CN114925425A - 一种参数化创建公路桥梁模型的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种参数化创建公路桥梁模型的方法，属于公路桥梁结构模型技术领域，基于计算机系统和Dynamo工具，制作参数化族，包括：划分族构件、选定族样板、制作轮廓族、制作构件族；提取模型构件的定位信息，提取模型构件的参数信息，整理汇总模型构件的定位信息与参数信息，形成格式规范并且可供Dynamo工具读取的输入数据表格；在Revit软件中运行Dynamo工具进行可视化编程，调用制作的参数化构件族，并读取整理汇总的输入数据表格，批量化调整构件族参数，快速准确地搭建公路桥梁的模型。本发明降低使用Dynamo工具建模的学习成本，快速准确地创建符合设计要求的各种斜交角度的公路预制箱梁桥模型。
Description
技术领域
本发明属于公路桥梁结构模型技术领域，具体涉及一种参数化创建公路桥梁模型的方法。
背景技术
准确地创建桥梁结构的三维信息化数字模型，是在公路建设项目中应用BIM(Building Information Modeling)技术的基础。但目前主流的BIM核心建模软件在公路建设领域的应用并不理想，有的欠缺针对桥梁BIM模型的建模工具，有的学习与使用成本较高。在现有的三大建模软件品牌中，Revit软件因其学习与使用成本相对较低而得到广泛应用。
为了使用Revit软件更加快速准确地创建公路桥梁模型，一般可采用两种方法：其一是运用Revit API进行软件功能的二次开发，其二是使用Dynamo工具进行可视化编程。相较而言，使用Dynamo工具进行模型创建是一种较易掌握的技术方案，但对于工程技术人员的数据处理及信息化编程能力仍具有一定的要求，且通常做法中进行可视化编程使用的节点较多，程序较为复杂。此外，在Revit软件中创建高度参数化的公路斜交小预制箱梁族，实现斜交角度的参数化变化也暂无实例可参考。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种参数化快速创建公路桥梁模型的方法，实现公路预制箱梁桥斜交角度的自由参变，降低使用Dynamo工具建模的学习成本，快速准确地创建桥梁模型。本发明所采用的技术方案如下：
一种参数化创建公路桥梁模型的方法，基于计算机系统和Dynamo工具，包括以下步骤：
S1，制作参数化族，包括：
S1-1，划分族构件：根据桥梁构件的功能与几何形状特征，将全部的桥梁构件划分为不同类型的族构件；
S1-2，选定族样板：根据族构件的几何特征与定位方式的不同，为不同类型的族构件选取对应的族样板用于制作族文件；
S1-3，制作轮廓族：添加尺寸标注参数控制参照平面的位置，通过将轮廓线与参照平面进行锁定的方式，实现族构件轮廓的几何尺寸的参数化；
S1-4，制作构件族：使用放样融合工具/空心放样融合工具将轮廓族导入，创建制作参数化构件族。
S2，提取模型构件的定位信息。
S3，提取模型构件的参数信息。
S4，整理汇总模型构件的定位信息与参数信息，形成格式规范并且可供Dynamo工具读取的输入数据表格。
S5，在Revit软件中运行Dynamo工具进行可视化编程，调用步骤S1制作的参数化构件族，并读取步骤S4整理汇总的输入数据表格，批量化调整构件族参数，快速准确地搭建公路桥梁的模型，包括：
使用Data.Import Excel方法，读取Excel文件中的输入数据存入对应数组中；调用上述数组中的定位信息放置构件族；使用Element.Set Parameter By Name方法，将已读取的实例参数数据赋值给已完成放置的构件族实例。赋值时必须将参数名与参数值设置为不同层级。
S6，重复步骤S5，可依次实现公路桥梁的下部结构、上部结构与桥面系各构件的快速创建。
本发明的有益效果：
本发明可以制作高度参数化的公路预制箱梁桥构件族，通过编写简单通用的Dynamo程序，降低使用Dynamo工具建模的学习成本，快速准确地创建符合设计要求的各种斜交角度的公路预制箱梁桥模型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。
