CN116595603A - 一种基于bim技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法，包括：步骤1、获取桥梁的二维图纸数据，生成路线空间曲线；步骤2、根据二维图纸数据中椭圆方程，生成桥梁中顶板、底板、腹板及肋板对应的半圆弧部分轮廓，并与对应的直线部分轮廓组成参数化轮廓族；步骤3、以获得的路线空间曲线基准，生成桥梁对应的钢箱梁框架实体；步骤4、根据二维图纸数据中桥梁截面图的横隔板参数，生成横隔板实体；步骤5、以路线空间曲线基准，将生成的横隔板实体导入钢箱梁框架实体中，输出对应的三曲钢箱梁模型。本发明还提供了一种空间三曲钢箱梁模型构建系统。本发明的方法可以解决三曲钢箱梁精细化放样、深化设计的技术难题。

Description

一种基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法及系统

技术领域

本发明属于桥梁BIM建模技术领域，具体涉及一种基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法及系统。

背景技术

钢结构桥梁与传统钢筋混凝土桥梁相比由于自重小、抗震性能好、易于自动化生产、耐久性好、可循环使用等优点得到了广泛的应用，并在满足工程要求的基础上逐渐向空间造型发展，在提升空间利用率的同时也能够提升城市的美观性。曲线形钢箱梁桥造型美观、对地域适应性强，在城市大跨度曲线高架桥梁中应用极为广泛，但多为二维平曲线弯桥和竖曲线变截面桥，如：大榭第二大桥、深圳湾大桥等，由平曲线、竖曲线以及截面变化曲线组合构成的“空间三曲桥梁”少之又少。

由于曲线形钢箱梁桥空间线形复杂，施工详图设计及加工制作难度大，而传统基于二维线框的平面图表达方式，不利于钢结构厂的深化设计、钢板放样制造，从而难以达到节段拼装安装线形控制精度要求。为了满足各节段的定位、放样以及拼装的线形控制精度要求，需要结合BIM技术开展三曲线形钢箱梁桥精细化放样、深化设计。

由于Revit对于复杂曲线、曲面的处理有一定局限性，无法获取偏移后的半椭圆弧与剪切线的交点，除手动目测取交点会导致有较大制图误差外，还无法对偏移后的半椭圆弧进行标注，无从进行相应的参数化设置，导致无法实现参数化建模。

专利文献CN114065357A公开了一种基于Revit的节段拼装桥梁建模方法及系统，该方法包括：创建桥梁中心线坐标表和分段数据表；创建节段梁的自适应公制常规模型并载入新建项目；运行DYNAMO插件，创建三维桥梁空间曲线；将节段梁的自适应公制常规模型根据三维桥梁空间曲线进行布置，生成节段拼装桥梁整体模型。该方法仅提出可以采用Revit模型对建模尺寸进行动态调节，但实际桥梁的曲线非常复杂，导致直接使用该模型存在误差。

专利文献CN 112651061A公开了一种利用Dynamo建立多跨桥梁上部结构BIM模型的方法，主要包括如下步骤：(1)整理设计图纸中桥梁中心线坐标及构件参数的数据，并将其存储为Excel文件；(2)建立桥梁上部结构参数化族；(3)Dynamo读取Excel数据自动放置桥梁上部结构参数化族；(4)Dynamo读取Excel数据自动更改桥梁上部结构参数化族的族参数。该方法仅为了解决快速构建桥梁模型的问题，却未考虑桥梁构建过程中曲面部分无法用常规的方式实现参数化控制。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建与放样系统，能够实现对于空间线性较为复杂的三曲钢箱梁建模放样，解决三曲钢箱梁精细化放样、深化设计的技术难题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法，包括：

步骤1、获取桥梁的二维图纸数据，生成桥梁道路中心线对应的路线空间曲线，所述二维图纸数据包括桥梁的平曲线展开图，纵曲线展开图，截面图以及每张二维图纸对应的椭圆方程。

