基于Revit与Civil3D的桥轨一体化BIM建模方法研究

2018-06-01李泽宇

铁路计算机应用 2018年5期

李泽宇，韩峰

（1.兰州交通大学土木工程学院，兰州 730070；2.兰州交通大学测绘与地理信息学院，兰州 730070）

伴随着铁路建设的空前发展，提高铁路规划、设计、施工、维护等相关专业的生产效率刻不容缓，特别是急需提升铁路线路规划设计阶段的生产效率[1]。

近年来，BIM技术的飞速发展给整个基础设施建设领域注入了新的活力，被誉为建筑业变革的革命性力量。为了使生产效率进一步提高，BIM技术受到国内外土木行业的大力推广，特别是在建筑行业中的发展应用日趋成熟。将BIM技术运用到线路工程的设计、施工、和运营阶段中实现工程项目的动态可视化管理、工程信息共享，从而大幅提高了工程的集成化程度，同时保证了工程质量和效率，并且降低了成本，逐步在设计、施工、管理等过程发挥了良好效益[2-3]。如上海在建设迪士尼城堡时，在设计初期就用Revit建立模型改变了CAD的传统出图方式，能够实现施工图纸的自动生成并在后期可进行碰撞检测和管线综合[4-5]。在城市轨道交通、桥梁和长大隧道等工程项目中，国内各大型设计院已经逐步开始利用BIM技术进行设计。其中，桥梁设计从传统孤立静止的二维设计向三维协同设计转换发展，实现桥梁的整体设计优化，并对后续数据的挖掘带来很大便利，优化流程如图1所示。BIM技术更具有技术创新性，可以简化二维平面设计，增加计算机辅助设计的自动化水平，大幅度缩短设计周期[6-8]。然而，独立的桥梁BIM设计已经不能满足项目的需求，包含桥梁、隧道、路基、轨道以及地形的一体化BIM是铁路行业BIM发展的趋势。本文以桥梁BIM模型与轨道BIM模型的套合进行初步探索研究。

图1 基于BIM技术的桥梁设计优化流程

1 建模环境

目前，专业化的BIM软件主要包括Autodesk公司的Revit、Civil 3D、Navisworks，Trimble公司的Sketchup，Bentley公司的Micro Station，Tekla公司的Xsteel，中国的鲁班BIM软件及广联达的CICD[9]。鉴于所建框架桥BIM模型的结构特点与各软件平台的优缺点，选用Revit软件为建模平台。Revit的族就是其核心特性，是设计所有构件的基础，包括三维信息和属性信息。族可以实现同类型构件的集合，修改参数可得到该族中不同类型的构件，设计时就是使用族库调用不同类型的族来创建族实例，拼装整个建筑[10]。

2 项目简介

该桥为4～6 m框架桥，桥长26.42 m，采用现浇混凝土施工，框架身采用C35混凝土，框架身基础、翼墙墙身、翼墙基础采用C30混凝土。基于BIM技术，主要探讨了框架桥的主体、上部结构、翼墙及翼墙基础的BIM建模方法，在Revit软件平台中建立相应的族库，可以实现框架桥BIM模型的快速构建。所建模型，如图2所示。

图2 框架桥三维模型

3 框架桥主体与基础BIM建模方法

根据框架桥中建模对象的不同，设置其相应的控制参数、几何约束条件及关联关系，不同的参照平面采用相应的建模方法，其中主要包括拉伸、放样、融合、开槽、打孔、剖空等。建立各组成结构的族模型，为达到工程设计信息的实时变更和整体统一，通过修改其控制参数来实现对整体模型的自动修改，并将各部分族模型载入框架桥模型项目中，利用尺寸、位置关联将其进行“装配”即而完成整个框架桥的三维建模工作。

3.1 框架身族模型建立

框架身族模型建立方法较为简单，只需使用公制常规模型中的拉伸与空心拉伸命令即可完成。建模时需注意参照标高、参考平面的设置，以防族与族之间无法嵌套。框架身族与基础族嵌套，如图3所示。

图3 框架身族模型与框架身基础族模型嵌套

在建立族模型过程中，应同步进行参数化设置如长度、宽度、高度、角度以及材质等。因为模型添加的材质信息并不是传统模型中的文字，而是具备该种材质属性的“真材实料”，并且可以对其各属性值进行修改。

3.2 翼墙及翼墙基础、泄床BIM模型建立

由于Revit软件主要针对建筑专业，对于桥梁中特殊结构部分的建模具有局限性。翼墙族模型的建立，运用创建族–公制常规模型无法实现。选择概念体量—公制体量进行创建，绘制底部轮廓，在三维视图下拾取关键节点并绘制空间样条曲线，选择创建形状命令下的实心形状。翼墙模型，如图4所示。

