一种高架结构BIM模型建模设计方法与流程

本发明属于高架设计技术领域，具体涉及一种高架结构BIM模型建模设计方法。

背景技术：

在国内公路、轻轨、市政等基础交通建设当中，目前其高架结构常用的设计方法为：(1)利用高架结构线路平面，结合地形、规划路网等控制因素布置下部结构，生成高架结构设计平面图；(2)利用高架结构线路纵断面，结合平面设计、构造尺寸等信息布置桥梁上下部结构，生成高架结构设计立面图。

很明显看出，上述的高架结构的设计方法仍然停留在二维设计阶段，其存在以下缺点和局限：(1)设计成果为二维图纸，无法如三维模型那样直观；(2)平面图和立面图属于相对割裂的两个部分，无法做到联动修改，在设计过程中，若线路变化或者设计局部调整时，需要同时对平面图和立面图进行修改，工作量巨大。而且，当前也没有一款合适的设计软件可直接用于高架结构的设计当中，以解决当前存在的技术问题。

BIM(建筑信息模型)作为一种新兴的建筑模型设计方法，其具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等优异特点。但是，BIM目前还处于概念模式，并未被投入到实际的工程设计当中。

因此，如何结合BIM技术寻找一种更优的高架结构设计方法，成为众多工程设计行业人士努力研究的方向。

技术实现要素：

为了解决现有技术所存在的缺陷，本发明提供了一种全新的高架结构设计方法，其结合BIM技术实现了高架结构三维可视化，生成的模型非常直观，而且易于对模型进行修改。

首先，对以下名词或术语进行解释说明：

(1)线路里程点：依据市政、轨道交通、公路等设计线路特定距离确定的位置；

(2)相减：三维操作术语，布尔求差运算。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

一种高架结构BIM模型建模设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于提取的线路平面和纵断面数据，生成空间三维线路；

S2、提取墩位平面中心点的位置和其对应的下部结构类型，生成对应的墩下部结构各构件的初始模型，进而生成下部结构三维模型；

S3、提取各线路里程点对应的上部标准结构轮廓参数，生成各线路里程点的最终上部结构轮廓，然后基于空间三维线路扫掠放样生成上部结构三维模型；

S4、生成高架结构的完整BIM模型。

进一步的，在所述步骤S4后，还包括有：

S5、在高架结构的完整BIM模型中，为其中的每个结构添加非几何信息。

进一步的，在所述步骤S5后，还包括有：

S6、根据工程需要，查询、修改高架结构的完整BIM模型中的结构的几何信息和/或非几何信息。

进一步的，在步骤S1中，生成空间三维线路的子步骤包括：

S11、基于提取的线路平面和纵断面数据，提取多个相应点的X1、Y1、Z1坐标；

S12、根据多个相应点的X1、Y1、Z1坐标，利用曲线拟合方式生成空间三维线路。

进一步的，在步骤S2中，生成下部结构三维模型的子步骤包括：

S21、提取墩位平面中心点的位置和其对应的下部结构类型，根据墩位平面中心点的位置建立相应的第一局部坐标系，读取支座垫石、桥墩、承台、桩基的数据，以依次生成支座垫石、桥墩、承台、桩基，进而生成基于墩位平面中心点的下部结构；

S22、将下部结构映射到空间三维线路的曲线中对应的承台顶部中心点处，生成下部结构三维模型。

进一步的，所述支座垫石的数据包括个数、间距、尺寸、高度；所述桥墩的数据包括墩型、尺寸、墩高；所述承台的数据包括类型、尺寸、高度；所述桩基的数据包括根数、间距、直径、桩长。

进一步的，在步骤S3中，生成上部结构三维模型的子步骤包括：

S31、根据设计信息、一联桥梁指定位置的截面轮廓信息以及二者与线路中心线的关系，得到各线路里程点的相应空间点，其中，截面轮廓可以变高、变宽，且截面轮廓还可以设置超高；

S32、以各相应空间点为原点建立相应的第二局部坐标系，其中，以空间点所在线路平面曲线的切线方向为Z2轴，法线方向为X2轴；

S33、对于各线路里程点，提取其对应的上部标准结构轮廓参数，在其相应的第二局部坐标系中生成各相应空间点位置的结构外部轮廓截面和内部空腔截面，从而生成各线路里程点的最终上部结构轮廓，其中，该最终上部结构轮廓可变；

S34、将各线路里程点的最终上部结构轮廓基于空间三维线路扫掠放样，所得到的各三维实体执行相减操作，生成上部结构三维模型。

进一步的，所述非几何信息包括有里程、设计单位、使用单位、混凝土等级、钢筋保护层厚度、钢筋强度、主筋规格、预应力规格、桩基长度。

进一步的，所述几何信息包括有结构的空间位置、桥下净空、跨度、构造尺寸。

进一步的，在高架结构的完整BIM模型中增加工作模板。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

(1)对于本发明，其首先生成空间三维线路，然后在该空间三维线路的基础上可以针对各种类别的桥梁上、下部结构分别迅速创建相应的三维信息模型，最终生成完整的BIM模型，从而实现高架结构设计的三维可视化。在本发明中，模型建立后，不仅可以直观地查看桥梁结构的空间位置、桥下净空、跨度、构造尺寸等信息是否满足工程要求，而且，通过更新线路和输入数据即可对模型进行修改，非常方便。因此，本发明非常符合现代交通工程建设的实际需求，在高架结构相关的基础交通建设领域具有广阔的市场前景。