步骤2、根据二维图纸数据中椭圆方程，生成桥梁中顶板、底板、腹板及肋板对应的半圆弧部分轮廓，并与对应的直线部分轮廓组成参数化轮廓族。

步骤3、以步骤1获得的路线空间曲线基准，将步骤2获得的参数化轮廓族分段导入三维空间中，生成桥梁对应的钢箱梁框架实体。

步骤4、根据二维图纸数据中桥梁截面图的横隔板参数，生成横隔板实体。

步骤5、以步骤1获得的路线空间曲线为基准，将生成的横隔板实体导入钢箱梁框架实体中，输出对应的三曲钢箱梁模型。

具体的，在步骤1中，生成所述路线空间曲线的具体过程如下：

步骤1-1、基于桥梁平曲线与纵曲线展开图的信息，以平纵曲线线型为基准构建对应的分段函数，所述分段函数包括平曲线函数和纵曲线展开函数。

步骤1-2、将平曲线函数和纵曲线展开函数利用Dynamo导入Revit软件中：

基于纵曲线展开图上的x坐标长度等于平曲线上的弧长，在每一个分段中对纵曲线展开图中以x坐标等距的方式进行取点后，通过纵曲线展开函数获得对应的y坐标作为空间z坐标。

基于平曲线函数展开图，采用等弧长方式获取对应的点坐标作为空间x坐标和空间y坐标。

步骤1-3、通过拟合步骤1-2获得的所有空间坐标，获得路线空间曲线。

具体的，在步骤2中，所述半圆弧部分轮廓通过Revit公制常规模型生成椭圆方程对应的曲线后，采用Dynamo执行曲线的平移与剪切，并执行结果以modelCurve形式重新导入Revit公制常规模型中获得；

具体的，所述剪切过程中需要确定平移前后的剪切点，其具体过程如下：

根据二维施工图获取具体坐标，使用Point.ByCoordinates命令与Line.ByStartPointEndPoint命令生成对应的剪切线，采用两次Geometry.Insert命令获取所述剪切线与偏移前、偏移后曲线的交点，再用Code Block代码块将获取的Geomety[]表中第一个点(即剪切线与偏移后曲线的交点)取出来，并调用Curve.ParameterAtPoint命令得到从曲线起点到第一个点的弧长比上曲线总弧长的值；

基于所述第一个点的位置参数，调用Curve.NormalAtParameter命令获取曲线在所述第一个点处的法向量，将所述法向量的垂线与偏移前曲线的交点作为剪切点。

具体的，在步骤3中，所述钢箱梁框架实体生成的具体过程如下：

步骤3-1、将顶板、底板、腹板及肋板的参数化轮廓族导入Revit公制常规模型；

步骤3-2、直接量取二维三视图中参数化轮廓族对应部位的连接点坐标，获得参数化轮廓族对应的空间坐标；

步骤3-3、利用Dynamo根据路线空间曲线和步骤3-2获得的参数化轮廓族空间坐标，将顶板、底板、腹板及肋板的轮廓布置在三维空间中对应的位置；

步骤3-4、对完成布置后的三维空间执行放样融合，生成对应的钢箱梁框架实体。

具体的，在步骤4中，所述横隔板实体通过Dynamo绘制横隔板参数对应的横隔板轮廓后，采用拉伸操作与布尔运算生成。

具体的，所述拉伸操作和布尔运算的具体操作如下：

通过List Create命令将轮廓线分别作为item输入形成列表，再调用PolyCurve.ByJoinedCurves命令把单独的轮廓线组合成闭合的多段线，最后用Curve.ExtrudeAsSolid命令输入闭合多段线与拉伸的长度生成不带孔洞的横隔板实体。同理可用上述操作生成中间的孔洞实体，并采用布尔运算中的Solid.Difference将孔洞从横隔板中挖去，生成最终的横隔板实体。

本发明还提供了一种空间三曲钢箱梁模型构建系统，基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法执行建模，包括：