图1为本发明实施例的流程图。
图2为本发明实施例提供的一个制作参数化族的流程图。
图3为本发明实施例提供的一个参数化斜交预制箱梁族模型的实例示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，为本发明实施例的流程图。一种参数化创建公路桥梁模型的方法，基于计算机系统和Dynamo工具，包括以下步骤：
S1，制作参数化族，如图2所示，为本发明实施例提供的一个制作参数化族的流程图。具体实施过程中，主要包括以下步骤：
S1-1，首先，划分族构件：根据桥梁构件的功能与几何形状特征，将全部的桥梁构件划分为不同类型的族构件，比如，将桥梁构件划分为下部结构族构件、上部结构族构件与桥面系族构件；进一步地，比如，桥梁下部结构族构件划分为桩基族、桩系梁族、承台族、桥墩墩柱族、桥墩盖梁族、桥台族和支座族等，桥梁上部结构族构件划分为预制箱梁族和湿接缝族等，桥面系族构件划分为桥面族和栏杆族等。
S1-2，选定族样板：根据族构件的几何特征与定位方式的不同，为不同类型的族构件选取对应的族样板用于制作族文件。
族构件划分完成之后，根据族构件的几何特征与定位方式的不同选取对应的族样板制作族文件。比如，桩基族通过桩底中心坐标与标高进行定位，使用常规模型族样板进行制作；预制箱梁族通过起、终点坐标与标高进行定位，使用结构框架族样板进行制作。
S1-3，制作轮廓族：添加尺寸标注参数控制参照平面的位置，通过将轮廓线与参照平面进行锁定的方式，实现族构件轮廓的几何尺寸的参数化；
以选定的族样板为蓝本，制作构件族。以下步骤中，具体以预制箱梁族模型为例，介绍制作预制箱梁族的轮廓族的方法。制作预制箱梁族的轮廓族模型时，分别制作预制箱梁横截面的外轮廓族与内轮廓族，以类型参数的形式添加尺寸标注参数控制参照平面的位置，再通过将轮廓线与参照平面进行锁定的方式，从而实现预制箱梁横截面外轮廓与内轮廓的几何尺寸的参数化。实现参数化的横截面尺寸包括：梁宽、梁高、顶板厚度、顶板横坡、腹板斜率、腹板厚度、底板厚度、左右翼板长度、翼板厚度、翼板加腋角尺寸等。
S1-4，制作构件族：使用Revit软件的建模工具放样融合工具/空心放样融合工具，将轮廓族导入，创建制作参数化构件族。
制作预制箱梁族的构件族模型时，将步骤S1-3制作的轮廓族导入构件族，使用放样融合工具创建预制箱梁外轮廓的三维实体，再使用空心放样融合工具创建预制箱梁内轮廓的开洞，制作预制箱梁族的构件族。制作构件族时，使用角度标注参数控制参照线与中心线的夹角，将放样融合/空心放样融合的放样路径与参照线对齐并绑定，再通过设置轮廓的水平偏移值，从而实现预制箱梁斜交角度的参数化。在构件族中，通过与导入的轮廓族参数链接的方式实现预制箱梁横截面内外轮廓几何尺寸的参数化，通过设置预制箱梁长度、变截面段长度和等截面段长度等参数实现预制箱梁纵向尺寸的参数化，通过设置材质类和文字类参数实现预制箱梁其他非几何信息的参数化。
在族参数定义时，应注意区分族类型参数与族实例参数。族类型参数主要用于区分不同的族类型，在族内进行编辑修改后，创建模型时直接调用对应族类型即可，族实例参数则可以针对各个构件族实例进行单独修改，创建模型时可编辑程序进行单独赋值。
S2，提取模型构件的定位信息，包括：
根据设计图纸给出的线路平面和线路纵断面数据，计算确定公路桥梁的设计中心线，并根据公路桥梁的布跨信息确定各墩台里程空间坐标；线路平面是指：线路中心线在水平面上的投影，线路纵断面是指：线路中心线在垂直面上的投影。
根据设计图纸给出的桩基、墩台、支座、主梁和桥面系的布置信息，结合构件族的定位特点，计算确定模型构件的定位点空间坐标。此处所获取的空间坐标数据将在创建模型时用于放置构件族实例。
S3，提取模型构件的参数信息，包括：
根据设计图纸确定桩基、墩台、支座、主梁和桥面系的构件所适用的参数化构件族，此处所获取的参数化族类型将在创建模型时用于调取对应的族来创建构件族实例。
