需的部构件分区模型，如BIR-X可以基于LA001区开展上部结构部构件的病害检测流程，APP可以基于LX000+LA001+LX001的组合模型开展桥面系、上部结构和下部结构部构件的病害检测流程；
④局部LwSBIM(LoLwSBIM)：以构件或构件组为对象的LwSBIM模型，具备自己独立的构件或构件组坐标系，如BIRX中的上部结构构件模型，APP中的单跨构件模型；
⑤完整LwSBIM(FuLwSBIM)：以桥为对象的LwSBIM模型，包含上部结构，桥面系，下部结构等部位。
(10)LwSBIM的文件格式
如图14所示：
①第1层为桥，具有幅类型数的属性，取1或2，取1表示单幅桥，取2表示双幅桥；
②第2层为幅，具有跨数的属性，跨数由外部信息输入，如上23跨，则表示下一层一共23跨+24墩台＝47个区；
③第3层为区，具有部位类型数的属性，部位类型数为固定值，根据“LwSBIM编码规则”确定；
④第4层为部位，具有部件类型数的属性，部件类型数为固定值，根据“LwSBIM编码规则”确定；
⑤第5层为部件，具有构件类型数的属性，构件类型数为固定值，根据“LwSBIM编码规则”确定；
⑥第6层为构件，具有横向个数和竖向个数的属性，个数由外部信息输入；
⑦第7层为单构件，具有几何体面个数的属性，几何体面个数为固定值，根据“LwSBIM编码规则”确定；
⑧第8层为几何体面，具有顶点个数的属性，顶点个数为固定值，根据“LwSBIM编码规则”确定；
⑨第9层为顶点坐标和顶点连接顺序，参考Wavefrontobj格式中的顶点和面的格式形式来构建。
(11)LwSBIM的语义描述规则：
语义描述规则用于在构件编码与有工程意义的构件名称之间建立映射，部分示例如下：
Figure BDA0003078839000000121
实施例1
本实施例为构建上述的应用，采用如图15所示步骤建立LwSBIM模型json文件：
(1)典型T梁桥的实施方式
S101：获取路线设计参数，通过多线段近似表示桥梁平曲线、竖曲线、横断面；
录入桥梁平曲线数据，第一行录入桩号数，在下一行录入单个桩号的相关信息(桩号,x,y)，若有多个桩号，则换行进行录入，保存为.xy文件。
录入竖曲线数据，第一行录入高程数，在下一行录入单个高程点的相关信息(桩号,高程)，若有多个高程点，则换行进行录入，保存为.elevation文件。
录入横断面数据，第一行录入顶点数，在下一行录入单个顶点的相关信息(距中距离，距中高差)，若有多个顶点，则换行进行录入，保存为.grade文件。
S102：获得桥梁编号、名称、幅类型、各幅跨数，生成桥、幅、区各层节点：
本步骤中，首先根据桥梁编号、名称、幅类型先输出第1层桥梁属性节点，如{"type":"Bridge","code":"xxx","name":"xxx大桥","params":[1],"children":[...]}；
其次，在桥梁属性节点下，根据幅编码、幅下跨数，输出第2层幅节点，如{"type":"Side","code":"R","params":[1],"children":[...],"ref":"右幅"}；
然后，在相应幅节点下，根据幅下跨数，输出第3层区节点，如{"type":"Area","code":"RA001","params":[2],"children":[...],"ref":"T梁"}；
S103：根据逐跨桥跨结构，生成部位、部件、构件、单构件各层节点：
在跨区节点下，根据桥跨结构，获得主梁、支座、桥面铺装、护栏、人行道型式，输出第4层各类部位节点，如{"type":"Region","code":"RA001B","params":[1],"children":[...],"ref":"上部结构"}；
在部位节点下，根据部位-部件组成关系，输出第5层各类部件节点，如{"type":"Component","code":"RA001BA","params":[1],"children":[...],"ref":"上部承重构件"}；在部件节点下，根据部件-构件组成关系，输出第6层各类构件类型节点，如{"type":"Member","code":"RA001BAA","params":[1],"children":[...],"ref":"主梁"}；
根据路线平曲线、竖曲线、横断面线性内插路线指定桩号点p＝(x,y,z)T，沿路线大桩方向前进△值点p2＝(x2,y2,z2)T，计算构件沿路线前进方向
Figure BDA0003078839000000131