路线空间曲线生成单元，根据输入的二维图纸数据生成对应的路线空间曲线；

参数化箱梁轮廓族生成单元，根据输入的二维图纸中椭圆方程和桥梁截面图的横隔板参数，生成顶板、底板、腹板，肋板及横隔板的参数化轮廓族；

模型构建单元，根据路线空间曲线生成单元与参数化箱梁轮廓族生成单元生成的数据，输出二维图纸数据对应的三曲钢箱梁模型；

模型展开单元，根据模型构建单元输出的三曲钢箱梁模型，输出曲面展开图进行排版放样。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1)空间三曲钢箱梁桥线形为平曲线、竖曲线及截面变化曲线的空间组合，结构形式复杂、受力分析要求高、异形构件多、连接精度高。本发明基于Revit平台，应用可视化编程语言Dynamo辅助建模，可以较为快速且精确地生成空间三曲钢箱梁BIM模型，更好地描述二维图纸难以直观表述的空间异形形体；

2)基于本发明建立的空间三曲钢箱梁BIM模型，可以辅助实现更为精确的三维放样，更好地确定板件尺寸，而三维模型地可视化放样排版也能实现更合理地排版，使各单元尺寸准确，提高钢箱梁加工制作与现场拼装精度。

附图说明

图1是本实施例提供的一种基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法的流程图；

图2是生成对应路线空间曲线的流程图；

图3是生成对应钢箱梁框架实体的流程图；

图4是本实施例提供的一种空间三曲钢箱梁模型构建系统的流程图；

图5是生成的桥梁三曲钢箱梁模型。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图1所示，一种空间三曲钢箱梁模型构建方法包括：

步骤1、获取桥梁的二维图纸数据，生成桥梁道路中心线对应的路线空间曲线，所述二维图纸数据包括桥梁的平曲线展开图，纵曲线展开图，截面图以及每张二维图纸对应的椭圆方程。

更进一步地，如图2所示为路线空间曲线的具体生成过程：

步骤1-1、基于桥梁平曲线与纵曲线展开图的信息，以平纵曲线线型为基准构建对应的分段函数，所述分段函数包括平曲线函数和纵曲线展开函数。

步骤1-2、将平曲线函数和纵曲线展开函数利用Dynamo导入Revit软件中：

基于纵曲线展开图上的x坐标长度等于平曲线上的弧长，在每一个分段中对纵曲线展开图中以x坐标等距的方式进行取点后，通过纵曲线展开函数获得对应的y坐标作为空间z坐标。

基于平曲线函数展开图，采用等弧长方式获取对应的点坐标作为空间x坐标和空间y坐标。

步骤1-3、通过拟合步骤1-2获得的所有空间坐标，获得路线空间曲线。

步骤2、根据二维图纸数据中椭圆方程，生成桥梁中顶板、底板、腹板及肋板对应的半圆弧部分轮廓，并与对应的直线部分轮廓组成参数化轮廓族。

更进一步地，所述半圆弧部分轮廓通过Revit公制常规模型生成椭圆方程对应的曲线后，采用Dynamo执行曲线的平移与剪切，并执行结果以modelCurve形式重新导入Revit公制常规模型中获得。

所述剪切过程中需要确定平移前后的剪切点，其具体过程如下：

根据二维施工图获取具体坐标，使用Point.ByCoordinates命令与Line.ByStartPointEndPoint命令生成对应的剪切线，采用两次Geometry.Insert命令获取所述剪切线与偏移前、偏移后曲线的交点，再用Code Block代码块将获取的Geomety[]表中第一个点(即剪切线与偏移后曲线的交点)取出来，并调用Curve.ParameterAtPoint命令得到从曲线起点到第一个点的弧长比上曲线总弧长的值。

基于所述第一个点的位置参数，调用Curve.NormalAtParameter命令获取曲线在所述第一个点处的法向量，将所述法向量的垂线与偏移前曲线的交点作为剪切点。