从设计图纸中提取模型构件的几何参数与非几何参数，用于修改构件的参数值，包括：构件的尺寸、材质和编码等。此处所获取的参数值将在创建模型时用于赋值给构件族实例，实现对应几何信息与非几何信息的修改。
S4，整理汇总模型构件的定位信息与参数信息，形成格式规范并且可供Dynamo工具读取的输入数据表格。
整理汇总模型构件的定位信息与参数信息的方法包括：在Excel软件中使用VBA语言编写程序，快速整理汇总步骤S2和S3中提取的模型构件的定位信息与参数信息。
具体地，不同构件族应单独创建对应的工作簿，工作簿中的数据应包含族的定位坐标(X,Y,Z)值、族类型名称和族实例参数等，各项数据应按列排序，族参数的各列首行应为参数名，且参数名需要与族实例参数的定义严格一致。在此实例中，预制箱梁族的工作簿包含但不限于起点中心线坐标XYZ、终点中心线坐标XYZ、预制箱梁族类型、Z轴对正、横坡i、是否为左侧边梁、是否为右侧边梁、是否为大里程边跨、是否为小里程边跨、预制箱梁总长、材质和标记等共16列数据。
S5，在Revit软件中运行Dynamo工具进行可视化编程，调用步骤S1制作的参数化构件族，并读取步骤S4整理汇总的输入数据表格，批量化调整构件族参数，快速准确地搭建公路桥梁的模型。包括：
使用Data.ImportExcel方法，读取Excel文件中的输入数据存入对应数组中。如预制箱梁的起终点坐标等定位信息，以及构件族的类型名称、族对正方式、预制箱梁总长、是否为边梁等实例参数数据等。
调用上述数组中的定位信息(如预制箱梁的起终点坐标)放置构件族。如放置预制箱梁构件时，使用Structural Framing.Beam By Curve方法进行构件放置，其中通过GetLevel By Name节点确定构件放置的标高，通过Family Type.By Name节点选择对应的参数化构件族。在Dynamo工具中，Get Level By Name节点：根据其名称来获取标高平面，FamilyType.By Name节点：根据其名称来获取族类型。
使用Element.Set Parameter By Name方法，将已读取的实例参数数据赋值给已完成放置的构件族实例。此处需要特别指出，赋值时必须将参数名与参数值设置为不同层级，方可一次性实现多维数组的赋值，否则将无法成功赋值，造成程序错误，或需要增加程序节点，降低程序文件通用性。在Dynamo工具中，Data.Import Excel方法：将Excel中的数据导入到Dynamo中，Structural Framing.Beam By Curve方法：根据曲线放置一个沿该曲线的结构框架-梁族，Element.Set Parameter By Name方法：根据参数的名称设置元素(族实例)的参数值。
如图3所示，为本发明实施例提供的一个参数化斜交预制箱梁族模型的实例示意图。下面以桥梁斜交预制箱梁模型的创建为例，说明具体的实施步骤：
通过Data.Import Excel方法读取汇总表格对应工作簿中的数据，以多维数组的形式进行存储。
分别提取数组中的预制箱梁起点中心线坐标XYZ和终点中心线坐标XYZ，使用上述坐标在Dynamo中创建两组点，通过点创建每片预制箱梁的中心线，作为创建预制箱梁模型的定位线。
提取数组中的族类型名称数据，并通过Family Type.By Name方法获取以该族类型名称数据命名的构件族类型。
使用Structural Framing.Beam By Curve方法，将上述步骤创建的模型定位线和构件族，以及通过Get Level By Name方法指定的标高，作为输入数据，完成预制箱梁模型构件的放置。
单独提取数组中的族实例参数名称创建1维数组，作为输入值1。另外，分别提取数组中的族实例参数值，包括Z轴对正、横坡i、是否为左侧边梁、是否为右侧边梁、是否为大里程边跨、是否为小里程边跨、预制箱梁总长、材质和标记等，并创建参数值的多维数组，作为输入值2。
将输入值1和输入值2接入Element.Set Parameter By Name方法，将输入值1的数据层级设为L1，将输入值2的数据层级设为L2，即可一次性完成所有已创建预制箱梁模型的批量化参数赋值，完成预制箱梁模型的创建。