通过与竖向向量u＝(0,0,1)T叉乘，得到横向向量r＝v×u，再次应用u＝r×v；在构件节点下，根据构件位置关系，通过平移运算，循环计算各个具体构件全局到局部转换矩阵matGlobal2Local，输出第7层各个具体构件节点，如{"type":"MemberItem","code":"RA001BAA0101","params":[5],"children":[...],"ref":"R1T梁","coordinateSystem":"Local","matGlobal2Local":[[[1,0,0,0],[0,-1,0,0],[0,0,1,0],[0,0,0,1]]],"scale":[1,1,1],"shape":{...}}；
其中shape为构件模型信息，通过Wu、H、L、dw、wb、w1、w2、w3、w4、h1、h2、h3、h4、Ls、l1、l2、l3、grade、横隔板间隔、横隔板距梁底高等参数，得到"shape":{{"type":"Custom","center":[0,0,0],"obj":{"v":[[0.0,3.15,0.0],...],"vn":[[-1.0,0.0,0.0],...],"vt":[[0,0],...],"face":[[[1,0,0],[2,1,0],[3,2,0]],...]}}}
S104：逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点：
在单构件节点下，根据MemberItem几何体面组成，以及几何体面与二维平面展开图像转换关系，输出第8层为几何体面及第9层为顶点坐标和顶点连接顺序。如{"type":"GeometryPrimitive","code":"RA001BAA0101AMc","vertexCount":4,"obj":{"v":[[0.0,-5.875,3.87],[0.0,-3.15,3.3],[180.0,-5.875,3.87],[180.0,-3.15,3.3]],"vn":[[0.0,-0.2047431,-0.9788157]],"vt":[[0,0],[1,0],[1,1],[0,1]],"face":[[[0,0,0],[2,1,0],[3,2,0],[1,3,0]]]}}。
(2)典型小箱梁桥的实施方式
典型小箱梁桥实施步骤与典型T梁桥一致，输出上为小箱梁相关内容，与典型T梁主要区别在编码第2位上,由“A”变为“B”。
S101：获取路线设计参数，通过短线段拟合桥梁平曲线、竖曲线、横断面；
本节实施步骤及内容与典型T梁一致。
S102：获得桥梁编号、名称、幅类型、各幅跨数，生成桥、幅、区各层节点：
本步骤中，首先根据桥梁编号、名称、幅类型先输出第1层桥梁属性节点，如{"type":"Bridge","code":"xxx","name":"xxx大桥","params":[1],"children":[...]}；
其次，在桥梁属性节点下，根据幅编码、幅下跨数，输出第2层幅节点，如{"type":"Side","code":"R","params":[1],"children":[...],"ref":"右幅"}；
然后，在相应幅节点下，根据幅下跨数，输出第3层区节点，如{"type":"Area","code":"RB001","params":[2],"children":[...],"ref":"小箱梁"}；
S103：根据逐跨桥跨结构，生成部位、部件、构件、单构件各层节点：
在跨区节点下，根据桥跨结构，获得主梁、支座、桥面铺装、护栏、人行道型式，输出第4层各类部位节点，如{"type":"Region","code":"RB001B","params":[1],"children":[...],"ref":"上部结构"}；
在部位节点下，根据部位-部件组成关系，输出第5层各类部件节点，如{"type":"Component","code":"RB001BA","params":[1],"children":[...],"ref":"上部承重构件"}；
在部件节点下，根据部件-构件组成关系，输出第6层各类构件类型节点，如{"type":"Member","code":"RB001BAA","params":[1],"children":[...],"ref":"主梁"}；
本节计算过程见“典型T梁实施例”，输出第7层各个具体构件节点，如{"type":"MemberItem","code":"RB001BAA0101","params":[5],"children":[...],"ref":"R1T梁","coordinateSystem":"Local","matGlobal2Local":[[[1,0,0,0],[0,-1,0,0],[0,0,1,0],[0,0,0,1]]],"scale":[1,1,1],"shape":{...}}；
