利用Dynamo建立公路装配式梁桥病害及加固模型的方法与流程

本发明涉及公路桥梁信息模型技术领域，具体涉及一种利用dynamo建立公路装配式梁桥病害及加固模型的方法。

背景技术

随着建筑信息模型（buildinginformationmodel，bim）技术在桥梁工程领域的快速推广，其应用也从桥梁的规划设计阶段逐渐深入到运维管理阶段，在目前运维阶段应用中，面临的最大问题就是bim模型的来源问题，新建桥梁可以从设计阶段继承bim模型，但桥梁的运维管理面对的是不同时期修建的大量既有桥梁，建立这些桥梁的bim模型需要消耗大量的人力物力，同时这些既有桥梁普遍存在或多或少的病害，如何建立桥梁的病害模型并针对这些病害建立相应的桥梁加固模型也是运维阶段bim技术应用亟待解决的问题。

revit作为目前使用范围最广的bim建模软件，其最初开发是面向房屋建筑领域，因此在应用于桥梁工程时存在诸多不便之处，为了简化利用revit建立桥梁模型的流程，加快建模速度和建模精确度，王明刚等人提出了一种利用dynamo实现高铁桥梁快速建模动态修改的方法（申请号：201710375504.5），该方法通过对铁路桥梁的ebs分解建立桥梁各构件的参数化族库，然后结合构件空间位置等建模数据库，利用dynamo调用各数据库以建立高铁桥梁的bim模型。该方法仅适用于主梁形式固定、跨径固定的标准化程度较高的高速铁路桥梁，适用范围较窄；需要人工计算各构件空间坐标、旋转角度以及倾斜度等数据，计算量大、建模流程复杂；并且仅适用于新建桥梁，未涉及到桥梁病害模型以及加固模型的建立。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用dynamo建立公路装配式梁桥病害及加固模型的方法，利用dynamo软件快速建立公路装配式梁桥参数化bim模型，并在该模型基础上建立桥梁病害及加固信息模型，简化了桥梁模型的建模流程，提高了建模效率。

本发明所采用的技术方案为：

利用dynamo建立公路装配式梁桥病害及加固模型的方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：模型拆分：

按照功能将公路装配式梁桥结构进行拆分；

步骤二：基于revit建立参数化构件族库：

将模型拆分后每一类构件的基本特征的几何要素定义为参数，建立相应的revit族文件数据库，族文件以其结构类型和特征进行命名；

步骤三：建立桥梁结构数据库：

分步建立桥梁结构数据库的三部分，即桥梁线路信息数据库、结构布置信息数据库和各构件参数数据库；

步骤四：编制建立桥梁模型的dynamo程序代码：

调用桥梁线路信息数据和结构布置信息数据，通过dynamo与excel的数据接口读取相应表格中的数据，对数据进行分析与处理，得到各布置桥梁各部件所需的坐标；然后通过dynamo与revit的交互调用桥梁构件族库中所需族文件并放置在相应位置；最后调取构件参数数据库中数据并将之赋予revit中对应构件，完成对桥梁各构件的形状和结构编辑，形成桥梁bim模型；

步骤五：基于revit建立桥梁病害族库：

分别建立裂缝和混凝土耐久性病害两大类病害族库；

步骤六：建立桥梁病害信息数据库：

根据桥梁检测结果，以病害发生的结构面为平面建立坐标系，将结构裂缝和混凝土耐久性病害参数写入excel文件中，构成桥梁病害信息数据库；

步骤七：编制建立病害模型的dynamo程序代码：

利用dynamo中选取结构面的代码在已建立好的桥梁结构中选取病害所在结构面，然后基于所选择结构面建立与确定病害位置坐标相同的坐标系，调用相应的桥梁病害族以及病害信息数据库，将结构病害放置在相应位置，形成包含桥梁病害的bim模型；

步骤八：基于revit建立桥梁加固构件族库：

针对外贴式加固法建立桥梁加固bim模型；

步骤九：建立桥梁加固信息数据库：

根据加固设计图纸，确定外贴加固构件形状参数及加固信息，写入excel文件中，构成加固信息数据库；

步骤十：编制建立加固模型的dynamo程序代码：

选取待加固的结构面，建立相应平面坐标系，通过调取加固信息数据库获取外贴构件的位置坐标以及形状参数，将外贴构件布置在相应位置。

步骤三中，桥梁线路信息数据库的获取方法为根据设计图纸中桥梁平面位置读取桥梁左右边线在桥梁起止线以及桥墩位置处的坐标；以这些坐标及坐标的连线为基准，根据桥梁横向布置以及竖向布置确定主梁横向分布、桥台及桥墩位置、支座位置以及横隔板位置坐标，将各部件定位所需数据均以参数形式放入excel表格中，形成结构布置信息数据库；然后根据设计图纸，将步骤二中建立的各构件参数化族所需的参数数据按照构件类别分别写入相应的excel表格中，形成各构件参数数据库。