(2)对于本发明，其建立的模型除了包含结构的几何信息，还可以根据工程的实际需要添加非几何信息，从而建立起高架结构全生命周期数据库，进而为后期运营维护提供更多的依据。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明所述高架结构BIM模型建模设计方法一实施方式的步骤示意图；

图2是采用本发明生成的空间三维线路示意图；

图3是采用本发明生成的下部结构三维模型示意图；

图4是采用本发明生成的上部结构三维模型示意图；

图5是采用本发明生成的高架结构的完整BIM模型示意图；

图6是采用本发明生成的高架结构的完整BIM模型的局部示意图。

附图标记说明：

1、空间三维线路；2、下部结构三维模型；3、上部结构三维模型；4、高架结构的完整BIM模型。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1～图5所示，本实施例公开了一种高架结构BIM模型建模设计方法，包括以下步骤：

S1、基于提取的线路平面和纵断面数据，生成空间三维线路1。

对于本实施例，在步骤S1中，生成空间三维线路1的子步骤具体包括：

S11、基于提取的线路平面和纵断面数据，提取多个相应点的X1、Y1、Z1坐标。

S12、根据多个相应点的X1、Y1、Z1坐标，利用曲线拟合方式生成空间三维线路1，其中，曲线拟合方式包括有nurbs曲线拟合等。

S2、提取墩位平面中心点的位置和其对应的下部结构类型，生成对应的墩下部结构各构件的初始模型，进而生成下部结构三维模型2；其中，下部结构三维模模型2的尺寸、形状等可以按提取的各相关参数进行修改。

对于本实施例，在步骤S2中，生成下部结构三维模型2的子步骤具体包括：

S21、提取墩位平面中心点的位置和其对应的下部结构类型，根据墩位平面中心点的位置建立相应的第一局部坐标系(以墩位平面中心点所在平曲线的法线方向为X3轴，切线方向为Y3轴)，读取支座垫石、桥墩、承台、桩基的数据，以依次生成支座垫石、桥墩、承台、桩基，进而生成基于墩位平面中心点的下部结构。

其中，墩位平面中心点的位置的一种提取方法为：将空间三维线路1投影至大地平面(Z1＝0)以得到投影平面线路曲线，然后根据起点里程、跨度等信息在投影平面线路曲线上提取墩位平面中心点的位置。当然，墩位平面中心点的位置还可以有其它提取方法，均属于本发明的等效保护范围。

其中，支座垫石的数据包括个数、间距、尺寸、高度等，桥墩的数据包括墩型、尺寸、墩高等，承台的数据包括类型、尺寸、高度等，桩基的数据包括根数、间距、直径、桩长等。

S22、将步骤S21所述的下部结构映射到空间三维线路1的曲线中对应的承台顶部中心点处，生成下部结构三维模型2。

在本实施例中，也可以批量输入里程、跨度等工程信息，从而批量生成基于墩位平面中心点的下部结构类型，实现高架结构的下部结构布置，生成下部结构三维模型2。

S3、提取各线路里程点对应的上部标准结构轮廓参数(包括有转角、形状、梁高等变化参数)，生成各线路里程点的最终上部结构轮廓，然后基于空间三维线路1扫掠放样生成上部结构三维模型3。

对于本实施例，在步骤S3中，生成高架结构的上部结构三维模型3的子步骤具体包括：

S31、根据设计信息、一联桥梁指定位置的截面轮廓信息以及二者与线路中心线的关系，得到各线路里程点的相应空间点，其中，截面轮廓可以变高、变宽，且截面轮廓还可以设置超高。

S32、以各相应空间点为原点建立相应的第二局部坐标系，其中，以空间点所在线路平面曲线的切线方向为Z2轴，法线方向为X2轴。

S33、对于各线路里程点，提取其对应的上部标准结构轮廓参数，在其相应的第二局部坐标系中生成各相应空间点位置的结构外部轮廓截面和内部空腔截面，从而生成各线路里程点的最终上部结构轮廓，其中，该最终上部结构轮廓可变。

S34、将各线路里程点的最终上部结构轮廓基于空间三维线路1扫掠放样，所得到的各三维实体执行相减操作，生成上部结构三维模型3。

S4、生成高架结构的完整BIM模型4。

通过步骤S1～S4，生成了高架结构的完整BIM模型4，其非常形象直观。而且，对于该高架结构的完整BIM模型4，在设计过程中，若线路变化和设计局部调整时，只需对应更新输入数据，重新生成模型即可，换言之，采用本实施例所述高架结构BIM模型建模设计方法生成的模型易于修改，修改工作量很少，有利于提高工作效率。

S5、在高架结构的完整BIM模型4中，为其中的每个结构添加非几何信息。

其中，非几何信息包括有里程、设计单位、使用单位、混凝土等级、钢筋保护层厚度、钢筋强度、主筋规格、预应力规格、桩基长度等。

通过步骤S5，采用本实施例所述高架结构BIM模型建模设计方法生成的模型建立起了高架结构全生命周期数据库，从而为后期运营维护提供很多依据。

S6、根据工程需要，查询、修改高架结构的完整BIM模型4中的结构的几何信息和/或非几何信息。

其中，几何信息包括有上部结构、下部结构的构造，更具体的，其包括有结构的空间位置、桥下净空、跨度、构造尺寸等。

在本实施例中，也可以仅简单地任意查看模型中的相关信息，比如查询墩梁连接处的构造(如图6所示)等，而模型并没有被更新修改，明显的，本发明很好地满足实际工程需求。

此外，在本实施例中，在高架结构的完整BIM模型4中增加工作模板，以支持更多的梁型和墩型，从而使得本发明能够满足更多的工程实际需求。

本实施例所述高架结构BIM模型建模设计方法的其它部分参见现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。