步骤3、以步骤1获得的路线空间曲线基准，将步骤2获得的参数化轮廓族分段导入三维空间中，生成桥梁对应的钢箱梁框架实体；

如图3所示，该钢箱梁框架实体生成的过程如下：

步骤3-1、将顶板、底板、腹板及肋板的参数化轮廓族导入Revit公制常规模型；

步骤3-2、直接量取二维三视图中参数化轮廓族对应部位的连接点坐标，获得参数化轮廓族对应的空间坐标；

步骤3-3、利用Dynamo根据路线空间曲线和步骤3-2获得的参数化轮廓族空间坐标，将顶板、底板、腹板及肋板的轮廓布置在三维空间中对应的位置；

步骤3-4、对完成布置后的三维空间执行放样融合，生成对应的钢箱梁框架实体。

步骤4、根据二维图纸数据中桥梁截面图的横隔板参数，生成横隔板实体；

进一步地，所述横隔板实体通过Dynamo绘制横隔板参数对应的横隔板轮廓后，采用拉伸操作与布尔运算生成。

进一步地，所述拉伸操作和布尔运算的具体操作如下：

通过List Create命令将轮廓线分别作为item输入形成列表，再调用PolyCurve.ByJoinedCurves命令把单独的轮廓线组合成闭合的多段线，最后用Curve.ExtrudeAsSolid命令输入闭合多段线与拉伸的长度生成不带孔洞的横隔板实体。同理可用上述操作生成中间的孔洞实体，并采用布尔运算中的Solid.Difference将孔洞从横隔板中挖去，生成最终的横隔板实体。

步骤5、以步骤1获得的路线空间曲线为基准，将生成的横隔板实体导入钢箱梁框架实体中，输出对应的三曲钢箱梁模型。

如图4所示，本实施例还提供了一种空间三曲钢箱梁模型构建系统，基于如上述实施例提出的空间三曲钢箱梁模型构建方法实现，包括：

路线空间曲线生成单元，根据输入的二维图纸数据生成对应的路线空间曲线；

参数化箱梁轮廓族生成单元，根据输入的二维图纸中椭圆方程和桥梁截面图的横隔板参数，生成顶板、底板、腹板，肋板及横隔板的参数化轮廓族；

模型构建单元，根据路线空间曲线生成单元与参数化箱梁轮廓族生成单元生成的数据，输出二维图纸数据对应的三曲钢箱梁模型；

模型展开单元，根据模型构建单元输出的三曲钢箱梁模型，输出曲面展开图进行排版放样。

实际使用时，将三曲钢箱梁二维CAD图纸输入至该空间三曲钢箱梁模型构建系统中，以输出如图5所述的三曲钢箱梁模型。

Claims (8)

1.一种基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法，其特征在于，包括：

步骤1、获取桥梁的二维图纸数据，生成桥梁道路中心线对应的路线空间曲线，所述二维图纸数据包括桥梁的平曲线展开图，纵曲线展开图，截面图以及每张二维图纸对应的椭圆方程；

步骤2、根据二维图纸数据中椭圆方程，生成桥梁中顶板、底板、腹板及肋板对应的半圆弧部分轮廓，并与对应的直线部分轮廓组成参数化轮廓族；

步骤3、以步骤1获得的路线空间曲线基准，将步骤2获得的参数化轮廓族分段导入三维空间中，生成桥梁对应的钢箱梁框架实体；

步骤4、根据二维图纸数据中桥梁截面图的横隔板参数，生成横隔板实体；

步骤5、以步骤1获得的路线空间曲线为基准，将生成的横隔板实体导入钢箱梁框架实体中，输出对应的三曲钢箱梁模型。

2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的空间三曲钢箱桥梁模型构建方法，其特征在于，在步骤1中，生成所述路线空间曲线的具体过程如下：

