Unity 3D与BIM在斜拉桥施工模拟的应用研究

(沈阳建筑大学交通工程学院 辽宁 沈阳 110168)

引言

基于BIM(Building Information Modeling)三维信息技术，建立综合项目各阶段的相关信息的三维模型[1]。自20世纪90年代引入BIM技术以来，它已从概念转向应用。目前，BIM在中国的建筑、水电、地铁隧道等领域已相对成熟。然而在桥梁工程领域，BIM的应用仍处于探索阶段。本文采用Unity引擎提取Revit模型中的物理参数，并结合现场实际施工条件，实现更加个性化桥梁施工模拟过程。

一、Unity3D及BIM的软件概述

(一)BIM在桥梁工程的技术特点。BIM作为桥梁工程、建筑学和工程学的新工具，在实际应用中具有自身的优势和价值。其价值主要体现在以下几个方面：首先，BIM技术具有信息完整性的特点[2]。在桥梁施工过程中BIM技术凭借其信息完整性特点独占一席之地。其次，BIM技术具有模型关联性特点。最后，BIM技术拥有模型可视化功能。运用BIM技术可以使桥梁工程项目得以全方位、三维立体展现完成效果。

(二)Unity3D软件介绍。Unity3D是由Unity Technologies开发的多平台集成游戏开发工具，允许玩家轻松创建交互式内容，如3D视频游戏，建筑可视化，实时3D动画等[3]。它是一个完全集成的专业游戏引擎,Unity的最大优势在于其跨平台的特点，开发人员可以根据需要发布到适当的平台。

二、模拟系统总体设计

基于程序设计的基本理念，建筑工程施工仿真系统研发分为两个阶段：首先是早期的模型构建阶段，通过分析规划，收集、生产、整理材料，而最终顺利构建Revit模型;其次，接下来的阶段是应用Unity3D技术进行项目施工场景的搭建、层次式的用户界面窗口及链接系统各功能模块的交互作用[4]，最后发布.EXE可执行文件。

三、BIM的桥梁模型建立

图 1 桥梁总体布置图

(一)项目概况。本研究的背景是一座单塔混合梁斜拉桥，主跨200m边跨58m和50m全桥总长308m该桥采用空间索面，塔式梁墩加固体系、中跨钢梁和边跨混凝土梁，总体布置图见图1。

(二)BIM建模。首先选择合适的族样板，通过族编辑器的拉伸、融合、放样等功能创建该斜拉桥的各个构件族模型，同时赋予模型各种参数，包括形状、尺寸、材质等参数；然后新建项目文件，将各构件族文件载入到项目中，通过创建轴网、标高、参照平面等来准确定位各构件所放置的位置，最后将各个构件拼装起来形成完整的桥梁模型。

图2 BIM桥梁整体模型

四、Unity3D施工模拟设计

Unity施工模拟程序设计分为3大块，施工模拟设计、UI制作及程序发布。

在施工模拟设计中，Unity 3D仅在模型构造中具有基本建模功能。它不能构建桥梁等复杂模型。它无法反映桥内的真实结构。因此，使用Revit制作模型并将模型文件转换为Unity 3D的.FBX格式。

在项目中添加碰撞检查并在Unity中为不同的构件编辑相应的脚本，使得构件按施工的实际过程运动起来。

UI是任何系统中不可或缺的一部分。良好的UI设计可以直观地反映软件的目的和特征。本文使用了Fairy GUI用于完成UI界面及交互设置等功能。

Unity可以在各大主流系统平台上发布Unity施工模拟的运行程序。可发布至Windows、Mac、Wii、iPhone、Windows、phone 8和Android平台。本文发布PC端 为Windows系统，效果图如下：

图3 PC端施工模拟

五、结语

桥梁设计方法的不断创新,基于BIM技术的设计方法已逐渐增加和BIM的施工模拟结合统一突破BIM软件平台的局限性,从而能够制定个性化的模拟,满足建设单位的各种需求。与BIM技术很好数据开放的互动,其核心,借用成熟的工具和其他行业的操作模式可以使BIM发挥更大的潜力,从而进一步加速BIM技术在工程行业的发展,充分发挥其实际在项目中的角色。