本发明涉及一种混凝土桥主梁桥支架的施工方法，具体地说是一种混凝土桥主梁施工临时支架结构的二维化bim设计方法。
背景技术：
bim（buildinginformationmodeling）技术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的方式加以实现，为建筑工程从设计、建造到运维的全过程提供一种高效、协同、可视、甚至智能化的工程应用支持。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。
支架法是混凝土桥主梁现浇施工方法采用的一种常用方法，其中，梁柱式支架及三角托架是所采用的常见的临时支架结构形式。能够根据现场技术条件，从众多可能的施工方案中获得一种既经济合理又安全可靠的临时支架结构方案是混凝土桥主梁施工安全、进度及成本能够得到有效控制的基础，也是项目施工技术水平的一个重要体现。目前，混凝土桥主梁施工支架的结构设计，主要是通过autocad绘图表达设计方案，利用相关力学计算软件进行承载能力的评估。这种设计方式通常需要多次的反复，才能得到满意的结果。方案设计中，由于所涉及的力学计算信息、三视图及局部细节信息等的不协同，导致要获得合理优化的设计方案费时费力，其标准化和自动化程度很低。
技术实现要素：
本发明的目的就是提供一种混凝土桥主梁施工临时支架结构的二维化bim设计方法，实现混凝土桥主梁施工临时支架结构设计的简单化、标准化和高效率。
本发明是这样实现的：一种混凝土桥主梁施工临时支架结构的二维化bim设计方法，包括以下步骤：
a、用交互式绘图软件建立起用二维功能图形对象表达的待浇筑的混凝土桥主梁信息模型，包括待浇筑的混凝土桥梁的主梁纵断面对象、主梁横断面对象以及主梁腹板平面对象；
b、用交互式绘图软件建立混凝土桥主梁施工临时支架结构计算所需要的并且符合桥梁施工技术规范规定的荷载组合参数模型，所述荷载组合参数模型是用二维功能图形对象或其它参数形式进行描述的；
c、用交互式绘图软件分别创建包括纵梁、三角托架、大横梁、横向分配梁、楔形桁架、横联、小纵梁、方木及模板在内的混凝土桥主梁施工临时支架各组成部分的结构模板及其关联的连接线，创建的各结构模板及其关联的连接线均为二维功能图形对象；
d、用交互式绘图软件创建若干个基准面，并在每个基准面轮廓所包围的区域内，创建关联的结构模板特征线，用若干个基准面及其区域内关联的结构模板特征线共同描述混凝土桥主梁施工临时支架中各结构模板的装配信息模型，结构模板特征线及基准面均为二维的功能图形对象；
e、用交互式绘图软件或第三方bim软件建立包括预埋件、法兰、节点连接、基础、沙箱在内的临时支架结构中的局部构造在局部坐标系下的三维模型，对于采用第三方bim软件建立的三维模型，需要以相应的三维模型文件进行保存；
f、在交互式绘图软件中，通过构建结构模板上的杆件与临时支架结构中的局部构造的连接线属性，建立结构模板与局部构造的三维模型的连接信息；
g、根据步骤a——步骤f所得到的各种信息模型，用交互式绘图软件生成混凝土桥主梁施工临时支架结构的三维bim模型，并自动创建其组成结构力学计算模型；或是通过构建适合于某种第三方bim软件的混凝土桥主梁施工临时支架综合三维模型数据，再利用该第三方bim软件的数据接口技术或插件技术，在第三方bim软件上创建混凝土桥主梁施工临时支架结构的三维bim模型。
所述主梁纵断面对象的建立方式是：用交互式绘图软件绘制主梁纵断面中的部分或全部的二维几何图形，合并成图形整体，构成主梁纵断面的二维几何图形对象，通过交互式绘图软件将二维几何图形对象转化成为二维功能图形对象，即为主梁纵断面对象。
所述主梁横断面对象的建立方式是：绘制主梁上某一位置的横断面的二维几何图形，合并成图形整体，构成主梁横断面的二维几何图形对象，通过交互式绘图软件将二维几何图形对象转化成为二维功能图形对象，即为主梁横断面对象。
所述主梁腹板平面对象的建立方式是：用交互式绘图软件绘制反映主梁腹板厚度变化的主梁腹板的二维几何图形，合并成图形整体，构成主梁腹板平面的二维几何图形对象，通过交互式绘图软件将二维几何图形对象转化成为二维功能图形对象，即为主梁腹板平面对象。
主梁纵断面对象、主梁横断面对象及主梁腹板平面对象共同描述了混凝土桥主梁的主要三维结构尺寸。
