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中交二公院公路桥梁BIM设计系统

2019/08/03

  随着BIM技术在工程设计领域的深入应用,BIM软件的专业化开发需求也更加迫切。目前的普遍情况是,国内专业软件完成设计任务能力强,而处理BIM模型和信息能力弱;而国外BIM软件则正好相反。正所谓“国内软件上不了天,国外软件落不了地”。

  BIM为工程行业带来了很多便利,但在实际应用过程中也存在着很多问题。主要有以下几个方面:第一,BIM属于新兴事物,从业人员大多都是刚刚接触不久,然而想要制定科学合理的BIM应用方案,必须要深入了解BIM的理论知识,掌握核心的BIM软件并熟练操作,还必须有足够的工程建设经验。第二,BIM技术应用规模受限。目前,很多规模不大的设计施工单位仍然采用传统的手绘图纸和平面CAD,再加上科技水平落后,管理模式陈旧,这种现象很难转变,使得BIM技术很难得到推广。第三,缺乏合适的工具,将设计人员生成的二维设计图纸转化为BIM模型,导致设计人员想要创建BIM模型时,必须重新进行设计。

  针对上述BIM应用过程中的问题,有必要开发一款能快速完成桥梁建模的BIM软件。但从无到有开发一个BIM桥梁设计系统,需要调研、设计、开发、测试等一系列工作,时间和资金成本都很高。而开发基于桥梁专家系统的BIM模块,则会大幅缩减开发周期与成本。所以,我们以Revit为基础平台,通过分析公路桥梁工程的设计成果(桥梁专家系统的项目文件),实现批量快速化创建公路桥梁BIM模型,并绘制了系统架构图。

  我们的设计思路,是以Autodesk Revit为基础平台,通过对桥梁专家系统的项目文件进行解析,利用数字化的桥梁工程信息,建立组件化编程模型,驱动Revit自动化建立桥梁BIM模型,并生成模型的几何和非几何属性信息。

  桥梁专家系统是一款成熟的桥梁设计软件,经过多次修改与历次更新,现已支持创建各种常规桥梁,可以创建T梁、小箱梁、空心板等主梁和圆柱墩、方柱墩、薄壁墩、空心墩、U台、肋板台、承台分离式台、桩柱式台等多种墩台形式。

  公路桥梁BIM设计系统,按照上述设计思路实施开发,采用符合习惯的输入方式,可以通过自动解析生成并输出三维模型以及BIM信息等。该软件用户界面比较简洁,上部为工具栏,左侧为项目树结构面板,中间为模型预览区。软件上手容易,操作简便,几乎没有学习成本。公路桥梁BIM设计系统通过采用Autodesk Revit二次开发技术、参数化模型设计、组件化编程等关键开发技术,使桥梁专家系统的平面设计成果,直接转化为BIM模型,解决了如何方便快捷的桥梁的平面设计成果转化为BIM模型的难题。农业的发展史

  参数化设计是Autodesk公司提出的课题,它不仅可使模型设计具有交互式功能,还使模型具有自动完善的功能。目前,它是设计领域内的一个重要的且待进一步研究的课题。在Autodesk Revit中,Revit族是某一类别中图元的类,是根据参数(属性)集的共用、使用上的相同和图形表示的相似来对图元进行分组。通过族可以实现参数化模型的创建。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统,可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来,大大提高设计速度,并减少信息的存储量。

  公路桥梁BIM设计系统中的图形参数化处理和设计过程如下:在对标准模型进行处理的过程中,首先对模型中几何元素的几何拓扑和约束关系进行分析,提取出模型中主要的定形、定位或装配尺寸作为自定义变量,即桥梁设计时的相关设计参数,并且建立起几何图形的尺寸、位置信息与这些设计参数之间的函数关系,实现参数与模型中的几何图形相互关联,完成模型参数化处理。

  近年来,各大游戏引擎在开发过程中,普遍使用组件化编程模型。相比面向对象编程模型,可以更好地处理游戏中各类对象的动态组合和变化。通过借鉴组件化编程模型,可以解决桥梁上构主梁与下构桥墩之间动态组合难题。公路桥梁BIM设计系统的组件化编程模型,由节点、几何约束和参数三个类组成,每个节点就是一个组件,可包含多组几何约束;每个几何约束又可以包含一到多个参数。通过修改几何约束中的参数,使节点中的所有相关尺寸随之变动,从而实现自动更改整个模型。几何约束是在几何实体之间施加的约束关系,包括尺寸约束(如距离、长度等)和拓扑约束(如平行、垂直、重合等)。

  一个BIM桥梁模型,是由一系列基本几何元素构成。这些基本几何元素包括点、直线、圆、圆弧及抛物线等。从设计图纸中提取一组几何约束或多组几何约束,并从几何约束中提取参数,从而构造一个有机的几何约束系统。通过这些集合约束系统,建立起组件化模型,实现桥梁构件之间的动态组合与变化。

  中交二公院公路桥梁BIM设计系统,采用了本文所述的思路,在多个项目公路工程BIM设计项目中得到应用,并取得了良好的效果,极大地减少了桥梁建模所需的工作量。

  通过公路桥梁BIM设计系统的研发,解决了如何方便快捷地将桥梁平面设计成果转化为BIM模型的难题,最终实现了快速桥梁建模的目标。克服了手动建模耗时长、易出错的痛点,为BIM技术与现有设计软件相结合,提高设计效率提供了参考。相信通过进一步应用与探索,一定能更好地发挥BIM技术的优势,使之成为推动行业发展的新动力。

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