其中shape为构件模型信息，通过W、H、Ls、L、wb、w1、dw、h1、h2、rib_slope、grade等参数，得到"shape":{{"type":"Custom","center":[0,0,0],"obj":{"v":[[0.0,3.15,0.0],...],"vn":[[-1.0,0.0,0.0],...],"vt":[[0,0],...],"face":[[[1,0,0],[2,1,0],[3,2,0]],...]}}}
S104：逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点：
在单构件节点下，根据MemberItem几何体面组成，以及几何体面与二维平面展开图像转换关系，输出第8层为几何体面及第9层为顶点坐标和顶点连接顺序。如{"type":"GeometryPrimitive","code":"RB001BAA0101AMc","vertexCount":4,"obj":{"v":[[0.0,-5.875,3.87],[0.0,-3.15,3.3],[180.0,-5.875,3.87],[180.0,-3.15,3.3]],"vn":[[0.0,-0.2047431,-0.9788157]],"vt":[[0,0],[1,0],[1,1],[0,1]],"face":[[[0,0,0],[2,1,0],[3,2,0],[1,3,0]]]}}。
实施例2
典型空心板桥的实施方式
典型空心板桥实施步骤与典型T梁桥一致，输出上为空心板桥相关内容，与典型T梁主要区别在编码第2位上,由“A”变为“C”。
S101：获取路线设计参数，通过短线段拟合桥梁平曲线、竖曲线、横断面；
本节实施步骤及内容与典型T梁一致。
S102：获得桥梁编号、名称、幅类型、各幅跨数，生成桥、幅、区各层节点：
本步骤中，首先根据桥梁编号、名称、幅类型先输出第1层桥梁属性节点，如{"type":"Bridge","code":"xxx","name":"xxx大桥","params":[1],"children":[...]}；
其次，在桥梁属性节点下，根据幅编码、幅下跨数，输出第2层幅节点，如{"type":"Side","code":"R","params":[1],"children":[...],"ref":"右幅"}；
然后，在相应幅节点下，根据幅下跨数，输出第3层区节点，如{"type":"Area","code":"RC001","params":[2],"children":[...],"ref":"空心板"}；
S103：根据逐跨桥跨结构，生成部位、部件、构件、单构件各层节点：
在跨区节点下，根据桥跨结构，获得主梁、支座、桥面铺装、护栏、人行道型式，输出第4层各类部位节点，如{"type":"Region","code":"RC001B","params":[1],"children":[...],"ref":"上部结构"}；
在部位节点下，根据部位-部件组成关系，输出第5层各类部件节点，如{"type":"Component","code":"RC001BA","params":[1],"children":[...],"ref":"上部承重构件"}；
在部件节点下，根据部件-构件组成关系，输出第6层各类构件类型节点，如{"type":"Member","code":"RC001BAA","params":[1],"children":[...],"ref":"主梁"}；
本节计算过程见“典型T梁实施例”，输出第7层各个具体构件节点，如{"type":"MemberItem","code":"RC001BAA0101","params":[5],"children":[...],"ref":"R1T梁","coordinateSystem":"Local","matGlobal2Local":[[[1,0,0,0],[0,-1,0,0],[0,0,1,0],[0,0,0,1]]],"scale":[1,1,1],"shape":{...}}；
其中shape为构件模型信息，通过H、Ls、L、wb、w1、w2、h1、h2、h3、h_toe、w_toe、wc、hc、h4、grade等参数，得到"shape":{{"type":"Custom","center":[0,0,0],"obj":{"v":[[0.0,3.15,0.0],...],"vn":[[-1.0,0.0,0.0],...],"vt":[[0,0],...],"face":[[[1,0,0],[2,1,0],[3,2,0]],...]}}}
S104：逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点：