S6，重复步骤S5，可依次实现公路桥梁下部结构、上部结构与桥面系各构件的快速创建。
通过本发明的上述实施例的具体描述，可以看出，本发明相对现有技术具体以下优点：
(1)本发明提出的公路预制箱梁族制作方法，不仅可以实现预制箱梁梁宽、梁高、梁长、板厚等常规几何尺寸的参数化驱动，也可以实现预制箱梁斜交角度、腹板斜率的自由参变，还可以通过参数判断预制箱梁的横桥向位置，实现了高度参数化预制箱梁族的创建。(2)本发明提出的Dynamo工具程序编写方法，可通过20个节点以内的简单短小的程序，实现放置桥梁构件族并进行参数赋值的功能，明显减少使用Dynamo工具建模的学习成本，提高建模的效率。(3)本发明提出的建模方法对于参数的添加与修改具有通用性，可以根据项目需要自由增减参数，以便满足后续模型应用需求。
在两个英文单词之间加“.”，是Dynamo工具中节点命令的正确写法。
最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种参数化创建公路桥梁模型的方法，基于计算机系统和Dynamo工具，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制作参数化族，包括：
S1-1，划分族构件：根据桥梁构件的功能与几何形状特征，将全部的桥梁构件划分为不同类型的族构件；
S1-2，选定族样板：根据族构件的几何特征与定位方式的不同，为不同类型的族构件选取对应的族样板用于制作族文件；
S1-3，制作轮廓族：添加尺寸标注参数控制参照平面的位置，通过将轮廓线与参照平面进行锁定的方式，实现族构件轮廓的几何尺寸的参数化；
S1-4，制作构件族：使用放样融合工具/空心放样融合工具将轮廓族导入，创建制作参数化构件族；
S2，提取模型构件的定位信息；
S3，提取模型构件的参数信息；
S4，整理汇总模型构件的定位信息与参数信息，形成格式规范并且可供Dynamo工具读取的输入数据表格；
S5，在Revit软件中运行Dynamo工具进行可视化编程，调用步骤S1制作的参数化构件族，并读取步骤S4整理汇总的输入数据表格，批量化调整构件族参数，搭建公路桥梁的模型，包括：
使用Data.Import Excel方法，读取Excel文件中的输入数据存入对应数组中；调用上述数组中的定位信息放置构件族；使用Element.Set Parameter By Name方法，将已读取的实例参数数据赋值给已完成放置的构件族实例；赋值时将参数名与参数值设置为不同层级；
S6，重复步骤S5，依次实现公路桥梁的下部结构、上部结构与桥面系构件的创建。
2.根据权利要求1所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，步骤S1-1中，将桥梁构件划分为下部结构族构件、上部结构族构件与桥面系族构件；桥梁下部结构族构件划分为桩基族、桩系梁族、承台族、桥墩墩柱族、桥墩盖梁族、桥台族和支座族，桥梁上部结构族构件划分为预制箱梁族和湿接缝族，桥面系族构件划分为桥面族和栏杆族。
3.根据权利要求1所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，步骤S2中，根据设计图纸给出的路线平和纵曲线数据，计算确定公路桥梁的设计中心线，并根据公路桥梁的布跨信息确定各墩台里程空间坐标；根据设计图纸给出的桩基、墩台、支座、主梁和桥面系的布置信息，结合构件族的定位特点，计算确定模型构件的定位点空间坐标。
4.根据权利要求1所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，步骤S3中，根据设计图纸确定桩基、墩台、支座、主梁和桥面系的构件所适用的参数化构件族；从设计图纸中提取模型构件的几何参数与非几何参数，用于修改构件的参数值，包括：构件的尺寸、材质和编码。
