王立峰

中國通號(hào)（鄭州）電氣化局有限公司，中國·河南 鄭州 450000

1 引言

論文以中國某項(xiàng)目為例，主要介紹該項(xiàng)目的基本情況，針對(duì)于該項(xiàng)目特點(diǎn)提出變截面連續(xù)梁的建模思路，具體的梁體參數(shù)化建模過程及其在項(xiàng)目施工中的應(yīng)用與展望。

2 項(xiàng)目概況

中國某市政橋梁工程項(xiàng)目主線橋梁起點(diǎn)里程K2+195，終點(diǎn)里程K2+701，墩號(hào)范圍為56#-67#，橋梁平曲線位于直線和R=1000m（右偏）與R=1000m（左偏）圓曲線，其中61#-63#為跨既有隴海鐵路（2×70）m 變截面T 構(gòu)橋，該主線橋梁縱曲線控制因素為中國玄武門大街上行匝道下穿交叉處，最高點(diǎn)設(shè)于中國隴海鐵路南側(cè)附近，變坡點(diǎn)里程K2+490，變坡點(diǎn)高程174.650m，小里程側(cè)縱坡采用3.5%，大里程側(cè)縱坡采用-3.5%，豎曲線半徑1720m。論文以主線橋梁（2×50）m 變截面T 構(gòu)連續(xù)梁橋?yàn)槔?，墩?hào)為59#-61#，里程為K2+338～K2+438，進(jìn)行參數(shù)化三維模型創(chuàng)建[1]。

3 變截面連續(xù)梁橋參數(shù)化模型創(chuàng)建思路

3.1 參數(shù)化建模

橋梁梁體參數(shù)化建模主要是通過各參數(shù)的邏輯關(guān)系連接各個(gè)參數(shù)，本項(xiàng)目的參數(shù)化建模運(yùn)用主要在以下幾個(gè)方面：

（1）通過設(shè)置參數(shù)控制橋梁截面的輪廓形狀，具體參數(shù)控制方法詳見后文；

（2）采用Excel 表格進(jìn)行參數(shù)數(shù)值統(tǒng)計(jì)；

（3）進(jìn)行Dynamo 可視化編程，訪問Excel 參數(shù)表格，通過Excel 表格中的參數(shù)數(shù)值控制設(shè)置的參數(shù)，運(yùn)行編程語言創(chuàng)建模型。若所建的模型中存在問題，只需要修改參數(shù)，再次重復(fù)運(yùn)行就行，省時(shí)省力，減輕了傳統(tǒng)調(diào)整和修改的繁雜工作[2]。

3.2 變截面連續(xù)梁橋參數(shù)化模型創(chuàng)建思路

（1）結(jié)合施工圖紙中的橋梁線路平、縱曲線圖，利用Civil3d 生成道路中心線。并根據(jù)里程創(chuàng)建樁點(diǎn)，提取并處理樁點(diǎn)信息，生成各樁點(diǎn)三維坐標(biāo)值表。

（2）采用Revit 創(chuàng)建梁體橫截面輪廓圖，并設(shè)置參數(shù)，通過參數(shù)可調(diào)整輪廓形狀。通過可視化編程軟Dynamo 編寫邏輯關(guān)系程序。

（3）用Excel 表格統(tǒng)計(jì)梁體橫截面輪廓參數(shù)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Dynamo 編寫的邏輯關(guān)系程序提取各Excel 參數(shù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的控制。

（4）Dynamo 所創(chuàng)建的模型導(dǎo)入Revit，實(shí)現(xiàn)Dynamo所建模型與Revit 的關(guān)聯(lián)，然后運(yùn)用Revit 的工具對(duì)所建模型進(jìn)行處理。

4 變截面連續(xù)梁橋參數(shù)化模型創(chuàng)建過程

4.1 采用Civil3d 創(chuàng)建橋梁中心線

橋梁中心線是由平、縱曲線共同合成的一條三維曲線，利用Civil3d 路線創(chuàng)建的強(qiáng)大功能，結(jié)合施工圖紙的橋梁平縱曲線信息，可繪制出橋梁中心線，并賦予相應(yīng)的初始和最終里程（如圖1所示）。

圖1 橋梁中心線平曲線圖（a）

圖1 橋梁中心線平曲線圖（b）

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所得，在中心線上每隔一米設(shè)置一個(gè)里程取點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)這些坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果非常接近實(shí)際，用Civil3d 工具箱里面的增量樁號(hào)標(biāo)注報(bào)告創(chuàng)建路線增量樁號(hào)標(biāo)注報(bào)告和縱斷面增量樁號(hào)標(biāo)注報(bào)告[3]。