步骤c中创建的结构模板是一种二维功能图形对象，包含有结构形状、杆件长度、各杆件截面类型、截面规格、截面方向、杆件材料、结构平面方向、用于结构模板定位的基准点位置在内的各种属性信息；所述结构模板具有一种面属性，以描述结构模板是水平布置、铅垂布置或者与水平面成一倾角布置。
步骤d是通过创建一个或多个基准面对象及其关联的结构模板特征线来描述。结构模板特征线在基准面轮廓范围内，或者与基准面轮廓相交即可认为结构模板特征线与基准面具有关联关系，该结构模板特征线即具有其所关联的基准面的面属性。
所述基准面是一种具有面属性信息的二维功能图形对象，用以描述某一水平面类型，称为水平基准面，或者用以描述与主梁纵断面垂直的横向铅直面类型，称为横向铅直基准面，或者用以描述与主梁横断面垂直的立面铅直面类型，称为立面基准面，或者用以描述与上述三种基准面某一类基准面斜交的斜面，称为斜基准面；每个基准面具有一个基准点，该基准点具有相对于待浇筑混凝土桥主梁上的某一指定点的平面坐标和高程属性，主梁上这一指定点称为主梁原点，也是临时支架设计所内涵的空间坐标系的原点；基准面可以绘制在交互式图形系统中图形窗口的任意位置，其与待浇混凝土桥主梁的相对空间位置关系可以通过基准面的基准点的高程及平面坐标属性来确定。
结构模板特征线是一种二维功能图形对象，具有包括基准点、特征线方向、基准线与基准面的高程差在内的属性，可用交互式图形系统绘制到与其关联的基准面上；通过其结构模板特征线的基准点及特征线方向属性，来描述结构模板特征线与其关联的基准面的相对位置关系；结构模板特征线还具有结构模板属性，通过结构模板属性描述其与结构模板的关联关系；通过输入结构模板与其关联的结构模板特征线和基准面的工程属性，共同描述结构模板相对于混凝土桥主梁的空间位置关系。
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。
本发明使得混凝土桥主梁施工临时支架结构的bim设计过程变成了一种简单操作二维功能图形对象的过程，可以有效地解决混凝土桥主梁施工临时支架结构设计与计算问题，由此实现了混凝土桥主梁施工临时支架结构bim设计过程的简单化和高效率。
附图说明
图1是混凝土桥主梁的梁柱式临时支架的结构示意图。
图2是常规三角托架的立面结构示意图。
图3是砂箱式三角托架的立面结构示意图。
图4是主梁纵断面的平面图形。
图5是主梁横断面的平面图形。
图6是主梁腹板的平面图形。
图7是三角托架的结构模板示意图。
图8是基准面及结构模板特征线示意图。
图9是临时支架结构的预埋件的族例图。
图10是杆件支架的节点连接件的族例图。
图11是钢管立柱基础预埋件的族例图。
图12—图14是混凝土桥主梁三角托架的三维bim设计示例图。
图中：1、基础，2、钢管立柱，3、砂箱，4、大横梁，5、纵梁，6、横向分配梁，7、方木和模板，8、法兰，9、连接杆，10、预埋件，11、横联，12、楔形桁架，13、三角托架，14、垫梁、15、小纵梁，16、桥墩，17、混凝土桥主梁。
具体实施方式
本发明二维化bim设计方法所涉及的混凝土桥主梁施工临时支架结构包括梁柱式支架（图1）和三角托架（图2、图3）等临时支架结构类型。
图1中，混凝土桥主梁17设置在左、右两个桥墩16上，由基础1、钢管立柱2、砂箱3、大横梁4、纵梁5、横向分配梁6、方木和模板7、法兰8、连接杆9等部分组成混凝土桥主梁施工的临时支架结构。图2中，混凝土桥主梁17设置在桥墩16上，由三角托架13、横向分配梁6、楔形桁架12、方木和模板7、预埋件10、横联11等部分组成混凝土桥主梁的临时支架结构。图3中，混凝土桥主梁17设置在桥墩16上，由三角托架13、砂箱3、垫梁14、小横向分配梁6、小纵梁15、方木和模板7、预埋件10等部分组成混凝土桥主梁的临时支架结构。
本发明混凝土桥主梁施工临时支架结构的二维化bim设计方法包括以下步骤：
步骤一、建立混凝土桥主梁信息模型，包括主梁纵断面对象、主梁横断面对象及主梁腹板平面对象，其中的主梁即指图1—图3中所示的混凝土桥主梁17。
主梁纵断面对象的建立方式是：用交互式绘图软件绘制主梁纵断面中的部分或全部的二维几何图形（图4），合并成图形整体，构成主梁纵断面的二维几何图形对象，通过交互式绘图软件将二维几何图形对象转化成为二维功能图形对象，即为主梁纵断面对象。
