桥梁BIM参数化建模的二次研发

BIM的参数建模是BIM技术中关键部分。本文介绍了结合路线专家系统，通过二次开发的方式实现。能满足当前依托项目需求且能进行后期扩展的桥梁参数化建模。该研发同时能在一定程度上与设计软件数据互通，为将来桥梁BIM正向设计提供了思路并打下了基础。

BIM的参数建模

桥梁工程是交通领域中重要的节点工程，不仅是国家重要的基础工程，也是民心工程。随着时代的发展，国家对桥梁的质量、安全、经济、环保等方面提出了更高的要求，而二维图纸的表达设计方式也逐渐暴露出了以下几个问题：

1.设计数据之间没有约束，各专业间甚至专业内部图纸中常出现自相矛盾的情况；

2.设计、施工及运维间数据的传递需要依靠人阅读图纸并重新填写数据，增加了大量工作，同时增加错漏的风险，造成资源的浪费；

3.计算机无法理解图纸，为今后自动化技术的发展带来了阻碍。

近几年来，随着BIM技术在建筑领域中的应用及带动，在土木交通行业中也得到了飞速的发展。BIM技术通过建立数字化的BIM参数模型，将与项目相关的大量信息转存到参数模型中，从而服务于建设项目的规划、设计、 施工、运维等整个生命周期。BIM 的优势很突出，采用BIM技术，将会提高生产效率、保证生产质量、节约建筑成本、缩短工期。

由此可见，BIM技术的应用显得必要且迫切，运用BIM建模软件建立参数化桥梁BIM模型，是基于信息模型基础数据，为桥梁全生命周期服务，为参与桥梁建设各方提供信息化交流平台，为实现建设对象可视化、施工进度控制动态化、信息数据采集智能化提供技术支持，BIM的参数建模是BIM技术中的关键部分。

桥梁具有结构特殊、类型较为固定，但数量众多且空间要求高的特点。项目初期创建模型工作量巨大。采取手工建模的方式去创建模型往往需要花费大量的时间。同时，模型一旦创建将很难修改，当设计出现变更时，需要进一步花费大量时间修改模型。另一方面，直接建模对信息化的发展相当不利。直接创建的模型并不包含完整的设计信息，为了保证模型能顺利进行后续的BIM应用，还需要手工将模型与设计信息进行关联。这无疑对BIM技术的发展形成极大的阻碍。

参数化是BIM核心思想之一，也是桥梁设计的重要趋势。参数化提供了针对BIM设计与模型维护优秀的解决方案，为BIM模型的创建与维护提高了效率。通过参数化，可让建模如积木的拼装一般。同时，保证了模型中数据与设计的一致性，方便后期对模型的整体控制。

ABD应用现状

随着近几年国内各单位的应用和探索及各大BIM软件厂商的支持，业内对桥梁参数化建模的方法做出了大量尝试。目前，国内行业中最主流的桥梁建模还是基于 Autodesk、Bentley、Dassault三大平台，简称 ABD。

在A平台中，常见的做法是revit族+Dynamo的方式进行参数化建模。将预制梁、盖梁、墩身、承台等结构建立相应的族，并利用Dynamo可视化编程设计数据批量建立相应的构件，并进行组装。这一方法在大量项目实践中，可以快速有效地满足部分建模需求，但仍存在一些不足：

1.Revit为建筑软件，族的定制并不能满足交通行业的需求，导致构件仅仅细微的改变需重新建立族，而桥梁中常见的情况是各类型构件进行组合，因此几乎无法涉及所有排列组合的桥梁类型。

2.Revit本身不支持交通行业常用的多位数坐标，当坐标为6位术后，会导致数据溢出，造成模型错误。

3.Dynamo中程序不易维护且难以形成系统。

在B平台中，主要利用OBM（Open Bridge Modeler）进行参数化建模。OBM是完全针对桥梁建模的一款软件，此款软件可以基于路线直接布置桥梁的上下部模型，也有内置的上下部的模型构件库，但由于OBM并非针对国内使用习惯设计，在桥梁建模上出现了很多问题。比如不支持斜交、变宽等情况。同时，无法批量进行建模也极大降低了效率等。

CATIA建立桥梁模型时，主要是通过建立组成桥梁各个构件的参数化构件库，然后通过骨架将所有构件关联到骨架之上，并同时带有参数化的关联关系。但利用CATIA自身建立桥梁模型工作量巨大。