兩份報(bào)告數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在Excel 表格中，然后結(jié)合兩份報(bào)告創(chuàng)建各樁點(diǎn)的坐標(biāo)值表。由于Revit 中存在因模型距離項(xiàng)目原點(diǎn)過遠(yuǎn)而出現(xiàn)模型異樣情況，需對(duì)原樁點(diǎn)坐標(biāo)值進(jìn)行處理，把項(xiàng)目基點(diǎn)坐標(biāo)作為路線起始點(diǎn)坐標(biāo)，如圖2、圖3所示：

圖2 樁點(diǎn)坐標(biāo)值

圖3 處理后的樁點(diǎn)坐標(biāo)值

4.2 采用Revit 創(chuàng)建變截面連續(xù)梁橫截面輪廓并通過參數(shù)控制

新建Revit 公制體量族，根據(jù)施工圖紙選取一個(gè)具代表性的梁體橫截面輪廓，首先采用參照線畫出橋梁輪廓圖，然后對(duì)每一個(gè)參照線的端點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)約束，并設(shè)置參數(shù)，參數(shù)屬性均為實(shí)例（特殊情況下選取類型），通過不同的參數(shù)數(shù)值可以控制參照線輪廓，對(duì)參照線端點(diǎn)的約束存在先后順序，因此先對(duì)梁體的外輪廓進(jìn)行約束，待外輪廓設(shè)置沒問題后方能進(jìn)行內(nèi)輪廓的約束，參數(shù)設(shè)置方法如下圖4所示。

圖4 梁體橫截面輪廓圖

輪廓參數(shù)（如圖5所示）設(shè)置成功后，由于Revit 中約束法則中約束能力為參照面＞參照線＞模型線（如直線、弧線）＞樣條曲線，所以采取通過點(diǎn)的樣條曲線逐個(gè)畫線，通過參照線端點(diǎn)控制的樣條曲線就像吸附在參照線上似的，同參照輪廓同步改變，然后分別對(duì)外輪廓和內(nèi)輪廓的可見性添加參數(shù)，分別為wlk、nlk1、nlk2、nlk3、nlk4、nlk5，通過族類型創(chuàng)建六個(gè)族，名稱分別為wlk、nlk1、nlk2、nlk3、nlk4、nlk5，這六個(gè)族具有相同的參數(shù)，可以通過參數(shù)修改實(shí)現(xiàn)內(nèi)輪廓與5 個(gè)內(nèi)輪廓同步改變，最后新建一個(gè)體量族，命名為梁體族，用于編輯dynamo 程序語言以及模型生成，把所建的梁體橫斷面輪廓族載入梁體族，可在項(xiàng)目瀏覽器中看到載入的六個(gè)輪廓族[4]。

圖5 梁體橫截面輪廓參數(shù)

4.3 梁體輪廓參數(shù)數(shù)值統(tǒng)計(jì)

分別畫出梁體立面圖和平面圖（如圖6、圖7所示），根據(jù)施工圖紙梁體特點(diǎn)，梁體等高段及零號(hào)段部分參考面可取少些，在梁體高度變化段每隔一米取一個(gè)參考面，利用Revit 路線分割工具及交點(diǎn)工具生成各參考面與立、平面圖的輪廓交點(diǎn)。

圖6 交點(diǎn)工具

圖7 輪廓交點(diǎn)圖

用測(cè)量工具測(cè)出交點(diǎn)間距，獲得與各參照面對(duì)應(yīng)的梁體輪廓參數(shù)信息（包括梁高、底板寬度、頂板厚度、底板厚度、腹板厚度），如圖8、圖9所示：

圖8 內(nèi)輪廓族參數(shù)數(shù)據(jù)

圖9 外輪廓族參數(shù)數(shù)據(jù)

4.4 運(yùn)用Dynamo 進(jìn)行可視化編程，創(chuàng)建橋梁梁體模型

首先運(yùn)用Dynamo 訪問經(jīng)過Civil3d 提取好的路線樁點(diǎn)坐標(biāo)Excel 表格及梁體橫截面輪廓參數(shù)表格，通過坐標(biāo)點(diǎn)（如圖10所示）擬合出橋梁路線。

圖10 Dynamo 路線坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)

然后通過梁體橫截面輪廓參數(shù)表格中的各里程對(duì)應(yīng)的點(diǎn)（如圖11、圖12所示）分別放置外輪廓和內(nèi)輪廓，放置完畢后通過參數(shù)表格中的各參數(shù)值控制不同點(diǎn)位置處的內(nèi)外輪廓形狀。

