CN113779663A - 基于bim的地铁车站围护结构三维建模方法、系统和介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法、系统和介质，属于地铁车站围护结构建模技术领域。基于现有地铁围护结构构建需依赖CAD，同时构建模型复杂，构建效率低等问题，本发明利用Revit软件二次开发技术，构建地铁车站围护结构快速建模插件，以及地铁车站围护参数输入界面，在建模时不再依赖于CAD，通过手动设置参数和调用族实现地铁车站围护结构BIM模型的建立，适用于地铁车站围护结构BIM模型的建立，提高BIM建模效率，降低BIM建模难度，满足BIM应用需要。

Description

基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法、系统和介质

技术领域

本发明属于地铁车站围护结构建模技术领域，更具体地说，涉及一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法、系统和介质。

背景技术

BIM技术(Building Information Modeling建筑信息模型)，是在计算机辅助设计等基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特性和功能特性信息数字化承载和可视化表达的一种技术。近两年，越来越多的城市轨道交通工程项目开始应用BIM技术，但现阶段BIM技术应用还是以施工单位为主，由施工单位建模到BIM应用，在BIM技术应用过程中，存在着BIM建模周期长，建模质量无法保证，导致BIM应用存在较大的问题。

在城市轨道交通工程中，地铁车站围护结构作为最为重要的临时结构，是地铁车站施工安全的保证，BIM技术的应用能够有效提升地铁围护结构的施工质量和管理效率。而BIM模型作为BIM技术应用的基础，如何快速精确的建立地铁围护结构BIM模型是BIM应用的关键。

目前，城市轨道交通领域中，主流的BIM建模软件有Revit、Catia、Bentley，由于Revit软件具有采购成本低、软件使用门槛低等优势，使Revit成为应用最广泛的BIM建模软件。

但在城市轨道交通工程项目BIM应用中，Revit软件建模以族库为基础，以面向对象的构件设计理念，对当前从事城市轨道交通工程施工的项目人员来讲，还是有较高的学习门槛。此外，利用Revit建立铁路工程构件BIM族模型，在Revit中进行模型构件的排布，完成模型建立的方法，建模时，需要手动设置构件BIM族在空间中的摆放位置和相关参数，重复工作量巨大，致使利用Revit建立地铁围护结构BIM模型时，存在着建模效率低、模型不精确、建模门槛高和建模质量差等缺点，一般来说，预计一个地铁车站围护结构模型需要六天完成。

通过在知网、国家知识产权局网站进行查询，存在类似的方案公开。如华东交通大学龙飞宇编写的《基于Revit的地铁车站围护结构快速建模方法研究》毕业论文、中铁电气化局设计研究院发表的《基于Revit的地铁围护桩自动生成算法研究》和中铁第四勘察设计院集团有限公司发表的《地铁车站围护结构BIM模型的建立方法、装置及存储介质》专利，

关于论文：基于Revit的地铁车站围护结构快速建模方法研究，该论文主要包含了Revit二次开发简介、地铁车站围护结构建模、地下连续墙钢筋生成算法和支撑钢筋建模及功能面板创建等内容，其中与本发明接近的是“地铁车站围护结构建模”章节。该章节主要涉及了地下连续墙、冠梁、钢筋混凝土支撑梁、格构柱创建，其中地下连续墙、冠梁通过识别CAD图纸实现建模。该方法能够快速准确、自动建立地铁车站围护结构BIM模型，建模效率较现有利用Revit软件建模的方法有很大的提高。但该方法是基于CAD识别来实现，经调研，目前地铁施工图交付边施工边交付，以纸质版居多，且制图标准不统一，而该方法对CAD图层的要求较高，在建模前对CAD的处理工作量较大。

再看论文：基于Revit的地铁围护桩自动生成算法研究，该论文分析了地铁围护桩分布规律，利用C#语言，通过识别CAD底图以及软件交互界面获得桩定位线和布置参数，计算得到桩中心点坐标，实现地铁围护桩的自动生成。通过测试分析，运用该算法自动生成的地铁围护桩能够满足工程要求。但该方法存在与前述论文一样的缺点，且该方法仅是通过识别CAD图层实现对地铁车站围护桩快速布置，对CAD图层要求相对较高，且不涵盖地下连续墙、冠梁、支撑等结构的建模，无法完整的建立地铁车站围护结构BIM模型。