步骤1-1、基于桥梁平曲线与纵曲线展开图的信息，以平纵曲线线型为基准构建对应的分段函数，所述分段函数包括平曲线函数和纵曲线展开函数；

步骤1-2、将平曲线函数和纵曲线展开函数利用Dynamo导入Revit软件中：

基于纵曲线展开图上的x坐标长度等于平曲线上的弧长，在每一个分段中对纵曲线展开图中以x坐标等距的方式进行取点后，通过纵曲线展开函数获得对应的y坐标作为空间z坐标；

基于平曲线函数展开图，采用等弧长方式获取对应的点坐标作为空间x坐标和空间y坐标；

步骤1-3、通过拟合步骤1-2获得的所有空间坐标，获得路线空间曲线。

3.根据权利要求1所述的基于BIM技术的空间三曲钢箱桥梁模型构建方法，其特征在于，在步骤2中，所述半圆弧部分轮廓通过Revit公制常规模型生成椭圆方程对应的曲线后，采用Dynamo执行曲线的平移与剪切，并执行结果以modelCurve形式重新导入Revit公制常规模型中获得。

4.根据权利要求3所述的基于BIM技术的空间三曲箱梁模型构建方法，其特征在于，所述剪切过程中需要确定平移前后的剪切点，其具体过程如下：

根据二维图纸数据获取具体坐标，使用Point.ByCoordinates命令与Line.ByStartPointEndPoint命令生成对应的剪切线，采用两次Geometry.Insert命令获取所述剪切线与偏移前、偏移后曲线的交点，再用Code Block代码块将获取的Geomety[]表中第一个点取出来，并调用Curve.ParameterAtPoint命令得到从曲线起点到第一个点的弧长比上曲线总弧长的值；

基于所述第一个点的位置参数，调用Curve.NormalAtParameter命令获取曲线在所述第一个点处的法向量，将所述法向量的垂线与偏移前曲线的交点作为剪切点。

5.根据权利要求1所述的基于BIM技术的空间三曲钢箱桥梁模型构建方法，其特征在于，在步骤3中，所述钢箱梁框架实体生成的具体过程如下：

步骤3-1、将顶板、底板、腹板及肋板的参数化轮廓族导入Revit公制常规模型；

步骤3-2、直接量取二维三视图中参数化轮廓族对应部位的连接点坐标，获得参数化轮廓族对应的空间坐标；

步骤3-3、利用Dynamo根据路线空间曲线和步骤3-2获得的参数化轮廓族空间坐标，将顶板、底板、腹板及肋板的轮廓布置在三维空间中对应的位置；

步骤3-4、对完成布置后的三维空间执行放样融合，生成对应的钢箱梁框架实体。

6.根据权利要求1所述的基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法，其特征在于，在步骤4中，所述横隔板实体通过Dynamo绘制横隔板参数对应的横隔板轮廓后，采用拉伸操作与布尔运算生成。

7.根据权利要求6所述的基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法，其特征在于，所述拉伸操作和布尔运算的具体操作如下：

通过List Create命令将轮廓线分别作为item输入形成列表，再调用PolyCurve.ByJoinedCurves命令把单独的轮廓线组合成闭合的多段线，最后用Curve.ExtrudeAsSolid命令输入闭合多段线与拉伸的长度生成不带孔洞的横隔板实体；

同理生成中间的孔洞实体，并采用布尔运算中的Solid.Difference将孔洞从横隔板中挖去，生成最终的横隔板实体。

8.一种空间三曲钢箱梁模型构建系统，通过如权利要求1～7任一项所述的基于BIM技术的空间三曲钢箱梁模型构建方法执行建模，其特征在于，包括：

路线空间曲线生成单元，根据输入的二维图纸数据生成对应的路线空间曲线；

参数化箱梁轮廓族生成单元，根据输入的二维图纸中椭圆方程和桥梁截面图的横隔板参数，生成顶板、底板、腹板，肋板及横隔板的参数化轮廓族；

模型构建单元，根据路线空间曲线生成单元与参数化箱梁轮廓族生成单元生成的数据，输出二维图纸数据对应的三曲钢箱梁模型；

模型展开单元，根据模型构建单元输出的三曲钢箱梁模型，输出曲面展开图进行排版放样。