综上，由于国内交通基础设施行业工作方法、业务逻辑与国外具体情况存在差异，市场上现有的BIM软件在实际项目应用中均表现出水土不服。

JSL-路线专家系统是汲取中交第二公路勘察设计研究院有限公司丰富的道路勘察设计经验，在多年道路软件开发应用的基础上，融合国内外同类软件的优点，精心设计、专业架构，倾力打造的新一代路线设计系统。本文依托项目通过在路线专家系统的基础上延伸开发，实现BIM桥梁的参数化建模。

软件开发

明确需求，制定整体架构

通过分析，确定了以下需求：

1.能同时读取本院自主研发的桥梁专家系统生成的桥梁数据文件和手工填写的参数表（原则上建议使用第一种方式，当仅有纸质图纸时采取第二种方式）。

2.能快速简便地对桥梁上下构形式进行扩展。

3.预留出中间过程的数据接口，为将来的数据分析提供数据支持。

通过分析需求，设计了如图所示的基本框架。程序大致分为3个部分：

● 为保证支持多种形式的数据输入类型，需在程序内部定义一套参数格式。对应不同的参数输入类型需要单独编写一套解析方法，将输入的参数解析为统一的格式；

● 通过参数建立桥梁树形构件节点，并为每个构件节点赋值；

● 为节点分配Guid，通过核心算法得到构件节点的几何位置信息及其他信息（其他信息包括构件类型，编号等），并由Guid进行关联。

整体结构

确定桥梁通用结构

首先需要定义一个节点类作为所有对象的基类，如图所示。从节点类中继承出路线、桥梁、上构、下构等对象，由于上下构具有多种形式，将上构、下构定义为抽象类。构建出基本的树形结构。对应不同的桥梁类型需在节点下做不同的扩展。

确定依托项目中主要桥梁类型

整理依托项目中出现较多的上下构类型，结合中交二院编制的公路工程项目级BIM标准，提炼并分类各参数。如，T梁提炼出梁高、边梁宽、中梁宽、梁端马蹄高、跨中马蹄高等约30个参数，圆柱墩从盖梁、垫石挡块、墩柱、系梁、承台、桩基几个方面提炼出共约60个参数。

单个节点及继承关系

编写构件

根据整理出来的桥梁类型及相关参数，编写相应构件。对应的部分需要继承对应的类并编写对应构件，以圆柱墩为例，如图所示。圆柱墩为继承桥墩得到的节点，在圆柱墩节点中继续生长出其他构件，每个构件节点单独管理相应的部分，但最终由圆柱墩节点统一管理。最终能按照所填参数生成包含设计信息的BIM模型。

封装及测试

将代码封装并对各种功能进行测试，对出现的bug进行调试并修改，完善代码。

项目实践

依托工程

北京至雄安新区高速公路河北段KCSJ1标段是新区“四纵三横”区域高速公路网的“中轴线”，是连接北京城区和雄安新区最便捷的高速通道，全长58.854公里，桥梁比例35.967%，途经固安县、高碑店市、白沟新城、容城县。

圆柱墩基本结构

该项目拟利用BIM的数字化设计成果，再结合项目建设期即将采用的建设管理系统，考虑实现两者之间的数据共享传递，需要保证BIM模型与属性相关联。同时可以与图纸进行关联，达到建设管理系统中的信息数据在BIM模型上直观地呈现出来，最终实现基于BIM技术的建设管理。

建成的模型

具体实践

在本项目中，二院承接的标段包含大中小桥116座，墩台总数高达1907个，其中特大桥5座。使用传统的方式需要花费大量的时间。由于本项目设计成果为PDF图纸，因此主要采取填写excel表格的方式输入参数。将Excel表格填写完成后，只需在路线专家系统中选择对应路线及参数表即可生成桥梁模型。对比以往类似工作， 1~2月的工作可在两周内完成，极大地提高了工作效率。

通过参数化的方式进行模型的创建，符合信息化的需求，保证设计资料以数字的方式进行传递，方便对设计指标进行读取并进行分析。同时有利于快速生成设计方案的三维模型，可以预见设计中可能存在的问题，方便设计方案的对比与选取。当下，可以极大地降低设计人员的建模负担，提高建模效率，使其能真正地专注于设计过程。长远地看，可以与桥梁设计软件进行数据对接，完成桥梁BIM正向设计。