步骤五中，对于表示裂缝的病害族采取基于两点所确定的梁族进行建立，梁截面形式采取圆形截面，梁的两端点确定裂缝方向，截面直径定义为裂缝宽度；

对于混凝土耐久性病害族采用基于面的圆形或正方形进行表达，对于破损、孔洞、蜂窝麻面的不同类型病害通过赋予族不同的材质进行区分，形状形心确定病害发生位置，通过面积相等确定圆形直径或正方形边长，以表达病害面积的大小。

步骤六中，将结构裂缝的起止点坐标、宽度以及混凝土耐久性病害位置坐标、面积以参数形式写入excel文件中，构成桥梁病害信息数据库。

步骤八中，外贴式加固法包括外贴纤维材料以及外贴钢板两种方法，外贴纤维材料及钢板均采用基于框架梁的族进行制作，对于外贴钢板族，除钢板宽度和厚度参数外，需将螺栓孔的分布规则作为参数以实现螺栓孔根据钢板长度进行自动布置。

步骤九中，外贴加固构件的加固信息包括距离梁体端部距离、粘贴角度、粘贴长度、粘贴数量、螺栓孔布置、锚固螺栓尺寸的数据。

步骤十中，对于外贴钢板加固法，需进行锚固螺栓的布置，通过选取钢板外侧平面，析取该平面所包含的所有线条元素，利用dynamo中布尔判断代码选取曲线起止点相同的元素，该元素即为螺栓孔外侧的圆曲线，然后以该曲线创建平面元素，获取该平面形心点即为螺栓孔圆心位置，以该圆心为起点沿垂直面的方向放置锚固螺栓并修改螺栓参数，实现根据螺栓孔自动布置锚固螺栓。

本发明具有以下优点：

1、模块化的dynamo代码，按照功能进行分类，便于快速修改和使用。

2、具有较强的适应性，可适用于小箱梁、t梁、板梁等不同形式的装配式公路梁桥。

3、建模速度快，可实现结构参数的批量化修改及添加。

4、利用dynamo编程自动计算结构空间位置、旋转角度及倾斜角度等数据，无需人工进行计算，仅提供确定相对位置所需参数即可，简化建模流程的同时提高建模精确度以及对不同桥型的适用性。

5、建立了能够满足病害要素表达需求的结构病害族。

6、按照结构面进行划分，利用预先建立的桥梁结构病害族，可实现以结构面为单位，一次性将该结构面上所有病害布置在相应位置，快速建立桥梁的病害信息模型。

7、适用于外贴材料（钢板或纤维材料）加固桥梁模型的建立，且对于粘贴钢板加固桥梁，能够实现锚固螺栓自动识别螺栓孔洞位置并进行布置。

附图说明

图1是本发明方法流程图；

图2是dynamo代码结构图。

图3是实际病害位置示意图。

图4是病害信息数据。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

步骤一（模型拆分）：按照功能将桥梁结构进行拆分，对于公路装配式梁桥，可将其拆分为七大类：主梁、横隔板、桥墩、桥台、桥面铺装、防撞护栏、支座。其中每一类可根据结构组成形式和截面形状进行细分，如主梁可细分为箱形梁、t形梁、板梁；横隔板可细分为端横隔板、中横隔板；对于公路装配式梁桥，桥墩常用形式为柱式墩，可根据柱式墩结构形式细分为无系梁柱式墩、单系梁柱式墩、双系梁柱式墩等，桩基础可集成于桥墩中，故可不进行单独分类；桥台可细分为：桩柱式桥台、肋板式桥台、重力式桥台；支座可细分为板式支座、盆式支座。

