本发明涉及一种铁路桥梁的工程设计方法，具体地说是一种二维化铁路桥梁三维bim快速建模方法。
背景技术：
bim（buildinginformationmodeling）是一种以三维图形为载体同时可以加载上众多相关工程、时间或成本等的信息模型的构建与应用技术，可以通过计算机建模方法加以实现，为建筑工程从设计、建造到运维全过程提供一种高效、协同、可视、甚至智能的工程应用支持。目前，bim技术已经成为建筑、水利、公路及铁路交通基础设施等工程建设领域的一个热点信息技术，并已成为工程建设领域企业挖潜增效、提升企业竞争力的发展战略。
在铁路工程建设领域，能够符合我国铁路桥梁布置规范的桥梁三维bim模型构建是铁路工程建设bim应用的基础性关键技术，尽管可以采用国际主流品牌三维bim软件实现铁路桥梁bim建模，但还存在建模方法较为复杂、建模效率不高的问题。
技术实现要素：
本发明的目的就是提供一种二维化铁路桥梁三维bim快速建模方法，以实现铁路桥梁空间三维轮廓的简便、快速、高效的建模。
本发明是这样实现的：一种二维化铁路桥梁三维bim快速建模方法，包括以下步骤：
a、根据包括线路的平面中线信息、竖曲线信息和线路断链信息在内的线路信息，建立铁路桥梁所在线路段的线路信息模型；
b、将铁路桥梁中的所有桥墩分解为顶帽、墩身和基础这三个组成部分，并根据结构、形状和/或尺寸的不同，对顶帽、墩身和基础分别进行分类，利用交互式绘图软件分别绘制每一类顶帽、每一类墩身和每一类基础的二维几何图形，合并图形，对应构成每一类顶帽的二维几何图形对象、每一类墩身的二维几何图形对象和每一类基础的二维几何图形对象；
c、将每一类顶帽的二维几何图形对象通过交互式绘图软件转化成为二维功能图形对象，构成顶帽模板对象，再输入包括顶帽参数、顶帽模板名称、混凝土等级、钢筋型号与数量在内的工程信息，形成顶帽信息模型，称之为顶帽模板；当转化成的二维功能图形对象不能完整描述该类顶帽的三维几何构造信息时，需要利用交互式绘图软件或其它第三方bim软件建立局部坐标系下的顶帽三维模型，并与顶帽模板建立连接关系；
d、将每一类墩身的二维几何图形对象通过交互式绘图软件转化成为二维功能图形对象，构成墩身模板对象，再输入包括墩身纵向坡率、墩身横向坡率、墩身模板名称、混凝土等级、钢筋型号与数量在内的工程信息，并根据该桥墩在线路上的具体位置，确定或修改桥墩墩身的基准点的位置，由此形成墩身信息模型，称之为墩身模板；当转化成的二维功能图形对象不能完整描述该类墩身的三维几何构造信息时，需要利用交互式绘图软件或其它第三方bim软件建立局部坐标系下的墩身三维模型，并与墩身模板建立连接关系；
e、将每一类基础的二维几何图形对象通过交互式绘图软件转化成为二维功能图形对象，构成墩身模板对象，再输入包括承台高程、基础模板名称、混凝土等级、钢筋型号及数量在内的工程信息，并根据该桥墩在线路上的具体位置，确定或修改桥墩基础的基准点的位置，由此形成基础信息模型，称之为基础模板；当转化成的二维功能图形对象不能完整描述该类基础的三维几何构造信息时，需要利用交互式绘图软件或其它第三方bim软件建立局部坐标系下的基础三维模型，并与基础模板建立连接关系；