主梁横断面对象的建立方式是：绘制主梁上某一位置的横断面的二维几何图形（图5），合并成图形整体，构成主梁横断面的二维几何图形对象，通过交互式绘图软件将二维几何图形对象转化成为二维功能图形对象，即为主梁横断面对象。
主梁腹板平面对象的建立方式是：用交互式绘图软件绘制反映主梁腹板厚度变化的主梁腹板的二维几何图形（图6），合并成图形整体，构成主梁腹板平面的二维几何图形对象，通过交互式绘图软件将二维几何图形对象转化成为二维功能图形对象，即为主梁腹板平面对象。
主梁纵断面对象、主梁横断面对象及主梁腹板平面对象共同描述了混凝土桥主梁的主要三维结构尺寸。
步骤二、在交互式绘图软件中建立混凝土桥主梁施工临时支架结构的设计与计算所需要的荷载组合参数模型。
临时支架结构的设计需要按相关桥梁施工技术规范考虑恒荷载和活荷载两种类型，并按一定的组合系数组合计算得到。其中，支架、模板及梁体混凝土自重属于恒荷载，人群机具荷载、混凝土振捣及冲击荷载以及其它风雪荷载等均属于活载。人群机具荷载包括施工人员、施工材料、机具等走行、运输和堆放的各种荷载。各项荷载的取值及组合系数的选取，均需遵循相关桥梁施工技术规范。强度验算时，恒荷载的分项系数取1.2，活荷载的分项系数取1.4；刚度计算时，恒荷载和活荷载的分项系数均取1。除混凝土资质荷载外，上述恒荷载和活荷载的信息及相应的组合信息可以通过创建一个荷载参数表的方式来表达（见表1）。
步骤三、将临时支架结构分解成纵梁、三角托架、大横梁、横向分配梁、楔形桁架、横联、小纵梁、方木及模板等组成部分，并在交互式绘图软件中分别创建临时支架结构中上述各组成部分的结构模板，具体创建步骤是：
3-1在交互式绘图软件中分别绘制上述各组成部分的所有结构模板的二维几何图形，合并成二维图形整体，并转化成二维的功能图形对象，即为上述各组成部分的结构模板。结构模板可以绘制在交互式图形系统中的任意位置。
所述结构模板是用杆件形心线表达的一种功能图形对象（图7），包含有结构形状、杆件长度、截面类型、截面规格、截面方向、杆件材料、结构平面方向、基准点位置在内的多种属性信息，并可以设置杆件加强板、截面肋板、杆件剪切及预埋件连接信息。结构模板的基准点是对结构模板进行装配的定位点。
3-2输入各结构模板中所选杆件的工程属性，主要包括：结构模板名称、各杆件的截面类型、截面规格、截面方向、杆件材料、结构平面方向、用于结构模板定位的基准点位置以及结构模板相对于其关联的基准面的面关系属性等。
所述面关系属性是指结构模板的二维的结构模板是在基准面内、与基准面正交或与基准面斜交的信息。当与基准面斜交时，需要输入斜交角。
所述基准面是一种工作面，具有面属性信息，以表达其不同的基准面类型。基准面的面属性可用以描述某一水平面类型（称为“水平基准面”），或者用以描述与主梁纵断面垂直的横向铅直面类型（称为“横向铅直基准面”），或者用以描述与主梁横断面垂直的立面铅直面类型（称为“立面基准面”），或者用以描述与上述三种基准面中某一基准面斜交的斜面（称为“斜基准面”）。每个基准面具有一个基准点，该基准点具有相对于混凝土桥主梁上的某一指定点的平面坐标和高程属性，主梁上这一指定点称为主梁原点，也是临时支架结构设计所内涵的空间坐标系的原点。
步骤四、在结构模板中的杆件的某一位置处，绘制一条直线段与所述杆件正交或斜交，将其转化为连接线对象，打开其对话框，输入结构模板在该连接线位置的处理模式，主要包括所关联的预埋件、节点连接、节点加强、基础、沙箱的局部构造的三维模型的名称或三维模型文件名，建立起结构模板与局部构造的三维模型的连接信息，或者实现杆件在该部位的修剪等。
该步骤是在交互式绘图软件中创建混凝土桥施工采用的临时支架结构中各个组成结构部分所对应的结构模板的装配信息模型，具体步骤如下：
4-1通过在交互式绘图软件中绘制一个或多个基准面对象，并在每个基准面上绘制结构模板特征线来共同描述所述结构模板的装配信息模型。
4-2基准面的创建：先绘制一个矩形对象，再将其转化成基准面对象，该对象属于二维的功能图形对象，再设置基准点位置，输入其基准面的面属性以及基准点相对于主梁原点的高程和平面坐标。基准面可以绘制在交互式图形系统中图形窗口的任意位置。