圖11 輪廓放置節(jié)點(diǎn)

圖12 輪廓參數(shù)修改節(jié)點(diǎn)

結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)放置的輪廓都處于水平狀態(tài)，需要對(duì)線路上的每個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法有兩種。

（1）獲取橋梁線路在XY 平面上的投影，點(diǎn)里程與線路起始里程差值作為線路分段長度獲得該點(diǎn)處的參數(shù)及其切線。

（2）以該切線作為法向量并設(shè)置為Z 軸，與其垂直的平面作為XY 平面，并對(duì)該平面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)一定角度，從而獲得三維線路上該點(diǎn)處的新坐標(biāo)系（如圖13所示），新坐標(biāo)下的幾何圖形梁體內(nèi)輪廓和外輪廓如圖14、圖15所示。

圖13 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換編程

圖14 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后的外輪廓放置圖

圖15 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后的內(nèi)輪廓放置圖

最后通過節(jié)點(diǎn)Solid.by loft 和List.map 沿橋梁中心線進(jìn)行內(nèi)外輪廓的放樣融合，并對(duì)其進(jìn)行布爾運(yùn)算（如圖16所示），對(duì)內(nèi)輪廓取并集，放樣融合后的外輪廓實(shí)體與并集后的內(nèi)輪廓實(shí)體取其差集（如圖17所示），得到最終的橋梁模型。

圖16 輪廓放樣融合及布爾運(yùn)算（并集）

圖17 差集節(jié)點(diǎn)

運(yùn)用Family Type.By Geometry 節(jié)點(diǎn)把模型導(dǎo)入Revit 中（如圖18、圖19所示），并設(shè)置梁體材質(zhì)。

圖18 導(dǎo)入Revit 后的梁體圖

圖19 某段梁體圖

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

論文以實(shí)際項(xiàng)目為例，詳細(xì)的介紹了該項(xiàng)目梁體的建模過程，得出梁體的三維模型，該模型在實(shí)際施工過程中的應(yīng)用性較強(qiáng)，研究成果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）由于橋梁放置點(diǎn)為項(xiàng)目基點(diǎn)，改變項(xiàng)目基點(diǎn)坐標(biāo)，橋梁放置點(diǎn)坐標(biāo)隨之改變，使其位于原始的位置坐標(biāo)處，通過Revit 坐標(biāo)查看工具可以查看梁體某位置處的三維坐標(biāo)，對(duì)測(cè)量工作具有重要的指導(dǎo)意義。

（2）由梁體體積及其表面積信息可以計(jì)算混凝土數(shù)量及所需模板工程量，對(duì)比設(shè)計(jì)圖紙工程量，是否存在工程量問題。

（3）梁體建模只是整座橋梁建模的一部分，待整座橋梁模型建成后，可以結(jié)合其他軟件，利用各個(gè)軟件的自身優(yōu)勢(shì)，如渲染軟件Lumion 或Fuzors 進(jìn)行模型渲染及動(dòng)畫生成，運(yùn)用navisworks 進(jìn)行橋梁各構(gòu)件的碰撞檢查能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各構(gòu)件是否存在超過誤差允許范圍內(nèi)的碰撞問題，如有問題則能提前聯(lián)系設(shè)計(jì)院進(jìn)行修改，避免后期施工過程中的返工現(xiàn)象或設(shè)計(jì)變更。

5.2 展望

目前，BIM 在房建工程的應(yīng)用較為成熟，在市政橋梁工程中的應(yīng)用才剛剛起步，傳統(tǒng)的變截面連續(xù)梁橋主要采用3dsmax 進(jìn)行三維模型創(chuàng)建，但其模型不足之處在于包含具體信息量過少，我們看到的只是橋梁外觀，該模型的創(chuàng)建主要是采用橡皮泥拉伸或收縮的方式，無法采用參數(shù)控制。該模型在方案三維展示中發(fā)揮著強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，但對(duì)實(shí)際的施工操作沒有太大的指導(dǎo)意義，論文提出了基于Civil3d+Dynamo+Revit 的復(fù)雜橋梁三維模型創(chuàng)建，融合了各軟件的優(yōu)勢(shì)，包含的信息更具體，創(chuàng)建的模型也更貼近實(shí)際，能更好的指導(dǎo)施工作業(yè)。但BIM 在市政領(lǐng)域的應(yīng)用還存在很多局限性，包含的很多軟件還不能實(shí)現(xiàn)很好的結(jié)合，隨著各個(gè)軟件的更新和功能的完善，BIM 在市政橋梁中的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。