f、对铁路桥梁中的所有主梁进行分类，通过交互式绘图软件分别绘制每一类主梁的主梁纵断面、主梁横断面和主梁腹板的二维几何图形，合并图形，对应构成每一类主梁的主梁纵断面的二维几何图形对象、主梁横断面的二维几何图形对象和主梁腹板的二维几何图形对象，通过交互式绘图软件将每一类主梁的上述二维几何图形对象分别转化成为二维功能图形对象，在输入包括主梁模板名称、混凝土等级、钢筋型号与数量在内的工程信息后构成主梁信息模型，称为主梁模板；当某一类主梁所转化成的上述三种二维功能图形对象不能共同完整描述该类主梁所对应的三维几何构造信息时，需要利用交互式绘图软件或其它第三方bim软件建立局部坐标系下的主梁三维模型，并与主梁模板建立连接关系；
g、以参数化或二维功能图形对象的形式建立铁路桥梁的立面布置信息和平面布置信息；
h、结合步骤a—步骤g得到的所有信息模型以及特例情况下建立的三维模型及连接关系，利用交互式绘图软件生成铁路桥梁的三维bim模型，该三维bim模型可以构建在交互式绘图系统中，或是构建在第三方bim建模软件中。
步骤h的具体实施方式包括以下步骤：
h-1利用线路信息模型创建线路的线路平面中线模型和线路竖曲线模型，线路平面中线模型与线路竖曲线模型结合线路断链信息，用于计算线路上各里程桩号的中桩及边桩的三维坐标；
h-2利用构建的线路信息模型、顶帽信息模型、墩身信息模型、基础信息模型、主梁信息模型、铁路桥梁的立面布置信息和平面布置信息，分析得出每一梁缝桩号所对应桥墩的三维几何构造信息及其在线路上的定位信息，包括桥墩所对应的顶帽模板、墩身模板、基础模板、墩身长度、桩基长度，桥墩位置的曲线偏心、预偏心、左梁缝值、右梁缝值、桥墩纵向偏心，桥墩所在的左线与右线之间的线间距；并分析得出给定梁缝桩号的桥墩在大里程侧所对应的主梁模板；
h-3利用建立的线路平面中线模型和竖曲线模型，以及每一梁缝桩号所对应桥墩的三维几何构造信息及其在线路上的定位信息，根据给定梁缝桩号的桥墩在大里程侧所对应的主梁模板，并根据铁路桥梁的平分中矢法或切线布置法原则，同时考虑桥墩曲线偏心、预偏心及纵向偏心的影响，计算出每一梁缝桩号所对应的顶帽模板、墩身模板和基础模板的基准点在线路平面坐标及竖向上的高程位置，以及主梁中心线的两个端点在线路上的平面坐标和竖向高程位置；
h-4根据每一梁缝桩号的桥墩所在的顶帽模板的模型信息、墩身模板的模型信息、基础模板的模型信息和主梁模板的模型信息，连同桥梁立面和平面布置信息中的基础的桩基长度和墩身的高度等信息，构建出加载有工程信息的桥墩的三维图形以及每两相邻桥墩之间的主梁的三维模型，并通过平移、旋转的计算方式，将桥墩和主梁顺次定位在线路的相应位置上，由此得到铁路桥梁的三维bim模型的三维信息模型。
本发明中提及的“二维功能图形对象”是一种交互式图形系统中的二维图形对象，具有以下基本特征：
1、功能图形对象是一种交互式图形系统中的二维图形对象，它具有与传统的二维几何图形对象基本相同的交互式几何操作功能，即能够以图形交互方式与用户进行交互，可以被选择、移动、删除、复制、旋转、放大与缩小、阵列、分解、合并等操作。
2、功能图形对象具有多样化的显示状态，但每一类型的功能图形对象具有相同的工程属性信息和专业功能。功能图形对象有其独立的属性对话框作为操作界面，用户可以通过鼠标单击或双击事件打开其属性对话框，在属性对话框上，显示有用户关心的工程信息，以及与图形对象相关的各种专业功能按钮命令，通过操作专业功能按钮命令，可以实现与功能图形对象相关的专业功能，如计算、查询、创建其它功能图形对象等。
3、功能图形对象创建方法包括以下三种：
（1）参数化创建；
（2）通过其它功能图像对象自动创建；
（3）强制转化法创建。