最后看专利申请：地铁车站围护结构BIM模型的建立方法、装置及存储介质可得，该专利是利用现有较为成熟的Dynamo中的节点实现了地铁围护结构相关族的调用，实现快速建模，该方案利用Dynamo编程实现地下车站围护结构的自动创建、步骤和参数化驱动，通过自动化构建提高BIM建模效率，但模型构建仍较为复杂，在地铁车站围护结构建模时难度高，实用性较低。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

基于上述现状分析，本发明提供了一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法、系统和介质，利用Revit软件二次开发技术，研发地铁车站围护结构快速建模插件，在建模时不再依赖于CAD，通过手动设置参数和调用族实现地铁车站围护结构BIM模型的建立，适用于地铁车站围护结构BIM模型的建立，提高BIM建模效率，降低BIM建模难度，满足BIM应用需要。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，通过研发一种快速建模的插件，并根据相关规则，实现参数化族的调用实现。

具体的，本发明建模方法利用Revit平台参数化族的功能建立地铁围护结构参数化族；通过Revit平台的API接口在Revit平台开发地铁车站围护结构快速建模插件；根据快速建模插件调用Revit平台建立的地铁围护结构参数化族，并根据规则实现地铁围护结构的快速建模。

更进一步的，包括以下步骤：

步骤1：构建地铁车站围护快速建模插件；

步骤2：创建标高和轴网；输入标高名称和标高数值，调用Revit平台的系统标高族按规则快速生产标高视图；创建轴网时，先定义横向X轴、纵向Y轴和建模基点，然后输入轴网表达式创建横向与纵向的轴网模型；

步骤3：设置地铁车站围护结构族，设置各结构族参数，；所述围护结构族库包括地连墙结构族、钢支撑结构族、砼支撑结构族和冠梁结构族；地连墙结构族参数包括地连墙类型、底部标高、顶部标高、起点位置和终点位置，砼支撑参数包括布置参数、起始位置、起始轴参考和起始轴偏移；

步骤4：通过构建的快速建模插件调用Revit平台建立的地铁围护结构参数化族，实现地铁围护结构的自动布置和快速建模。

更进一步的，绘制轴网时轴网表达式为数量*间距+数量*间距，各个轴网序列以“+”号连接。

更进一步的，冠梁结构族创建规则是将地连墙的底部设置为连墙顶部，并且地连墙外侧与冠梁外侧对齐，构建冠梁结构时，设置完标高后系统会自动计算地连墙的轮廓，找到地连墙的外边，自动创建冠梁模型，如构建的冠梁不完整，则通过参数输入，补充遗漏的冠梁。

更进一步的，砼支撑结构模型构建时根据设置的砼支撑起点位置和间距参数，确定冠梁位置，进而计算砼支撑长度，创建砼支撑、转角砼支和砼系梁。

更进一步的，转角砼支撑为端头角点处的斜撑，转角砼构建时设置起始位置和偏移即自动计算方向。

更进一步的，钢支撑构建前需先构建钢围檩模型，然后构建标准段钢支撑模型和转角钢支撑模型。

更进一步的，所述钢围檩通过地连墙结构族自动生成，创建钢围檩时保证地连墙相对完整闭合。

一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模系统，使用所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，所述系统包括建模单元，建模单元设有用于与快速建模插件连接的API接口，所述建模单元通过API接口连接快速建模插件后调用插件数据。

一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被执行时，实现所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法。

本发明与传统的基于Revit平台的通过CAD地图拾取的建模方法不同，本发明所述建模方法通过构建快速建模插件，基于快速建模插件通过定义和参数化族数值的调用，结合相关规则实现地铁车站围护结构的快速建模，本发明建模方法不再需要基于CAD图纸再通过手动的画线条和面就能实现，灵活性强，建模效率高，适合广泛应用。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明在Revit平台上研发了地铁车站围护结构建模界面，在操作上有导向性，便于理解，建模人员只需要具备识图能力就能完成地铁主体围护结构BIM模型的快速建立，降低BIM建模和BIM技术应用的门槛。