在单构件节点下，根据MemberItem几何体面组成，以及几何体面与二维平面展开图像转换关系，输出第8层为几何体面及第9层为顶点坐标和顶点连接顺序。如{"type":"GeometryPrimitive","code":"RC001BAA0101AMc","vertexCount":4,"obj":{"v":[[0.0,-5.875,3.87],[0.0,-3.15,3.3],[180.0,-5.875,3.87],[180.0,-3.15,3.3]],"vn":[[0.0,-0.2047431,-0.9788157]],"vt":[[0,0],[1,0],[1,1],[0,1]],"face":[[[0,0,0],[2,1,0],[3,2,0],[1,3,0]]]}}。
(4)典型等截面箱梁桥的实施方式
典型等截面箱梁桥实施步骤与典型T梁桥一致，输出上为典型等截面箱梁相关内容，与典型T梁主要区别在编码第2位上,由“A”变为“D”。
S101：获取路线设计参数，通过短线段拟合桥梁平曲线、竖曲线、横断面；
本节实施步骤及内容与典型T梁一致。
S102：获得桥梁编号、名称、幅类型、各幅跨数，生成桥、幅、区各层节点：
本步骤中，首先根据桥梁编号、名称、幅类型先输出第1层桥梁属性节点，如{"type":"Bridge","code":"xxx","name":"xxx大桥","params":[1],"children":[...]}；
其次，在桥梁属性节点下，根据幅编码、幅下跨数，输出第2层幅节点，如{"type":"Side","code":"R","params":[1],"children":[...],"ref":"右幅"}；
然后，在相应幅节点下，根据幅下跨数，输出第3层区节点，如{"type":"Area","code":"RD001","params":[2],"children":[...],"ref":"等截面箱梁"}；
S103：根据逐跨桥跨结构，生成部位、部件、构件、单构件各层节点：
在跨区节点下，根据桥跨结构，获得主梁、支座、桥面铺装、护栏、人行道型式，输出第4层各类部位节点，如{"type":"Region","code":"RD001B","params":[1],"children":[...],"ref":"上部结构"}；
在部位节点下，根据部位-部件组成关系，输出第5层各类部件节点，如{"type":"Component","code":"RD001BA","params":[1],"children":[...],"ref":"上部承重构件"}；
在部件节点下，根据部件-构件组成关系，输出第6层各类构件类型节点，如{"type":"Member","code":"RD001BAA","params":[1],"children":[...],"ref":"主梁"}；
本节计算过程见“典型T梁实施例”，输出第7层各个具体构件节点，如{"type":"MemberItem","code":"RD001BAA0101","params":[5],"children":[...],"ref":"R1大箱梁","coordinateSystem":"Local","matGlobal2Local":[[[1,0,0,0],[0,-1,0,0],[0,0,1,0],[0,0,0,1]]],"scale":[1,1,1],"shape":{...}}；
其中shape为构件模型信息，通过W、H、Ls、L、wb、w1、w2、h1、h2、h3、grade等参数，得到"shape":{{"type":"Custom","center":[0,0,0],"obj":{"v":[[0.0,3.15,0.0],...],"vn":[[-1.0,0.0,0.0],...],"vt":[[0,0],...],"face":[[[1,0,0],[2,1,0],[3,2,0]],...]}}}
S104：逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点：
在单构件节点下，根据MemberItem几何体面组成，以及几何体面与二维平面展开图像转换关系，输出第8层为几何体面及第9层为顶点坐标和顶点连接顺序。如等截面箱梁{"type":"GeometryPrimitive","code":"RD001BAA0101AMc","vertexCount":4,"obj":{"v":[[0.0,-5.875,3.87],[0.0,-3.15,3.3],[180.0,-5.875,3.87],[180.0,-3.15,3.3]],"vn":[[0.0,-0.2047431,-0.9788157]],"vt":[[0,0],[1,0],[1,1],[0,1]],"face":[[[0,0,0],[2,1,0],[3,2,0],[1,3,0]]]}}。
经过上述过程，我们可以为4类典型梁桥生成json格式LwSBIM模型文件。
