基于3DE平台的钢桁梁快速建模方法

（中铁山桥集团有限公司，河北秦皇岛 066205）

0.概述

3DE平台，全称3DExperience平台，是达索旗下集设计、仿真与管理在内的一系列软件，服务以及相关的使用和组织方法。本文使用3DE中CATIA的功能进行快速建模的工作。BIM模型一方面根据需要建模相应精度的模型，另一方面也需要利用软件的数据处理来收录和承载模型的大量信息。3DE平台有着兼用性好，使用同一数据库可以实现实时信息共享，有助于模型后续的开发。

1.参数化建模

1.1 建模思路

钢桁梁是将实腹的钢板梁桥按照一定规则空腹化的结构形式。主要组成有上弦杆、下弦杆、腹杆，部分结构有上下平联、横隔板等内容。其中以上弦杆为例，单个上弦杆内部一般由节点板与弦杆焊接而成。节点板是上弦杆与腹杆连接的重要部件，节点板与弦杆的主要结构一般由顶底板、两侧腹板及其上的加劲肋，内部的隔板组成[1]。

首先根据图纸信息建立完成空间骨架。然后将钢桁梁分成几个不同的模板分别建模，其中上弦杆建模直接利用CATIA中的模板功能现将上弦杆的变化参数进行总结归纳，形成模板，然后采用知识工程变成功能自动化建模。下弦杆与腹杆、上弦平联等与上弦杆建模思路类似，不再赘述。横隔板一般根据结构部位分为有限类横隔板，将一类横隔板做成一类隔板，然后通过编程实现自动化建模。

1.2 建模的基本原则

CATIA三维建模需要保证各个组件之间的相对关系，各个局部既是独立的个体模板，之间也有相对的联系，例如他们输入的点线都来源于骨架的相同元素。建模的基本元素主要是采用CATIA默认的一些内容以及人为设置的方便后续处理的要求，包括：（1）坐标系。主要采用笛卡尔坐标系，X轴表示桥梁顺桥向，Y轴表示桥梁横桥向，Z轴标表示铅锤向上。（2）建模单位。长度单位统一使用mm。（3）对称性。对于规则且对称的模型，可建立半幅模型，之后通过镜像或装配对称生成另一半模型。（4）建模理念。采用骨架+模板的建模准则，骨架为各模板的输入条件，可以通过更改骨架的参数内容，实现对整桥模型的调整。

1.3 参数设置

CATIA中模板的组成分为两块，一块是输入，包括几何变量类型，如点、直线、平面等，以及参数类型，包括长度、角度、实数、整数、字符串、布尔等。另一块是输出，即将变量类型与参数代入至模板形成的新模型，包含里面的几何图形、实体模型、图纸等实体信息，也包括参数，关系以及知识工程编程等信息[2]。以上弦杆为例，介绍参数化设置。在形成骨架之后，上弦杆的几何变量类型包括组成上弦杆的节点、弦杆的连线以及与腹杆的连线。上弦杆的参数类型内容比较繁杂，一般需根据不同项目具体而定。主要的参数内容包括：（1）截面参数，包括顶底板及加劲的相应参数；（2）节点板轮廓参数，即形成节点板形状控制的参数类型；（3）隔板参数，包括隔板位置、类型与厚度；（4）对于使用螺栓连接的参数还包括与腹杆的连接螺栓构造，与弦杆对接的螺栓构造，拼接板的形状与厚度等内容。

1.4 空间骨架的建立

空间骨架的建立方式有多种，这里主要推荐使用坐标录入的方式建立空间骨架。第一步先在Excel工具中录入关键的坐标点，一般为节点坐标点。第二步是通过知识工程编程读取数据并形成对应位置的坐标点并赋予相应的名称。第三步是通过编程将指定名称的节点连接形成相应的杆件连线。

1.5 各类模板的建立

根据需要分别建立上弦杆、下弦杆、腹杆、平联、隔板等模板内容，下面以上弦杆为例简介模板的一般建立程序。

（1）确定并引入输入几何元素（图1）。

图1 几何输入元素

（2）设置并添加输入参数（图2）。

图2 参数输入元素

（3）利用几何元素与参数通过现有命令或编程命令建立模型（图3）。

图3 上弦杆模板模型

（4）制作模板，将输入的几何元素与输入参数作为模板的输入变量。

1.6 知识工程编程语言介绍

3DE中的CATIA使用的语言为内部自带的语言EKL，是一门面对象编程语言，具有简单性，面向对象、分布式、动态性等特点。

1.7 跑出全桥模型

首先将跑出的空间骨架模型根据模板的输入进行分区存放，然后将全桥的各类模板的参数资源表做成Excel存入至数据库等待调用，之后利用知识工程编程，将模板与之相应的骨架元素与参数进行组合，形成新的模型。

2.结语

本文利用3DE平台的CATIA设计板块，介绍了对较为复杂的钢桁梁的参数化建模思路，建模原则的确定，模板参数的选取，空间骨架的建立，上弦杆等模板的建模思路与流程等。主要总结为以下几点：（1）对焊接连接和螺栓连接的钢桁梁桥的建模可以用3DE平台加以设计，具有精度高，可视化强，以及参数控制的优点，参数的数量设置需根据项目复杂程度而定。（2）利用骨架+模板的体系建立模型，一方面可以批量生产模型，另一方面可以对参数进行修改后整体调整模型。在快速建模的同时为后续的设计变更等内容调整留有余地。（3）为今后类似桥梁BIM模型积累经验，类似的项目可在原模板的基础上进行少量修改即可使用，极大地提高了工作效率。