其中，强制转化法创建功能图形对象的基本步骤是：首先，需要选中一个或多个二维的图形对象；其次，通过某一鼠标操作将其转化为有工程属性和专业功能的功能图形对象。强制转化创建是否成功的关键在于，对原始的图形对象的几何形状及图形对象上线段间的垂直、相交、平行、封闭、端点首位相连、两点重合等线元关系的分析和识别，在满足工程约束条件后才能将其转化为相应的功能图形对象，并自动加载上相应的工程信息，使其具有一定的专业功能。
本发明将铁路桥梁三维轮廓的bim建模过程变成为简单地操作二维功能图形对象以及局部的三维模型建模的过程，从而有效地解决了铁路桥梁空间三维轮廓的bim建模问题，由此实现了铁路桥梁三维轮廓bim建模过程的简单化和高效率。
附图说明
图1、图2是两种桥墩的分割示意图。
图3是基础部分的几何图形。
图4是墩身部分的顶部截面几何图形。
图5是顶帽平面几何图形。
图6是顶帽的主要参数设置示意图。
图7是主梁纵断面的平面图形。
图8是主梁横断面的平面图形。
图9是主梁腹板的平面图形。
具体实施方式
本发明二维化铁路桥梁三维bim快速建模方法包括以下步骤：
一、根据包括线路的平面中线信息、竖曲线信息和线路断链信息在内的线路信息，建立铁路桥梁所在线路段的线路信息模型。
线路信息模型包含线路的平面中线信息、竖曲线信息和线路断链信息。线路平面中线信息通过线路左线交点转折线的交点坐标、交点处的曲线半径和缓和曲线长度，以及以曲线上某一主点桩号描述。竖曲线信息通过竖曲线变坡点里程、曲线半径和高程描述。断链信息通过断链前里程和断链后里程描述。
二、如图1、图2所示，将铁路桥梁的桥墩分解为顶帽1、墩身2和基础这三个组成部分。桥墩的基础包括桩基31和承台32，承台32可以是单级承台（图1）或多级承台（图2）；墩身2为墩身顶部截面最小位置到承台顶面的部分；墩身2以上的部分为顶帽1。将所有桥墩上的所有顶帽按照顶帽形状相同、尺寸一致即归为一类的方式进行分类，利用交互式绘图软件绘制每一类顶帽的二维几何图形，合并图形，构成每一类顶帽的二维几何图形对象。将所有桥墩的所有墩身按照墩身顶部截面相同且墩身的纵向坡率相同、墩身的横向坡率相同即归为一类的方式进行分类，利用交互式绘图软件绘制每一类墩身的二维几何图形，合并图形，构成每一类墩身的二维几何图形对象。将所有桥墩的所有基础按照桩基直径、平面布置方式以及承台的形状和尺寸对应相同即归为一类的方式进行分类，绘制每一类基础的二维几何图形，合并图形，构成每一类基础的二维几何图形对象。
三、基础模板按以下步骤创建：
3-1利用交互式绘图软件绘制由承台平面轮廓、桩基平面轮廓构成的二维几何图形，并将它们合并成一个图形整体，即为基础的二维几何图形对象（图3）。图3中，34为桩基平面轮廓，36为一级承台轮廓，35为二级承台轮廓，合并图形成为桥墩基础的二维几何图形，并标注好基准点37，即构成基础的二维几何图形对象。
3-2选中步骤3-1中所绘制的二维几何图形对象，利用交互式绘图软件将其转化成二维功能图形对象，打开其属性对话框，输入各级承台高程、基础模板名称、混凝土等级、钢筋型号与数量等工程信息，再根据该桥墩在线路上的具体位置，确定或修改桥墩基础的基准点的位置，由此形成顶帽信息模型，此即为基础模板。
3-3基础模板的基准点是基础模板所对应的桥墩布置到线路平面中线上的定位点，缺省的基准点位置在基础模板的中心，也可以根据桥墩与线路的实际平面关系进行修改。
3-4当转化成的二维功能图形对象不能完整描述该类基础的三维几何构造信息时，需要利用交互式绘图软件或其它第三方bim软件建立局部坐标系下的基础三维模型，并与基础模板建立连接关系。