5.根据权利要求1所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，步骤S4中，整理汇总模型构件的定位信息与参数信息的方法包括：在Excel软件中使用VBA语言编写程序，整理汇总步骤S2和S3中提取的模型构件的定位信息与参数信息。
6.根据权利要求1所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，不同构件族单独创建对应的工作簿，工作簿中的数据包含族的定位坐标(X,Y,Z)值、族类型名称和族实例参数，各项数据按列排序，族参数的各列首行为参数名，且参数名与族实例参数的定义严格一致。
7.根据权利要求1所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，制作预制箱梁族的轮廓族模型时，分别制作预制箱梁横截面的外轮廓族与内轮廓族，以类型参数的形式添加尺寸标注参数控制参照平面的位置，再通过将轮廓线与参照平面进行锁定的方式，从而实现预制箱梁横截面外轮廓与内轮廓的几何尺寸的参数化；实现参数化的横截面尺寸包括：梁宽、梁高、顶板厚度、顶板横坡、腹板斜率、腹板厚度、底板厚度、左右翼板长度、翼板厚度和翼板加腋角尺寸。
8.根据权利要求7所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，制作预制箱梁族的构件族模型时，将制作的轮廓族导入构件族，使用放样融合工具创建预制箱梁外轮廓的三维实体，再使用空心放样融合工具创建预制箱梁内轮廓的开洞，制作预制箱梁族的构件族。
9.根据权利要求8所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，制作构件族时，使用角度标注参数控制参照线与中心线的夹角，将放样融合/空心放样融合的放样路径与参照线对齐并绑定，再通过设置轮廓的水平偏移值，从而实现预制箱梁斜交角度的参数化；在构件族中，通过与导入的轮廓族参数链接的方式实现预制箱梁横截面内外轮廓几何尺寸的参数化，通过设置预制箱梁长度、变截面段长度和等截面段长度参数实现预制箱梁纵向尺寸的参数化，通过设置材质类和文字类参数实现预制箱梁其他非几何信息的参数化；
在族参数定义时，区分族类型参数与族实例参数，族类型参数用于区分不同的族类型，在族内进行编辑修改后，创建模型时直接调用对应族类型即可，族实例参数则针对各个构件族实例进行单独修改，创建模型时编辑程序进行单独赋值。
10.根据权利要求9所述的一种参数化创建公路桥梁模型的方法，其特征在于，预制箱梁族的工作簿包含：起点中心线坐标XYZ、终点中心线坐标XYZ、预制箱梁族类型、Z轴对正、横坡i、是否为左侧边梁、是否为右侧边梁、是否为大里程边跨、是否为小里程边跨、预制箱梁总长、材质和标记共16列数据；
通过Data.Import Excel方法读取汇总表格对应工作簿中的数据，以多维数组的形式进行存储；
分别提取数组中的预制箱梁起点中心线坐标XYZ、终点中心线坐标XYZ，使用上述坐标在Dynamo中创建两组点，通过点创建每片预制箱梁的中心线，作为创建预制箱梁模型的定位线；
提取数组中的族类型名称数据，并通过Family Type.By Name方法获取以该族类型名称数据命名的构件族类型；
使用Structural Framing.Beam By Curve方法，将上述步骤创建的模型定位线、构件族，以及通过Get Level By Name方法指定的标高，作为输入数据，完成预制箱梁模型构件的放置；
单独提取数组中的族实例参数名称创建1维数组，作为输入值1；另外，分别提取数组中的族实例参数值，包括Z轴对正、横坡i、是否为左侧边梁、是否为右侧边梁、是否为大里程边跨、是否为小里程边跨、预制箱梁总长、材质和标记，并创建参数值的多维数组，作为输入值2；
将输入值1、输入值2接入Element.Set Parameter By Name方法，将输入值1的数据层级设为L1，将输入值2的数据层级设为L2，即可一次性完成所有已创建预制箱梁模型的批量化参数赋值，完成预制箱梁模型的创建。
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