4-3结构模板特征线的创建：针对每一基准面在其轮廓范围内，绘制一条直线，将其转化为结构模板特征线，再输入或修改结构模板特征线的基准点位置、结构模板名称、基准线与基准面的高程差等属性。结构模板特征线可以与基准面相交或者在基准面轮廓范围内，使结构模板特征线与基准面建立一种关联关系，具有关联的基准面的面属性信息。结构模板特征线是一种二维功能图形对象，具有基准点、特征线方向和结构模板名称等属性。通过结构模板特征线的方向来控制其关联的结构模板对象在基准面上的方向，要求按照结构模板基准点与结构模板特征线基准点相重合的原则，控制结构模板在结构特征线方向的具体位置。
4-4通过基准面、结构模板特征线、结构模板及其它们之间的关联关系，共同描述结构模板所对应的临时结构组成部分相对于混凝土桥主梁的相对空间位置关系。
在图7的三角托架的结构模板示意图中，标号25是三角托架结构对应的结构模板，标号21是基准点，标号22是预埋件连接线，标号23是用于剪切结构模板之间杆件的连接线，标号24为结构模板中杆件上的用于设置肋板的连接线。
步骤五、在交互式绘图软件中创建混凝土桥施工采用的临时支架结构中各个组成结构部分所对应的结构模板的装配信息模型，称为临时支架结构的装配信息模型，具体步骤是：
5-1分别在交互式图形软件中绘制一个矩形对象，再将其转化成基准面对象，该对象属于二维的功能图形对象，再在其属性对话框中设置基准点位置，输入其基准面的面属性，以及基准点相对于主梁原点的高程和平面坐标等属性。
5-2在基准面轮廓范围内绘制一条直线，再将其转化为结构模板特征线，在其对话框上输入或修改结构模板特征线的基准点位置、基准线与基准面的高程差、关联的结构模板名称等属性；一个该基准面上可以布置多个结构模板特征线。
在图8的基准面及结构模板特征线示意图中，标号35是基准面，标号34是基准面的基准点，标号31、32是结构模板的特征线，标号33是结构模板特征线的基准点。
5-3重复步骤5-1和5-2，创建其它基准面及其关联的结构模板特征线。
步骤六、利用revit软件的族技术建立混凝土桥主梁施工采用的临时支架结构中包括预埋件、节点连接、节点加强、基础、沙箱在内的局部构造的revit族，并族文件的形式保存。
步骤七、根据前述步骤得到的所有信息模型，用交互式绘图软件自动生成混凝土梁桥临时支架结构的三维bim模型数据，并自动创建其组成结构力学计算模型，再利用revit插件技术，在revit软件上创自动建相应的混凝土梁桥临时支架的三维bim模型。具体实施步骤如下：
7-1利用步骤一和步骤二所建立的主梁信息模型、荷载组合参数模型，可计算出主梁任意横断面纵向线荷载和横向线荷载，荷载计算时考虑相关桥梁施工技术规范的荷载组合规范要求。
7-2利用步骤三得到混凝土桥主梁施工临时支架结构各个组成部分的结构模板，对结构模板的模型信息进行分析，构建出结构模板所对应的三维bim模型。
7-3利用步骤四所建立的各结构模板的连接线对关联杆件的处理模式信息，采用修剪的方法，得到各结构模板修剪后的三维bim模型，并利用步骤五所构建预埋件、节点连接、节点加强、法兰、基础、沙箱等局部构造的revit族信息，通过平移、旋转等方法将局部构造的revit族与其关联的结构模板装配在一起，得到各结构模板修剪且装配后的三维bim模型。
7-4利用步骤五所构建的由基准面、结构模板特征线构成的临时支架结构装配信息模型，将步骤7-3所得到的各结构模板修剪且装配后的三维bim模型，按照其关联的结构模板特征线及基准面，在统一的由某指定的主梁原点构建坐标系，采用平移、旋转等方法装配起来，形成混凝土桥主梁施工临时支架结构的三维bim模型，这种三维bim模型可以通过revit软件的插件技术创建、显示和查询。
7-5利用步骤7-4形成混凝土桥主梁施工临时支架结构的三维bim模型，将各结构模板转化成杆件有限元模型，通过分析结构模板所关联的预埋件，确定杆件有限元模型的节点约束条件；单元分割需要考虑给定最大单元长度限值，并考虑各结构模板所对应杆件的有限元节点之间的连接关系，且杆件单元号及节点编码可以按结构模板的装配顺序自动生成。利用步骤一构建的主梁信息模型，以及步骤二构建组合荷载参数模型，计算出与混凝土桥主梁直接接触的单元所承受的荷载，进而构建出临时支架结构的三维杆件有限元模型，并自动生成midas软件的mct命令流，再在midas软件中计算并查询到临时支架结构的三维力学计算结果。