四、墩身模板按以下步骤创建：
4-1利用交互式绘图软件绘制墩身顶部截面的二维几何图形（图4），并将它们合并成一个图形整体，即为墩身的二维几何图形对象。
4-2选中步骤4-1所绘制的二维几何图形对象，利用交互式绘图软件将其转化成二维功能图形对象，打开其属性对话框，输入墩身纵向坡率、墩身横向坡率、墩身模板名称、混凝土等级、钢筋型号与数量等工程信息，并根据该桥墩在线路上的具体位置，确定或修改桥墩墩身的基准点的位置，由此形成墩身信息模型，此即为墩身模板。
4-3步骤4-2所述的墩身模板的基准点是墩身模板所对应的桥墩布置到线路平面中线上的定位点，缺省的基准点位置在墩身模板的中心，也可以根据桥墩与线路的实际平面关系进行修改。
4-4当转化成的二维功能图形对象不能完整描述该类墩身的三维几何构造信息时，需要利用交互式绘图软件或其它第三方bim软件建立局部坐标系下的墩身三维模型，并与墩身模板建立连接关系。
五、顶帽模板按以下步骤创建：
5-1利用交互式绘图软件绘制顶帽轮廓、顶帽底面轮廓、垫石轮廓、高低台分界线构成的顶帽平面的二维几何图形，并将它们合并成一个图形整体，即为顶帽的二维几何图形对象（图5）。
5-2选中步骤5-1所绘制的二维几何图形对象，利用交互式绘图软件将其转化成二维功能图形对象，打开其属性对话框，输入顶帽参数、顶帽模板名称、混凝土等级、钢筋型号与数量等工程信息，并根据该桥墩在线路上的具体位置，确定或修改桥墩顶帽的基准点的位置，由此形成顶帽信息模型，即为顶帽模板。顶帽的主要参数标识如图6所示。
5-3步骤5-2所述的顶帽模板的基准点是顶帽模板所对应的桥墩布置到线路平面中线上的定位点，缺省的基准点位置在顶帽模板的中心，也可以根据桥墩与线路的实际平面关系进行修改。
5-4当转化成的二维功能图形对象不能完整描述该类顶帽的三维几何构造信息时，需要利用交互式绘图软件或其它第三方bim软件建立局部坐标系下的顶帽三维模型，并与顶帽模板建立连接关系。
六、主梁模板按以下步骤创建：
6-1将铁路桥梁的所有主梁按照形状构造相同、尺寸一致即归为一类的方式进行分类，通过交互式绘图软件绘制每一类主梁的主梁纵断面的二维几何图形（图7），合并成图形整体，构成主梁纵断面的二维几何图形对象；将主梁纵断面的二维几何图形通过交互式绘图软件强制转化成为主梁纵断面的二维功能图形对象，打开属性对话窗，输入主梁模板名称、混凝土等级、钢筋型号与数量等工程信息。
6-2通过交互式绘图软件绘制每一类主梁的某一截面位置的横断面的二维几何图形（图9），合并成图形整体，构成主梁横断面的二维几何图形对象，再通过交互式绘图软件强制转化成主梁横断面的二维功能图形对象。
6-3通过交互式绘图软件绘制每一类主梁的主梁腹板的二维几何图形（图8），合并成图形整体，构成主梁腹板的二维几何图形对象，再通过交互式绘图软件强制转化成主梁腹板的二维功能图形对象。
上述三种二维功能图形对象与输入的工程信息一道，共同构成了该类主梁的主梁信息模型，此即为主梁模板。当然，工程信息也可在主梁横断面的二维功能图形对象或者是在主梁腹板的二维功能图形对象的属性对话框中输入；还可在软件的其他关联位置输入。
当上述主梁模板不能完整描述某类主梁的三维几何构造信息时，需要利用交互式绘图软件或其它第三方bim软件建立局部坐标系下的主梁三维模型，并与主梁模板建立连接关系。
七、以参数化或二维功能图形对象的形式建立铁路桥梁的立面布置信息和平面布置信息。