步骤二（基于revit建立参数化构件族库）：对于步骤一中的每一类构件，其结构形式和截面形状基本一致，比如对t形梁来说，截面形状均为t形，仅腹板厚度、截面高度、马蹄尺寸会发生变化，对于柱式桥墩，仅桥墩高度、墩柱直径、系梁位置和尺寸会发生变化。因此可将将构成每一类构件基本特征的几何要素定义为参数，通过这些参数的改变即可适应该类构件在不同桥梁中的使用，由此建立相应的revit族文件数据库，族文件以其结构类型和特征进行命名，如：箱型梁、t型梁、板梁、无系梁桩柱式桥墩、单系梁桩柱式桥墩、桩柱式桥台、肋板式桥台、端横隔板、中横隔板等。族文件制作时应注意参数改变后形状的变化是否符合预期目标，比如改变桩基长度时桩基应向下延伸；主梁长度发生改变时应保证端部变截面部分长度固定，仅中部等截面部分长度发生改变，若不符合预期目标，则应重新修改族文件的相应约束。

步骤三（建立桥梁结构数据库）：桥梁结构数据库主要分为三部分：桥梁线路信息数据库、结构布置信息数据库、各构件参数数据库。其中桥梁线路信息数据为数据库的核心数据，其获取方法为根据设计图纸中桥梁平面位置读取桥梁左右边线在桥梁起止线以及桥墩位置处的坐标。以这些坐标及坐标的连线为基准，根据桥梁横向布置以及竖向布置确定主梁横向分布、桥台及桥墩位置、支座位置以及横隔板位置坐标，将各部件定位所需数据均以参数形式放入excel表格中，形成结构布置信息数据库。然后根据设计图纸，将步骤二中建立的各构件参数化族所需的参数数据按照构件类别分别写入相应的excel表格中，形成构件参数数据库。

步骤四（编制建立桥梁模型的dynamo程序代码）：dynamo代码的编制主要分为三个部分，首先是对桥梁线路信息数据和结构布置信息数据的调用，通过dynamo与excel的数据接口读取相应表格中的数据，对数据进行分析与处理，得到各布置桥梁各部件所需的坐标。然后通过dynamo与revit的交互调用桥梁构件族库中所需族文件并放置在相应位置。最后调取构件参数数据库中数据并将之赋予revit中对应构件，完成对桥梁各构件的形状和结构编辑，形成桥梁bim模型。

步骤五（基于revit建立桥梁病害族库）：对于公路装配式梁桥的结构病害，主要有裂缝和混凝土耐久性病害两大类，其中混凝土耐久性病害又可分为混凝土破损、孔洞、蜂窝麻面等。对于裂缝，人们关注的要素为方向、长度及宽度，对于混凝土耐久性病害关注的要素为位置、面积，因此对于表示裂缝的族可采取基于两点所确定的梁族进行建立，梁截面形式可采取圆形截面，梁的两端点可以确定裂缝方向，截面直径可定义为裂缝宽度，能够满足对裂缝表达的需要；对于混凝土耐久性病害族可采用基于面的圆形或正方形进行表达，对于破损、孔洞、蜂窝麻面等不同类型病害可通过赋予族不同的材质进行区分，形状形心可确定病害发生位置，通过面积相等确定圆形直径或正方形边长，以表达病害面积的大小。

步骤六（建立桥梁病害信息数据库）：根据桥梁检测结果，以病害发生的结构面为平面建立坐标系，将结构裂缝的起止点坐标、宽度以及混凝土耐久性病害位置坐标、面积以参数形式写入excel文件中，构成桥梁病害信息数据库。

步骤七（编制建立病害模型的dynamo程序代码）：利用dynamo中选取结构面的代码在已建立好的桥梁结构中选取病害所在结构面，然后基于所选择结构面建立与确定病害位置坐标相同的坐标系，调用相应的桥梁病害族以及病害信息数据库，将结构病害放置在相应位置，形成包含桥梁病害的bim模型。

步骤八（基于revit建立桥梁加固构件族库）：本发明主要针对外贴式加固法建立桥梁加固bim模型，包括外贴纤维材料以及外贴钢板两种方法。外贴纤维材料及钢板均采用基于框架梁的族进行制作，对于外贴钢板族，除钢板宽度和厚度参数外，需将螺栓孔的分布规则作为参数以实现螺栓孔根据钢板长度进行自动布置。

步骤九（建立桥梁加固信息数据库）：根据加固设计图纸，确定外贴加固构件形状参数以及距离梁体端部距离、粘贴角度，粘贴长度、粘贴数量、螺栓孔布置、锚固螺栓尺寸等数据，写入excel文件中，构成加固信息数据库。

