基于Revit及数据库的桥梁BIM模型快速构建技术研究

胡弘毅 刘 永

（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东 广州 510030）

0 引言

近年来，随着我国建筑业的蓬勃发展，BIM 技术（Building Information Model）的应用受到越来越多的重视。然而，在公路行业，BIM的应用发展相对滞后。目前，公路行业的BIM应用一般是在设计方案完成后，由专业的BIM团队根据二维图纸资料进行建模。虽然BIM技术具有三维可视化特点和施工模拟功能，可以在施工前发现设计阶段的问题，避免在施工阶段才进行纠错，从而降低施工成本，加快施工进度。然而，由于公路工程线形及其周围自然环境复杂，同时桥隧工程和其他附属工程结构物繁多，尤其是涉及到公路立交工程，其路线交叉复杂使得建模难度增加，导致公路BIM建模耗费大量人力与时间，建模效率较低。许多研究人员针对该问题展开了研究，例如刘智敏等[1]以塞拉利昂公路中某座桥梁为工程案例，刘均利等[2]以曾家岩嘉陵江大桥为例，利用BIM技术完成项目建模等工作，提高施工图质量及设计效率；王茹[3]、孙建诚等[4]基于Autodesk 平台及可视化编程软件Dynamo结合的方法论述了公路立交BIM快速建模过程。然而，现有大量研究主要停留在参数化建模及编写建模程序的阶段，而参数设置并没有统一标准，只适用于部分公路工程项目，无法实现标准化快速建模[5-7]。本文通过构建参数化标准BIM构件，提取项目图纸数据建立项目数据库，利用Revit 及可视化编程插件Dynamo 并导入Excel数据库的方法，快速搭建桥梁三维实体模型，为桥梁BIM模型的快速建立提供了一种可能。

1 建模平台的选择

BIM模型不仅具有三维可视化的特点，模型还附加有设计信息，具有施工模拟及工程量统计等功能，同时BIM作为设计方、施工方及运营方三方协同管理平台，需要满足数据共享要求，因此现阶段BIM建模需要多款软件协同完成。目前满足上述需求的BIM建模软件平台主要有Bentley公司系列软件及Adutodesk公司系列软件，考虑到Autodesk Revit平台的泛用性，且Revit拥有直观且易于上手的用户界面，尤其对于熟悉其他Autodesk产品的用户来说，Revit尤其方便与AutoCAD软件进行数据关联，本文选择Autodesk Revit平台作为此项研究的建模工具。

2 桥梁BIM的建模特点与构建

桥梁工程一般规模庞大，结构构件繁多且复杂，附属工程较多，工程图纸量较大，因此桥梁BIM建模过程中需要构建大量结构构件，对于构件连接处等复杂结构，为避免发生冲突问题，对于构件建模精度有较高要求。对比一般建筑工程项目，桥梁工程涉及到更为复杂的自然环境，公路立交项目还需要考虑路线线形弯曲、道路交错等问题，对于地形环境建模精细度要求较高，弯曲立交桥建模难度较大。

2.1 桥梁开展BIM建模的特点

通过使用BIM技术，可实现在数字环境中创建、管理和交换桥梁的全面信息模型。这些模型包含了桥梁的几何形状、结构属性、材料特性、施工过程、运维信息等，为整个项目的生命周期提供支持。桥梁BIM 模型具有如下特点：

（1）平台属性：桥梁BIM模型是一个综合性的数字表示，将桥梁的相关信息整合在一个模型中，使得设计师、建造者和管理者可以在同一个环境中协同工作。

（2）信息精度高：BIM技术实现高度精确的几何建模，模型中还具有精确的工程属性信息，如材料特性、结构参数、施工工序等，为设计施工管理的优化提供数据基础。

（3）三维可视化：BIM模型可以生成真实的可视化效果，帮助相关人员更好地理解桥梁设计和构造。通过可视化，工程人员更直观地评估设计方案，发现潜在问题，并做出改进，比如实现桥梁净空检查与钢筋布置冲突分析自动化。

（4）数据分析与共享：基于数据与模型，可进行各种模拟和分析，如主体结构分析、地质结构分析、交通流模拟等，为设计决策提供科学依据，并优化桥梁的性能。此类数据与分析结论在整个项目的生命周期内都可用，从设计阶段到建造和维护阶段，信息都得到保留和共享，有助于实现持续性管理和维护。

2.2 构建桥梁BIM数据库

由于桥梁工程建模具有上述特点，桥梁设计图纸数据对于桥梁BIM建模的准确性及精细度具有重要影响。因此，本文提出了从设计图纸中提取建模参数，形成桥梁BIM建模Excel数据库，并将桥梁工程相关的数据集中进行存储和管理。该数据库包括桥梁设计图纸、模型、材料信息、构造细节、荷载和安全分析数据、施工规划等。通过构建这样的数据库，可以实现数据的高效存储和管理，有助于提高桥梁BIM建模的效率和精细度。

根据逐桩坐标表及桥梁布置图，可以获取桥梁跨径、桥面标高、桥轴线、地面线标高等主体结构构件空间位置信息，并将其提取为坐标信息。然后根据桥梁上下部结构设计图，可以获取主梁及桥梁墩台的类型、结构尺寸信息、附属结构的标高及尺寸等信息，并将其整理成Excel数据表格，形成BIM数据库（如图1所示）。

图1 BIM数据库部分截取

为进一步提高桥梁BIM 建模效率及精细度，采用Dynamo编写脚本的方法，以数据库中的构件坐标信息与尺寸参数来实现族构件的批量修改与布置。这使得设计团队可以更高效地对模型进行更新和优化，同时保持模型的准确性和一致性。通过上述方法，桥梁BIM建模的数据来源得到了优化和有效分类管理，确保BIM模型的准确性和精细度，实现桥梁BIM模型快速构建。