所述线路平面中线信息通过线路左线（或右线）的交点转折线的交点坐标、交点处的曲线半径和缓和曲线长度，以及曲线上某一主点桩号描述；竖曲线信息通过竖曲线变坡点里程、曲线半径和高程描述；断链信息通过断链前里程和断链后里程描述。
桥梁平面布置信息和立面布置信息包括铁路桥梁各个桥墩的所在的梁缝里程桩号、每一个桥墩所对应的基础模板、墩身模板、顶帽模板、桥墩大里程侧的主梁模板、左梁缝宽、右梁缝宽、曲线偏心、曲线预偏心、曲线纵向偏心、桩基长度、墩身高度在内的各种工程信息。桥梁布置信息可以采用二维的功能图形对象表达。
八、结合步骤一到步骤七得到的所有信息模型以及特例情况下建立的三维模型及连接关系，利用revit软件自动生成铁路桥梁的revit三维bim模型。
具体实施步骤如下：
8-1利用步骤一构建的线路信息模型，创建线路的线路平面中线模型和线路竖曲线模型，线路平面中线模型与线路竖曲线模型结合线路断链信息，用于计算线路上各里程桩号的中桩及边桩的三维坐标。
8-2当顶帽模板不能完整描述其所对应的顶帽类的三维几何构造信息，可利用revit软件的族技术，构建局部坐标系下的顶帽族，并保存在相应的族文件。当墩身模板连同墩身高度信息不能完整描述其所对应的墩身类的三维几何构造信息，可利用revit软件的族技术，构建局部坐标系下的墩身族，并保存在相应的族文件。当基础模板连同桩基长度信息不能完整描述其所对应的基础类的三维几何构造信息时，可利用revit软件的族技术，构建局部坐标系下的基础族，并保存在相应的族文件。当主梁模板不能完整描述其所对应的主梁类的三维几何构造信息时，可利用revit软件的族技术，构建局部坐标系下的主梁族，并保存在相应的族文件。
8-3、利用所构建的线路信息模型、顶帽信息模型、墩身信息模型、基础信息模型、主梁信息模型、桥梁立面和平面布置信息模型，分析得出每一梁缝桩号所对应桥墩的三维几何构造信息及其在线路上的定位信息，主要包括桥墩所对应的顶帽模板、墩身模板、基础模板、墩身长度、桩基长度，桥墩位置的曲线偏心、预偏心、左梁缝值、右梁缝值、桥墩纵向偏心，桥墩所在的左线与右线之间的线间距；并分析得出给定梁缝桩号的桥墩在大里程侧所对应使用的主梁模板。
8-4利用线路平面中线模型、竖曲线模型和断链信息，以及每一梁缝桩号所对应桥墩的三维几何构造信息及其在线路上的定位信息，根据给定梁缝桩号的桥墩在大里程侧所对应的主梁模板，并根据铁路桥梁的平分中矢法或切线布置法原则，同时考虑桥墩曲线偏心、预偏心及纵向偏心的影响，计算出每一梁缝桩号所对应的顶帽模板、墩身模板、基础模板的基准点在线路平面坐标及竖向上的高程位置，以及主梁中心线的两个端点在线路的平面坐标和竖向高程位置。
8-5根据每一梁缝桩号的桥墩所在的顶帽模板的模型信息、墩身模板的模型信息、基础模板的模型信息及主梁模板的模型信息，连同桥梁立面和平面布置信息中的基础的桩基长度、墩身的高度等信息，构建出加载有工程信息的桥墩的三维图形以及每两相邻桥墩之间的主梁三维模型，并通过平移、旋转等的计算方式，将桥墩和主梁顺次定位在线路的相应位置上，由此得到铁路桥梁的三维bim模型的三维信息模型。
利用revit插件技术，可以将上述铁路桥梁的三维bim模型的三维信息模型转换成revit的三维bim模型，对于构建了族文件的顶帽模板族、墩身模板族、基础模板族或主梁模板族，则可以替换掉revit三维模型中的相应部位，由此实现铁路桥梁三维bim模型的快速创建。