APP使用json格式LwSBIM模型文件，基于LX000+LA001+LX001的组合模型开展桥面系、上部结构和下部结构部构件的病害检测流程。
上述仅为本发明的一个具体导向实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明的保护范围的行为。

Claims (7)

1.一种面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统，其特征在于，所述建模系统将桥梁的机构分成不同级的单元模型，通过不同级的单元模型的直接拼接得到需要建造的桥梁模型；包括桥型输出单元、幅型输出单元、区型输出单元、部位输出单元、部件输出单元、构件输出单元、子构件输出单元、几何体输出单元、信息输入单元、模型结构存储单元和查询单元；
所述信息输入单元用于输入需要构造的桥梁的信息；
桥型输出单元用于根据需要构造桥梁模型的桥梁类型、桥梁平曲线数据、竖曲线数据和横断面数据构造处出需要构造桥梁模型的基本桥梁模型；
所述幅型输出单元用于根据需要构造桥梁模型上幅的数量、各幅跨数和各类型，在基本桥梁模型上构造处各幅的构造，得到幅级桥梁模型；
所述区型输出单元用于根据各幅包括的跨数、跨的类型、墩台数在幅级桥梁模型上构造跨和墩台得到区级桥梁模型；每幅包括若干区；区包括跨和墩台；
所述部位输出单元用于根据各区的结构，在各区包含的部位类型在区级桥梁模型上构造部位，得到部位级桥梁模型；
所述部件输出单元用于根据各部位包含的部件，在部位级桥梁模型上构造部件，得到部件级桥梁模型；
所述构件输出单元用于根据各部件包含的构件，在部件级桥梁模型上构造对应的部件；
所述子构件输出单元用于根据各部件的面的形状和位置在部件级桥梁模型上输入子构件得到子构件级桥梁模型；
所述几何体输出单元用于根据构件上病害的形状和种类，在子构件级桥梁模型或部件级桥梁模型上构造病害级桥梁模型；
所述信息输入单元用于输入构造桥梁模型时的桥梁参数，所述模型结构存储单元用于存储各层级的现有桥梁的模块结构；
查询单元用于根据输入的位置信息展示构建的桥梁模型的对应位置及病害信息或对点击的桥梁模型的对应位置进行放大或缩小并显示对应参数信息及病害信息。
2.如权利要求1所述的面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统，其特征在于，所述病害信息包括病害空间坐标，几何形态，信息列表，纹理图像，证据图像，病害所在的部构件语义描述，以及长、宽、面积、空间坐标、几何形态和评分等级中的任意组合；所述桥梁模型包括T型梁桥梁、箱型梁桥梁和板式桥梁。
3.一种面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模方法，其特征在于，使用权利要求1或2所述的面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模系统，具体包括如下步骤：
步骤一、获取路线设计参数，通过多线段表示桥梁平曲线、竖曲线、横断面；
步骤二、获得桥梁编号、名称、幅类型、各幅跨数，生成桥、幅、区各层节点；
步骤三、根据逐跨桥跨结构，生成部位、部件、构件、单构件各层节点；
步骤四、逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点。
4.如权利要求3所述的面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模方法，其特征在于，所述步骤一中，路线设计参数包括桥梁平曲线数据、桥梁竖曲线数据、桥梁横断面数据、桥梁的桩的数量和桩的位置。
5.如权利要求3所述的面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模方法，其特征在于，所述步骤二包括如下步骤：
首先根据桥梁编号、名称、幅类型先输出桥梁属性节点即桥梁的编号、名称、类型；然后在桥梁属性节点下，根据幅编码、幅下跨数，输出各幅节点，相应幅节点下，根据幅下跨数，在各幅下输出各区节点。
6.如权利要求5所述的面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模方法，其特征在于，所述步骤三包括如下步骤：在跨区节点下，根据桥跨结构，获得主梁、支座、桥面铺装、护栏、人行道型式，输出各类部位节点，然后根据各部位的部位-部件组成关系，输出各类部件节点，在各部件节点下，根据部件-构件组成关系，输出各类构件类型节点。
7.如权利要求6所述的面向典型梁桥结构健康检测的轻量语义BIM建模方法，其特征在于，所述步骤四包括如下步骤：逐单构件，按需根据构件规则生成几何体面、顶点坐标和顶点连接顺序各层节点。
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