基于BIM的桥梁三维模型构建方法与流程

本发明涉及桥梁工程bim技术领域，特别是基于bim的桥梁三维模型构建方法。

背景技术：

随着计算机技术和网络技术的发展，信息化程度越来越高，业主对工程设计的要求不仅限于二维的平面设计图纸交付，而希望有更直观和信息量更全面的设计交付形式，以方便后期采购、施工以及管理养护。传统的二维设计图纸已经不能满足以上要求特点。在设计阶段有效应用bim技术，不仅可以有效地提高工程设计的质量、效率和水平，最大限度地节约人力物力和缩短设计周期，而且能够将三维信息模型向下游传递，实现bim在建造全生命周期的应用价值。

目前，实现建立桥梁bim模型的软件有autodesk公司的revit，bentley公司的powercivil以及dassualtsystems公司的catia等软件，但这些软件主要面向建筑业或制造业开发的，无法适应公路交通行业的需求,在建立桥梁模型的便捷性方面有待于进一步开发。现有的bim模型应用于桥梁建模存在的问题主要是：

1.不符合公路行业桥梁设计的习惯，只能满足三维建模要求；

2.没有适合规范和工程经验的构件库；

3.桥梁结构各组成部分参数约束复杂，导致建模效率很低；

4.建模没有基于三维路线信息，定位采用坐标而不是桩号和高程，当路线信息发生变化时，桥梁结构很难做相应调整。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的是提出一种基于bim的桥梁三维模型构建方法。通过优化桥梁模型，实现桥梁组件的参数化、标准化，缩短建模时间，提高设计效率和质量。

本发明针对桥梁拆分成最小的构件，根据相互关联特征，将桥梁所有部件组装，形成桥梁bim模型；上述方法形成的结构关系灵活，局部改变不会严重影响整体，完全满足设计需求，适应性强。

本发明实现上述目的采取的技术方案是：一种基于bim的桥梁三维模型构建方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：对桥梁整体结构分解成桥梁组件，并规范性的进行分类；

步骤二：对桥梁组件细分为构件以及图元，并进行参数化，编制几何构造尺寸对应的参数表；

步骤三：对桥梁组件三维模型组装和定位，确定并定义构件控制点和相对空间位置关系，组装构件成为组件，存储在组件模板库中，定义组件控制点；

步骤四：提取项目的三维路线信息，确定路线的桩号和设计高程；

步骤五：对组件三维模型进行装配，在路线信息的基础上，利用定位参数确定组件模型位置，调用type方法，使组件之间自动进行参数化装配。

本发明所述桥梁结构体划分成图元element、构件component及组件assembly三个层次，并通过定义id关键字对其进行规范性分类。

本发明所述参数化构件的主要参数包括断面参数、高度参数、定位参数。

本发明所述桥梁组件分为上部构件、下部构件和附属构件，其中：上部构件的组件模型包括装配式预制空心板、装配式预制小箱梁、装配式预制t梁、现浇箱梁；下部构件的组件模型包括耳背墙、盖梁、挡块、立柱、承台、基桩；附属构件的组件模型包括支座、伸缩缝、护栏、桥面铺装、排水设施。

本发明所述三维建模中，装配桥梁组件模型的各个组件控制点之间的空间相对关系调用为识别桥梁组件避免出现系统错误而采用id表示的定义函数，将各个组件关联起来。

本发明所述桥梁组件模板库利用代码实现每个id代表一个类型桥梁组件模型，模板库中存储了多个id。

本发明所述三维桥梁模型可通过fbx文件格式与vr对接。

本发明通过把桥梁结构分解成多个独立的组件，建立参数化三维组件模型，并搭建组件模型库。根据桥位处的地形、地势等实际情况，通过对三维组件进行修改更新和重复利用，工程师可快速调用组件库的上部结构和下部结构模型，进行桥梁结构的搭积木式的设计，完成桥梁的三维模型设计，极大的减轻建模人员的工作量。工程师可以将工作重心放在方案优化和设计创新等更有价值的方面。该发明通过装配式桥梁三维模型的快速创建，显著地提高设计工作质量和设计效率。

本发明所述将桥梁组件进行规范性分类（桥梁组件有多种类型）是把相同类型桥梁组件规范为同一类，存储在管理族库中便于管理，也便于设计人员根据工程需求直接调用。所述桥梁组件三维模型组装和定位，是根据桥梁几何结构确定桥梁构件之间的相对空间关系进而定义构件空间坐标点，定义相关的参数变量，由参数变量表示构件之间相对关系，以确定构件之间的空间位置。当赋予参数变量某个数值时，桥梁构件之间的位置也就确定下来，桥梁组件也就形成；所述装配组件三维模型，定义定位参数进而确定组件模型空间位置，调用type方法如组合（pointpositioning）、排列（matrixdistributing）等方法，使组件之间自动进行参数化装配。

附图说明

图1为本发明桥梁构件的参数化模型菜单。

图2为图1菜单生成的参数化模型。

图3为桥梁构件装配的组件模型菜单。

图4为图3菜单生成的组件模型。

图5为桥梁组件之间的组装模型。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，但本发明不局限以下实施例。