步骤十（编制建立加固模型的dynamo程序代码）：首先选取待粘贴钢板的结构面，建立相应平面坐标系，通过调取加固信息数据库获取外贴构件的位置坐标以及形状参数，将外贴构件布置在相应位置，对于外贴钢板加固法，还需进行锚固螺栓的布置，可通过选取钢板外侧平面，析取该平面所包含的所有线条元素，利用dynamo中布尔判断代码选取曲线起止点相同的元素，该元素即为螺栓孔外侧的圆曲线，然后以该曲线创建平面元素，获取该平面形心点即为螺栓孔圆心位置，以该圆心为起点沿垂直面的方向放置锚固螺栓并修改螺栓直径、长度等参数，可实现根据螺栓孔自动布置锚固螺栓，极大的提高了加固模型的建模效率。

以一座高速公路装配式小箱梁桥为例说明本发明的操作过程：

第一步：对结构进行拆分。通过对桥梁各部件几何特征的分析，可将结构拆分为：边跨边梁、边跨中梁、中跨边梁、中跨中梁、端横隔板、中横隔板、无系梁双柱墩、单系梁双柱墩、双系梁双柱墩、单系梁交界墩、双系梁交界墩、轻型桥台。

第二步：利用revit将步骤一中拆分构件制作为参数化族文件。根据设计图纸，各主梁截面几何形状固定，端部变截面长度固定，仅中部等截面部分长度随跨径不同发生变化，根据此特征分别建立符合需求的各类梁族，对于同类型桥墩和桥台，墩柱高度、墩柱间距、桩基直径、桩基长度、系梁尺寸、系梁位置及盖梁尺寸等参数发生改变，在制作相应族文件时将对应几何要素设置为参数形式。

第三步：建立桥梁结构数据库。根据设计图纸，获取桥梁左右边线与桥梁起止线以及墩台位置的交点坐标，以此坐标及坐标连线为基准，按照结构横向布置图获取确定主梁横向布置所需参数，如主梁间距、主梁个数、横坡等；按照竖向布置图获取确定墩台竖向布置所需参数，如梁高、支座高度、垫石高度等。然后确定各构件参数值，如墩柱高度、墩柱直径、墩柱间距、系梁宽、系梁高、系梁距盖梁间距、桩基直径、桩基长度、两系梁间距等。

第四步：编制建立桥梁模型所需dynamo代码。根据以桥梁线路信息数据确定桥梁横向及竖向布置的方法编制dynamo中数据处理代码，通过对桥梁线路信息数据和结构布置信息数据的分析及处理得到确定桥梁各构件空间位置所需坐标，并根据各构件空间关系（夹角、旋转、垂直等）通过dynamo与revit的交互功能对构件的空间位置进行修正，然后利用dynamo读取模型中各构件相应参数并将结构参数数据库中相应数据赋值，完成桥梁模型的建立并进行检查，错误之处可通过修改dynamo相应代码进行修正。

第五步：建立桥梁病害族以及病害数据库。按照本发明步骤五中所述建立桥梁裂缝族以及混凝土病害族。同时根据检测结果以病害所处结构面为平面，将病害坐标、面积等参数写入excel文件中，具体如图3、4所示。

第六步：编制建立病害模型所需dynamo代码。通过dynamo编程拾取revit模型中病害所处结构平面，并在此平面建立用户坐标系，通过对病害族以及病害信息数据的的调用将该平面上所有病害附加在桥梁模型上，得到桥梁病害信息模型。

第七步：建立加固构件族库以及加固数据库。以本示例外贴钢板加固为例，分别建立抗剪加固钢板以及抗弯加固钢板族库，加固钢板族建立时注意需将螺栓孔的分布规则作为参数以实现螺栓孔根据钢板长度进行自动布置。根据加固图纸将粘贴位置距梁体端部距离、粘贴角度，粘贴长度、粘贴数量、螺栓孔布置、锚固螺栓尺寸等数据，写入excel文件中，得到加固信息数据库。

第八步：编制建立加固模型的dynamo程序代码。通过dynamo编程拾取revit模型中待粘贴钢板的结构面，并在此平面建立用户坐标系，通过对加固族以及加固信息数据的的调用将该平面上外贴钢板附加在桥梁模型上，然后调用布置螺栓的dynamo代码模块，选取待布置螺栓的钢板表面，布置锚固螺栓，完成加固模型的建立。

本发明基于revit和dynamo可视化编程软件，结合公路预制装配式梁桥的结构特点，建立了相应的快速参数化建模方法，简化了桥梁模型的建模流程，提高了建模效率。同时面向bim技术在桥梁运维阶段的应用需求，建立了桥梁病害模型和加固模型的快速建模方法，有利于推动bim技术在桥梁工程中的进一步应用。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。