(2)本发明在Revit平台上，研发了地铁主体结构轴网、标高、围护结构族设置和地下连续墙、冠梁、砼支撑、钢支撑、格构柱等建模功能，通过简单设置参数可实现构件几何信息来快速驱动相应构件发生参数化，实现快速的参数化建模，较以往建模方法大大缩短了建模时间。

(3)本发明根据地铁围护结构二维图纸和施工工艺建立大量的参数化地铁主体围护结构族库，并将族库内置于系统安装包内，并在系统内分类进行设置，便于调取，有助于BIM模型质量的提升。

(4)本发明基于Revit平台研发了地铁车站围护结构三维快速建模插件和本发明的总结的建模方法，在插件中内置了地铁车站围护结构BIM族库，通过研发的插件相关功能，进行参数的设置，即可实现地铁车站围护结构BIM模型的建立。

(5)传统的建模方法对坐标点的设置关注较少，因此在后期与BIM管理平台的交互时，存在模型定位不准等问题，运用本发明很好的解决这个问题，通过轴网、标高和参数设置，实现模型准确定位。

(6)相较于传统的手动修改模型几何信息，运用本发明方法，可以自动计算出模型的几何信息，并批量修改录入，实现精准建模。施工信息也可通过后台定义算法实现自动批量录入。

(7)本发明通过Revit软件提供的SDK，在Revit上开发符合地铁围护建模需要的插件，通过调用地铁围护结构族库的方式，替代建模过程中复杂的重复性操作，从而提供符合当前项目人员习惯的操作界面，最终提高BIM模型的建模效率和建模精度，满足基于BIM的项目管理需要，可以解决当前项目上无法提供BIM模型的发展瓶颈问题。

附图说明

图1为本发明地铁车站围护结构的快速建模的界面示意图；

图2为本发明地铁车站围护结构快速建模插件构建流程示意图；

图3(a)为本发明标高创建界面示意图；

图3(b)为本发明轴网创建界面示意图；

图4为本发明横向与纵向的轴网模型快速创建示意图；

图5为本发明围护结构支撑设置界面示意图；

图6为本发明地连墙参数设置界面示意图；

图7为本发明地连墙施工BIM模型创建示意图；

图8为本发明砼支撑参数设置界面示意图；

图9为本发明砼支撑BIM模型创建示意图；

图10为本发明转角砼支撑参数设置界面示意图；

图11为本发明转角砼支撑模型创建示意图；

图12(a)为本发明创建的钢围檩模型示意图；

图12(b)为本发明创建的标准段钢支撑模型示意图；

图12(c)为本发明创建的转角钢支撑模型示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

本实施例首选公开一种基于BIM的地铁车站围护结构三维快速建模系统，所述系统包括建模单元，所述建模单元设有用于与快速建模插件连接的API接口，所述建模单元通过API接口连接快速建模插件后调用插件数据，如图1界面所示，实现地铁车站围护结构的三维快速建模。

所述一种基于BIM的地铁车站围护结构三维快速建模方法，首先利用Revit参数化族的功能，根据地铁围护结构专业BIM应用需求，建立地铁围护结构参数化族；然后利用Revit软件开放的API接口，在Revit软件基础上开发地铁围护结构快速建模插件；最后利用开发的快速建模插件调用Revit建立的地铁围护结构参数化族，并快速自动布置，实现地铁围护结构的快速建模。

本发明基于BIM模型实现，通过在Revit软件基础上开发快速建模插件，建模时直接通过API接口直接调用快速建模插件中的模型数据信息，与传统基于Revit软件建模方法不同，本实施例公开一种插件，实现了参数化族的调用，按照一定的建模规则，可以快速的实现自动布置，保证建模准确性的前提下提高建模效率，易于操作，适合广泛应用。

如图2所示，基于Revit软件的基础开发地铁车站围护结构快速建模插件包括以下步骤：

步骤1：创建标高和绘制轴网

标高和轴网的设置，便于在构建地铁车站围护结构时对立面、剖面和平面视图进行定位和标识，标高和轴网关系密切，通过标高和轴网之间的间隔空间为依据，创建墙、钢、冠梁等模型结构。

