基于Civil3d+Revit+Dynamo的变截面连续梁桥BIM模型创建

王立峰

中国通号（郑州）电气化局有限公司，中国·河南 郑州 450000

1 引言

论文以中国某项目为例，主要介绍该项目的基本情况，针对于该项目特点提出变截面连续梁的建模思路，具体的梁体参数化建模过程及其在项目施工中的应用与展望。

2 项目概况

中国某市政桥梁工程项目主线桥梁起点里程K2+195，终点里程K2+701，墩号范围为56#-67#，桥梁平曲线位于直线和R=1000m（右偏）与R=1000m（左偏）圆曲线，其中61#-63#为跨既有陇海铁路（2×70）m 变截面T 构桥，该主线桥梁纵曲线控制因素为中国玄武门大街上行匝道下穿交叉处，最高点设于中国陇海铁路南侧附近，变坡点里程K2+490，变坡点高程174.650m，小里程侧纵坡采用3.5%，大里程侧纵坡采用-3.5%，竖曲线半径1720m。论文以主线桥梁（2×50）m 变截面T 构连续梁桥为例，墩号为59#-61#，里程为K2+338～K2+438，进行参数化三维模型创建[1]。

3 变截面连续梁桥参数化模型创建思路

3.1 参数化建模

桥梁梁体参数化建模主要是通过各参数的逻辑关系连接各个参数，本项目的参数化建模运用主要在以下几个方面：

（1）通过设置参数控制桥梁截面的轮廓形状，具体参数控制方法详见后文；

（2）采用Excel 表格进行参数数值统计；

（3）进行Dynamo 可视化编程，访问Excel 参数表格，通过Excel 表格中的参数数值控制设置的参数，运行编程语言创建模型。若所建的模型中存在问题，只需要修改参数，再次重复运行就行，省时省力，减轻了传统调整和修改的繁杂工作[2]。

3.2 变截面连续梁桥参数化模型创建思路

（1）结合施工图纸中的桥梁线路平、纵曲线图，利用Civil3d 生成道路中心线。并根据里程创建桩点，提取并处理桩点信息，生成各桩点三维坐标值表。

（2）采用Revit 创建梁体横截面轮廓图，并设置参数，通过参数可调整轮廓形状。通过可视化编程软Dynamo 编写逻辑关系程序。

（3）用Excel 表格统计梁体横截面轮廓参数数据，运用Dynamo 编写的逻辑关系程序提取各Excel 参数数据，实现对模型的控制。

（4）Dynamo 所创建的模型导入Revit，实现Dynamo所建模型与Revit 的关联，然后运用Revit 的工具对所建模型进行处理。

4 变截面连续梁桥参数化模型创建过程

4.1 采用Civil3d 创建桥梁中心线

桥梁中心线是由平、纵曲线共同合成的一条三维曲线，利用Civil3d 路线创建的强大功能，结合施工图纸的桥梁平纵曲线信息，可绘制出桥梁中心线，并赋予相应的初始和最终里程（如图1所示）。

图1 桥梁中心线平曲线图（a）

图1 桥梁中心线平曲线图（b）

根据实践经验所得，在中心线上每隔一米设置一个里程取点坐标，对这些坐标点进行拟合，拟合结果非常接近实际，用Civil3d 工具箱里面的增量桩号标注报告创建路线增量桩号标注报告和纵断面增量桩号标注报告[3]。

两份报告数据储存在Excel 表格中，然后结合两份报告创建各桩点的坐标值表。由于Revit 中存在因模型距离项目原点过远而出现模型异样情况，需对原桩点坐标值进行处理，把项目基点坐标作为路线起始点坐标，如图2、图3所示：

图2 桩点坐标值

图3 处理后的桩点坐标值

4.2 采用Revit 创建变截面连续梁横截面轮廓并通过参数控制

新建Revit 公制体量族，根据施工图纸选取一个具代表性的梁体横截面轮廓，首先采用参照线画出桥梁轮廓图，然后对每一个参照线的端点进行点约束，并设置参数，参数属性均为实例（特殊情况下选取类型），通过不同的参数数值可以控制参照线轮廓，对参照线端点的约束存在先后顺序，因此先对梁体的外轮廓进行约束，待外轮廓设置没问题后方能进行内轮廓的约束，参数设置方法如下图4所示。

图4 梁体横截面轮廓图

轮廓参数（如图5所示）设置成功后，由于Revit 中约束法则中约束能力为参照面＞参照线＞模型线（如直线、弧线）＞样条曲线，所以采取通过点的样条曲线逐个画线，通过参照线端点控制的样条曲线就像吸附在参照线上似的，同参照轮廓同步改变，然后分别对外轮廓和内轮廓的可见性添加参数，分别为wlk、nlk1、nlk2、nlk3、nlk4、nlk5，通过族类型创建六个族，名称分别为wlk、nlk1、nlk2、nlk3、nlk4、nlk5，这六个族具有相同的参数，可以通过参数修改实现内轮廓与5 个内轮廓同步改变，最后新建一个体量族，命名为梁体族，用于编辑dynamo 程序语言以及模型生成，把所建的梁体横断面轮廓族载入梁体族，可在项目浏览器中看到载入的六个轮廓族[4]。