图4 翼墙“族”模型

翼墙基础及泄床族模型建立采用拉伸、融合命令，沉降缝采取空心拉伸方法切割。如图5上层为C30混凝土，下层为碎石垫层。

图5 翼墙基础及泄床“族”模型

3.3 框架身顶部附属工程BIM模型建立

框架身顶部主要包括帽石、电缆槽及电缆槽盖板、防撞墙，在各个部分建模过程中主要考虑其相互之间的位置关系，因此需要关联各尺寸标签且设置多个参照平面，同时使用族嵌套完成顶部整体的BIM建模。由于Revit的捕捉功能不精确，故在建模过程中运用镜像、旋转、阵列等命令，实现了建模过程的简化和工作效率的提高。图6为盖板族模型及其与顶部整体模型嵌套。

图6 参数化盖板“族”模型与框架桥顶部附属工程BIM模型嵌套

选择栏杆命令后绘制路径，创建栏杆模型，如图7所示。

图7 栏杆模型

4 轨道结构与路基、地形的建模方法

钢轨采用标准60轨截面轮廓，以截面中线为界限，根据其截面几何参数坐标，求出钢轨截面各个控制点在二维坐标系中的横纵坐标值，通过Visual Basic编辑器对Civil3D进行二次开发，自动生成钢轨模型。轨枕、扣件、道床板等由于结构形式复杂，尺寸基本固定不变，采用建立三维立体库的方法，编写程序，绘图过程封装在计算机内自动完成，为了方便设计人员调用部件模型，可以设置窗口。

在Civil3D中宏命令接口窗口的编制过程，如图8所示。

图8 扣件绘图窗口示意图

程序编写如下：

创建扣件，轨枕，弹条，圆形凸台等部件模型。

选择扣件、道床、钢轨等结构原件后，便自动建立部件的三维模型，再按照其组装过程，完成整个模型的搭建工作，结果示意，如图9所示。

图9 A型板式无砟轨道结构搭建结果示意图

将轨道模型导出为Dwg格式并链接到Revit中的框架桥模型，使用体量与场地命令导入地形点坐标，根据不同结构的空间位置关系捕捉套合点的坐标，完成轨道、路基、框架桥、地形的模型套合，如图10所示。

5 施工图纸导出与算量校核

根据工程设计的实际需要在Revit中进行任意面的剖切，直观且快速地展现出建筑物构件与构件之间的相互关系，且可在多角度对框架桥三维轴侧图进行出图，使二维设计中难以想到的问题一目了然[11]。

BIM模型在工程量统计、碰撞检查以及三维可视化展示方面具有明显的优势[12]。模型创建完成及出图后，在Revit明细表中实现项目的工程量统计，针对不同材质、族类型、构件类型分别进行统计。然后统计实际工程计量并计算出算量结果，将结果与设计人员算量清单进行比对，计算的准确性得到提高。

图10 轨道、路基、地形、框架桥套合示意

6 BIM模型三维漫游

Lumion是一个实时3D可视化工具，用来制作动画和静帧作品。该软件中有丰富的3D材质和场景模型，但无法实现三维模型的创建，只能用于添加材质、图像附着、渲染及制作动态漫游。使用Lumion软件可为工程项目参与人员提供可视化平台，直观、形象地了解工程物的全貌。具体步骤如下：

（1）采用Lumion软件进行框架桥的三维漫游，安装“Revit to Lumion Bridge”转换插件并保持Lumion软件为启动状态；

（2）将Revit中框架桥BIM模型以DAE的格式导出；

（3）选择Lumion软件自带场景，并将三维实体模型导入，模型基准面高程与Lumion场景的基准面默认高程一致，选择合适的场地放置框架桥模型；

（4）选取合适的漫游路径，即可生成以第三人的视角，全方位、多角度地反映框架桥所在位置、结构形式、细部构造等[13]，如图11 所示。

7 结束语

通过创建完整精细的三维框架桥和轨道的桥轨一体化模型，利用BIM技术可以进行后续的方案比选、施工过程模拟和运营维护管理，族库的建设可满足对构件的集中化储存和管理。框架桥在工程项目中使用较为频繁，框架桥的BIM化参数建模方法能够对不同尺寸的框架桥进行快速建模，具有很高的通用性，这是传统建模方法所不具备的。本文创建框架桥各个部分的“族”模型，参照平面、和标高详细确定每个“族”模型的三维空间位置，装配各个“族”构件得到框架桥整体BIM模型，结合三维漫游软件直观生动地展示框架桥整体及细部构造，这一切是传统的平面设计图所不能比拟的。