一般来说，先创建标高，再创建轴网，以实现在立剖面视图中，创建的轴线标头位于顶层标高线之上；轴线与所有标高线相交，且基于围护结构平面视图中的轴网全部显示。

通过添加和删除的方式进行标高名称和标高高程数值的录入，自动调用Revit平台的系统标高族，从而快速完成标高的创建。

标高的创建如图3(a)所示，在Revit软件列表中输入一系列标高名称，以及与其对应的标高高程，创建标高实现自动创建或修改项目的标高。在创建标高时可对标高数据添加或删除，实现项目标高的自由设置。

轴网是由建筑轴线组成的网，是人为地在建筑图纸中为了标示构件的详细尺寸，按照一般的习惯标准虚设的，标注在对称界面或截面构件的中心线上。通过轴网的创建与编辑学习，可以更加精确地设计与放置建筑物构件。轴网的创建如图3(b)所示，地铁车站围护结构在平面表达上定义为X轴和Y轴两个方向进行建模，轴网创建通过定义横向X轴、纵向Y轴和建模基点，通过输入轴网表达式，快速创建横向与纵向的轴网模型，本实施例可指定轴网系统的左下角基点。

在本实施例中，轴网表达式为：数量*间距+数量*间距，各个轴网序列以“+”号连接，形成完整的轴网表达式，当数量为1时可将数量省略，数量和间距的取值根据地铁站的不同自定义。如图3(b)所示，本实施例的轴网表达式为：4000mm+5*5000mm+4000mm，并自动为轴网编号，创建相应的尺寸标注。图4所示为本实施例地铁车站围护结构快速建模插件创建横向与纵向轴网模型示意图，图4构建的轴网模型横向轴线数据为4000mm+5*4000mm+4000mm，纵向轴线数据为4*3000mm。

步骤2：设置地铁车站围护结构族，设置各结构族参数

如图5和图6所示，在地铁车站围护快速建模插件中构建地连墙结构、支撑结构和冠梁等地铁车站围护结构族，如图5所示，支撑结构包括砼支撑和钢支撑，构建时在系统安装路径下设置对应结构族文件夹，在系统设置界面设置支撑参数，支撑参数包括支撑类型、系梁类型、转角支撑类型、支撑标高、支撑偏移、角撑类型、角撑边长和角撑厚度等，实现快速、批量设置砼支撑、砼系梁、转角支撑的类型、标高和长度等参数。

模型构建时如有围护结构的三轴搅拌桩等其它族需要构建，同样快速建模插件进行其他族的参数定义。本实施例所述建模方法对地铁围护结构的种类和数量没有限制，可根据需要自定义。

图6所示为地连墙参数设置界面，所述地连墙参数包括地连墙类型、底部标高、顶部标高、起点位置和终点位置等，底部标高和顶部标高的参数包括标高信息以及偏移数据，起点位置和终点位置参数包括X轴参照、X轴偏移、Y轴参照和Y轴偏移。地连墙参数设置还包括X轴和Y轴的分幅参数，通过输入X轴和Y轴的分幅参数，实现地连墙施工BIM模型的创建。图6所示的X轴和Y轴的分幅参数均为6000+6000+6000+6000，表示地连墙的副段长度在X和Y轴均为6000mm。图7所示为通过设置图5所示的起点位置和终点位置实现的地铁车站地连墙快速建模模型平面视图。

地铁车站围护模型中冠梁结构族创建规则是将地连墙的顶部设置为冠梁底部，并且地连墙外侧与冠梁外侧对齐，实现快速输入。构建冠梁结构时，设置完标高后直接点击“沿地连墙布置”按钮，系统会自动计算地连墙的轮廓，找到地连墙的外边，自动创建冠梁模型。如构建的冠梁不完整，则通过参数输入，补充遗漏的冠梁。

图8所示为砼支撑参数设置界面，砼支撑参数包括布置参数、起始位置、起始轴参考和起始轴偏移。如图9所示砼支撑BIM模型构建示意图，根据设置的砼支撑起点位置和间距参数，系统自动找到冠梁位置，自动计算砼支撑长度，批量创建砼支撑、转角砼支和砼系梁。

图10所示为转角砼支撑设置界面，转角砼支撑参数包括第一根距离、支撑间距、支撑数量、起始位置、X轴参数、X轴偏移、Y轴参数和Y轴偏移。转角砼支撑为端头角点处的斜撑，由于斜撑需识别到转角的位置，并自动计算其方向，因此需设置起始位置，起始位置只需在角部冠梁交点一定范围内即可，如图11所示，第一X轴与Y轴中的E轴的交点靠近角点，因此只需设置起始点为第一X轴与Y轴中的E轴，且偏移为0即可。