3 桥梁BIM模型的快速构建实例

以广州市某匝道桥为工程实例，根据项目图纸数据建立项目桥梁BIM数据库，基于Revit软件建立参数化标准构件族库，利用Dynamo编写脚本，导入数据库信息实现参数化族构件批量布置与修改，完成桥梁BIM模型快速构建。

3.1 工程概括

案例工程匝道桥桥长662m，桥跨组合为（4×30+9×24.5+50+45+9×24.5，m），其中第14、15 跨跨越华南快速路。桥型方案上部结构拟采用（4×30+9×24.5+50+45+9×24.5，m）预应力混凝土先简支后桥面连续小箱梁、钢箱梁；下部桥墩采用圆柱墩；桥台采用柱式台。该匝道桥的道路中线缓和曲线参数包括：Ls1=62.439m、R=410m、Ls2=51.280m、Ls3=66.667m、R=150m、Ls4=80.667m。图2为该匝道桥的平面布置图。

图2 广州市某立交匝道桥平面图

3.2 桥梁BIM数据库

桥梁BIM的快速构建需要利用Dynamo脚本进行构件位置控制与参数调整，通过导入项目BIM数据库实现控制参数化族构件的空间布置和几何尺寸调整。项目BIM数据库的建立可以通过直接提取或推算获取二维设计图纸的信息。以匝道桥下部结构BIM数据库的建立为例，可以根据桩位坐标表和桥型布置立面图来确定桥梁墩台及基础结构的空间导入点，并将X、Y、Z坐标提取到Excel文件中，如图3所示。然后，根据下部结构设计图，确定墩台基础类型及标准参数，其中包括墩身长度、宽度、桩长、桩直径等设计参数，并整理为Excel数据库。类似地，桥梁上部结构及桥面系BIM数据库的构建也需要根据二维设计图纸提取空间位置信息及几何尺寸信息。

通过数据库构建结合脚本程序控制，可以实现匝道桥BIM模型的快速构建，并确保模型的准确性和一致性。

3.3 桥梁BIM的快速构建

桥梁BIM的构建过程主要包括2个步骤，首先根据二维设计图纸确定桥梁各结构构件类型，利用Revit软件建立参数化标准族库；然后利用Dynamo软件中Excel导入命令完成数据库信息导入，快速搭建三维BIM模型。

3.3.1 桥梁BIM构件族库的构建方法

桥梁工程构造物繁多复杂，主要包括上部结构、下部结构、桥面系三大组成部分，BIM模型建模首先需要构建参数化标准族库，各族构件参数名应与数据库参数名对应。针对桥梁工程结构构造物繁多复杂的特点，不同的结构采用不同的建模方式，对于墩台基础等独立实体结构采用自定义形体创建命令完成三维实体建模；对于梁结构、路面结构等受路线线形影响结构形状尺寸的构件，可通过采用自定义形状创建命令创建参数化轮廓族样板文件，根据数据库信息修改轮廓尺寸及布置截面位置后再创建三维实体模型。通过创建一个被赋予与BIM数据库对应参数的样板族构件，后续即可通过修改参数获得多种同类型不同尺寸的结构构件模型，显著减少建模次数，实现快速建模。图4为Revit创建实体及轮廓命令，图5为BIM族库创建效果及参数设定。

图4 BIM族库创建命令

图5 下部结构参数化族构件效果图

3.3.2 基于Dynamo的桥梁BIM快速建模方法

Dynamo是Autodesk公司开发的基于Revit的可视化编程插件，利用Dynamo中丰富的节点功能，设计人员可创建虚拟逻辑关系，从而驱动参数化几何图元及数据。基于Dynamo构建桥梁BIM的过程主要有3个步骤：

（1）在Revit软件中新建概念体量项目，在管理模块中打开并关联Dynamo；

（2）利用Dynamo软件中ImportExcel节点，导入数据库信息并创建各参数化族的控制点，定义为X，Y，Z坐标数据；

（3）在各个控制点下导入参数化族，并利用Dynamo中SetRotation 节点、SetParameterByName 节点分别完成批量族构件平面状态调整及几何尺寸修改。

通过上述步骤可以完成桥梁下部结构及部分附属结构三维实体建模，对于上部结构及路面结构在控制点中导入了参数化截面轮廓，还需要利用Revit放样命令基于截面生成三维实体以完成建模。图6描述了Dynamo部分控制脚本编写效果，桥梁BIM模型效果如图7所示。

图6 Dynamo控制脚本节点组合截取

图7 匝道三维实体模型效果图

3.4 项目三维实体模型整合

采用同样的建模方法，根据设计图纸资料可分段快速创建公路立交三维模型。为整合项目BIM，可利用Naviswork软件导入各立交路段三维实体模型及数字地面模型，修改构件材质，获得具有更好展示效果的三维实体模型。Naviswork中整合项目BIM文件后的效果图如图8所示。

图8 公路立交BIM整体模型效果图

4 结束语

针对桥梁工程模型特点，本文提出了基于Revit及项目数据库的桥梁BIM快速构建方法。以广州市某匝道桥为工程案例，提取二维图纸设计资料建立数据库，利用Revit软件及可视化编程软件Dynamo构建公路立交三维模型，完成项目数据库及参数化标准族库的建立，实现数据库导入以批量驱动参数化族构件完成三维模型的快速搭建。本研究对于桥梁BIM快速建模提供了一种可行方法，提高了BIM建模效率，节约了建模成本。