如图1-4所示，本实施例所述基于bim的桥梁三维模型构建方法，包括以下步骤：

步骤一：对桥梁整体结构体对象进行划分：将桥梁结构体划分成三个层次：图元element、构件component及组件assembly。根据桥梁的功能区别，将桥梁拆分成上部结构组件和下部结构组件。上部结构组件包括箱梁、t梁、空心板等组件；下部结构组件包括桥台、桥墩、基桩、盖梁等组件。所述组件可拆分成长方体、正方体、菱形、梯形等三维实体构件。所述三维实体构件可通过二维几何图形经过拉伸形成。

根据桥梁上下部几何结构进行划分。划分的目的是使划分后的桥梁几何构件分别建立参数化组件，将参数化组件组装成参数化桥梁模型。规范性分类：因为建立桥梁参数化模型是先建立图元（桥梁构件的几何图形），由图元建立桥梁构件（将桥梁几何图形经过拉伸等定义类型形成三维构件模型构件），最后桥梁构件组装成桥梁模型组件，根据这种思路编制桥梁组件更简单快速。具体分类：根据[element]（在编制的代码前添加[element]表示实现的是几何图形）、[component]（与前面类似表示代码实现桥梁构件的参数化组件）、[assembly]（桥梁参数化模型组件）；

步骤二：确定构件几何尺寸的参数表，实现桥梁构件参数化：由二维图元通过拉伸、扫描等方法形成构件，再由构件通过组合、并交差、排列、变换等操作形成组件，其中组合是通过使用pointpositioning实现的，排列是通过matrixdistributing实现的。所述参数化构件的主要参数包括断面参数、高度参数、定位参数等。利用参数驱动桥梁构件模型，修改参数化表中相关桥梁的参数值进而驱动桥梁构件模型，桥梁模型也随着改变，定义的桥梁部件尺寸关联的参数在修改或者调用模型的时候在参数化表中显示出来。

步骤三：桥梁组件的组装及定位：根据桥梁组件之间的实际空间位置，选择组件的控制点、定义桥梁组件的控制点，由桥梁构件之间的相对位置关系，定义参数变量，确定各个构件参数化空间坐标；利用参数变量，确定所述各组件控制点的空间相互关系和参数化空间坐标，组装构件成为组件，存储在组件模板库中。

步骤四：通过软件相关操作提取项目（桥梁）所需的三维路线信息，即三维路线的平面、纵断面的数据，确定路线各桩号对应三维坐标数据以及对应横坡数据，确定路线的桩号和设计高程；

步骤五：桥梁组件的集成装配：结合桥梁实际情况，通过工程师输入控制条件，例如中心桩号、跨径布置、墩台构造形式、上部结构等，程序从组件库中调用组件；根据工程师修改桥梁组件的参数，程序通过定义的相对位置的参数确定组件模型的放置位置，使用type方法自动装配成桥梁模型，生成桥梁三维模型。

桥梁组件是整个桥梁设计的基础，基本结构分为上部构件、下部构件和附属构件。其中：上部构件的组件模型细化为装配式预制空心板、装配式预制小箱梁、装配式预制t梁、现浇箱梁；下部构件的组件模型细化为耳背墙、盖梁、挡块、立柱、承台、基桩；附属构件的组件模型细化为支座、伸缩缝、护栏、桥面铺装、排水设施等结构，划分的每个组件是由三维构件构成，构件层层进行分解成图元。

在桥梁工程三维建模过程中，装配桥梁组件模型的各个组件控制点之间的空间相对关系调用为识别桥梁组件避免出现系统错误而采用id表示的定义函数（指开发人员将编制的每一个参数化桥梁组件都自定义一个id，每一个id都代表了一个参数化桥梁组件如框架承台三墩柱的id=_pcc），将各个组件关联起来；桥梁各个组件是独立进行设计建模的，在进行组件总体组合时，即使出现错误只需修改相应的组件。该定义函数不仅为了识别该参数化桥梁组件，也为了使存储库中每个组件命名都不一样，避免系统出现错误。

所述桥梁组件模板库利用代码实现每个id代表一个类型桥梁组件模型，模板库中存储了多个id，直接在模板库中调用函数就会出现相应的可视化桥梁模型；组件的构造几何参数以参数表的形式显示出来，可以直接在参数表中进行修改，实现设计期望的桥梁组件模型。

根据桩号将装配完整的桥梁模型与三维空间路线融合成统一的场景中，用户可以多角度在三维场景对模型进行自由旋转、缩放操作，便于用户更加清晰的观察桥梁模型结构。同时，也可以在三维场景中查看桥梁各个构件模型的相关信息。

软件可将模型导出dwg、fbx、obj等常用三维数据格式，导出的fbx、dwg文件可以与revit平台对接，便于后续批量修改模型属性和相关的量计算。

三维桥梁模型可通过fbx文件格式与vr对接，通过对vr的二次开发实现手柄对桥梁三维模型的操作，形成人与虚拟现实的互动。

本实施例通过把桥梁结构拆分成最小构件的图元，根据相互关联特征，构成整体，在构建的模板库中选择不同类型桥梁，进行构件改进设计，可以快速完成桥梁的三维模型设计，提高设计工作质量和设计效率。