图12(a)所示为创建钢围檩模型示意图，图12(b)为创建的标准段钢支撑模型示意图，图12(c)所示为转角钢支撑模型示意图。构建钢支撑前需构建钢围檩模型，钢围檩与冠梁类似，在创建地连墙是设定钢围檩模型布设规则，在创建地连墙时会自动生成。。

步骤3：生成地铁车站围护结构BIM模型

通过Revit软件开放的API接口，在Revit软件基础上开发地铁围护结构快速建模插件。在快速建模插件的围护结构族及各模块参数设置完成后，通过构建的快速建模插件调用Revit建立的地铁围护结构参数化族，并快速自动布置，实现地铁围护结构的快速建模。

本发明基于Revit平台研发了地铁车站围护结构三维快速建模插件和本发明的总结的建模方法，在插件中内置了地铁车站围护结构BIM族库，通过研发的插件相关功能，进行参数的设置，实现地铁车站围护结构BIM模型的建立。通过Revit软件提供的SDK，在Revit上开发符合地铁围护建模需要的插件，通过调用地铁围护结构族库的方式，替代建模过程中复杂的重复性操作，提供符合项目人员习惯的操作界面，提高BIM模型的建模效率和建模精度，满足基于BIM的项目管理需要，可以解决当前项目上无法提供BIM模型的发展瓶颈问题。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，其特征在于，利用Revit平台参数化族的功能建立地铁围护结构参数化族；通过Revit平台的API接口在Revit平台开发地铁车站围护结构快速建模插件；根据快速建模插件调用Revit平台建立的地铁围护结构参数化族，并根据规则实现地铁围护结构的快速建模。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建地铁车站围护快速建模插件；

步骤2：创建标高和轴网；输入标高名称和标高数值，调用Revit平台的系统标高族按规则快速生产标高视图；创建轴网时，先定义横向X轴、纵向Y轴和建模基点，然后输入轴网表达式创建横向与纵向的轴网模型；

步骤3：设置地铁车站围护结构族，设置各结构族参数，；所述围护结构族库包括地连墙结构族、钢支撑结构族、砼支撑结构族和冠梁结构族；地连墙结构族参数包括地连墙类型、底部标高、顶部标高、起点位置和终点位置，砼支撑参数包括布置参数、起始位置、起始轴参考和起始轴偏移；

步骤4：通过构建的快速建模插件调用Revit平台建立的地铁围护结构参数化族，实现地铁围护结构的自动布置和快速建模。

3.根据权利要求2所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，其特征在于，绘制轴网时轴网表达式为数量*间距+数量*间距，各个轴网序列以“+”号连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，其特征在于，冠梁结构族创建规则是将地连墙的底部设置为连墙顶部，并且地连墙外侧与冠梁外侧对齐，构建冠梁结构时，设置完标高后系统会自动计算地连墙的轮廓，找到地连墙的外边，自动创建冠梁模型，如构建的冠梁不完整，则通过参数输入，补充遗漏的冠梁。

5.根据权利要求4所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，其特征在于，砼支撑结构模型构建时根据设置的砼支撑起点位置和间距参数，确定冠梁位置，进而计算砼支撑长度，创建砼支撑、转角砼支和砼系梁。

6.根据权利要求5所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，其特征在于，转角砼支撑为端头角点处的斜撑，转角砼构建时设置起始位置和偏移即自动计算方向。

7.根据权利要求2所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，其特征在于，钢支撑构建前需先构建钢围檩模型，然后构建标准段钢支撑模型和转角钢支撑模型。

8.根据权利要求7所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，其特征在于，所述钢围檩通过地连墙结构族自动生成，创建钢围檩时保证地连墙相对完整闭合。

9.一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模系统，其特征在于，使用如权利要求1-8任意一项所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法，所述系统包括建模单元，建模单元设有用于与快速建模插件连接的API接口，所述建模单元通过API接口连接快速建模插件后调用插件数据。

10.一种存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被执行时，实现权利要求1-8任意一项所述的一种基于BIM的地铁车站围护结构三维建模方法。

Images