图5 梁体横截面轮廓参数

4.3 梁体轮廓参数数值统计

分别画出梁体立面图和平面图（如图6、图7所示），根据施工图纸梁体特点，梁体等高段及零号段部分参考面可取少些，在梁体高度变化段每隔一米取一个参考面，利用Revit 路线分割工具及交点工具生成各参考面与立、平面图的轮廓交点。

图6 交点工具

图7 轮廓交点图

用测量工具测出交点间距，获得与各参照面对应的梁体轮廓参数信息（包括梁高、底板宽度、顶板厚度、底板厚度、腹板厚度），如图8、图9所示：

图8 内轮廓族参数数据

图9 外轮廓族参数数据

4.4 运用Dynamo 进行可视化编程，创建桥梁梁体模型

首先运用Dynamo 访问经过Civil3d 提取好的路线桩点坐标Excel 表格及梁体横截面轮廓参数表格，通过坐标点（如图10所示）拟合出桥梁路线。

图10 Dynamo 路线坐标节点

然后通过梁体横截面轮廓参数表格中的各里程对应的点（如图11、图12所示）分别放置外轮廓和内轮廓，放置完毕后通过参数表格中的各参数值控制不同点位置处的内外轮廓形状。

图11 轮廓放置节点

图12 轮廓参数修改节点

结果我们发现放置的轮廓都处于水平状态，需要对线路上的每个点坐标系进行转换，转换方法有两种。

（1）获取桥梁线路在XY 平面上的投影，点里程与线路起始里程差值作为线路分段长度获得该点处的参数及其切线。

（2）以该切线作为法向量并设置为Z 轴，与其垂直的平面作为XY 平面，并对该平面进行旋转一定角度，从而获得三维线路上该点处的新坐标系（如图13所示），新坐标下的几何图形梁体内轮廓和外轮廓如图14、图15所示。

图13 坐标系转换编程

图14 坐标系转换后的外轮廓放置图

图15 坐标系转换后的内轮廓放置图

最后通过节点Solid.by loft 和List.map 沿桥梁中心线进行内外轮廓的放样融合，并对其进行布尔运算（如图16所示），对内轮廓取并集，放样融合后的外轮廓实体与并集后的内轮廓实体取其差集（如图17所示），得到最终的桥梁模型。

图16 轮廓放样融合及布尔运算（并集）

图17 差集节点

运用Family Type.By Geometry 节点把模型导入Revit 中（如图18、图19所示），并设置梁体材质。

图18 导入Revit 后的梁体图

图19 某段梁体图

5 结论与展望

5.1 结论

论文以实际项目为例，详细的介绍了该项目梁体的建模过程，得出梁体的三维模型，该模型在实际施工过程中的应用性较强，研究成果主要体现在以下几个方面：

（1）由于桥梁放置点为项目基点，改变项目基点坐标，桥梁放置点坐标随之改变，使其位于原始的位置坐标处，通过Revit 坐标查看工具可以查看梁体某位置处的三维坐标，对测量工作具有重要的指导意义。

（2）由梁体体积及其表面积信息可以计算混凝土数量及所需模板工程量，对比设计图纸工程量，是否存在工程量问题。

（3）梁体建模只是整座桥梁建模的一部分，待整座桥梁模型建成后，可以结合其他软件，利用各个软件的自身优势，如渲染软件Lumion 或Fuzors 进行模型渲染及动画生成，运用navisworks 进行桥梁各构件的碰撞检查能及时发现各构件是否存在超过误差允许范围内的碰撞问题，如有问题则能提前联系设计院进行修改，避免后期施工过程中的返工现象或设计变更。

5.2 展望

目前，BIM 在房建工程的应用较为成熟，在市政桥梁工程中的应用才刚刚起步，传统的变截面连续梁桥主要采用3dsmax 进行三维模型创建，但其模型不足之处在于包含具体信息量过少，我们看到的只是桥梁外观，该模型的创建主要是采用橡皮泥拉伸或收缩的方式，无法采用参数控制。该模型在方案三维展示中发挥着强大的优势，但对实际的施工操作没有太大的指导意义，论文提出了基于Civil3d+Dynamo+Revit 的复杂桥梁三维模型创建，融合了各软件的优势，包含的信息更具体，创建的模型也更贴近实际，能更好的指导施工作业。但BIM 在市政领域的应用还存在很多局限性，包含的很多软件还不能实现很好的结合，随着各个软件的更新和功能的完善，BIM 在市政桥梁中的应用将会更加广泛。