基于CATIA 高級知識工程在BIM 橋梁鋼筋建模中的應用

劉飛虎

(成都希盟泰克科技發展有限公司，成都 610041)

1 概述

達索CATIA V5 系統是航空、汽車、機械及建筑等領域應用比較廣泛的CAD/CAM/CAE 軟件系統，其高級知識工程功能在國家體育場之鳥巢、水電工程之錦屏一級水電站、航天工程之波音飛機等都得到了很好的應用。橋梁是跨越天然或人工障礙物而修建的建筑物，目前其二維圖紙是橋梁專業的習慣交付成果，二維出圖方式與建筑業相比更為復雜，加之橋梁設計與線路、地形和地質結合緊密，很多地方二維圖紙表達方式更為明晰［1］。但是隨著科學技術的發展，在橋梁施工方面，傳統的二維圖紙表達已經很難滿足工程單位對橋梁建造質量、施工安全以及后期運維管理的需要;工程單位將充分利用電子計算機進行經濟有效的管理，在施工技術中，將不斷引用新技術和高效率、高功能的機具設備，借以提高質量、縮短工期、降低造價［2］。

要利用三維的方式將其表達清晰，表達更為形象，并為建模信息模型(Building Information Modeling，BIM)提供更多的可取信息，更加要取決于三維建模的方式。當然同多數計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)產品一樣，通過編程訪問CATIA(Computer-Aided Three-dimensional Interactive Application)對象利用進程外的腳本，在CATIA 運行的情況下，外部程序可以通過操縱CATIA，創建、修改CATIA 環境和幾何形體的數據來達到同一類型數據快速創建［3］;但這一方法對于不精通編程語言的設計人員來講是比較困難的，CATIA 內嵌的PKT語言便可提供更加方便、快捷的創建方法。

2 CATIA 高級知識工程技術

CATIA 產品知識模板(Product Knowledge Template，PKT)允許用戶方便的和交互式的捕捉工程技術方法，以進行高效的重用。PKT 幫助企業共享最佳經驗，避免因為現有設計太復雜或難以理解，而無法重現的設計所帶來的重復性勞動。不需要技能方面的編程資源，就可以實現上述功能，這樣就確保了企業中所有工程師都能參與到知識工程和捕捉中來。

對工作在擴展供應鏈中的企業而言，這將使他們能在不開放設計方法和規則內部的智力資產的前提下，將設計數據傳遞給合作伙伴，而合作伙伴還能利用到這些內在的知識。PKT 允許交互式創建特征、零件和裝配模板，這些模板中包含幾何描述、關聯的參數和關系，以備相關重用［4］。

3 鋼筋建模流程

為更加明確鋼筋創建過程，本文提出以下鋼筋創建流程(見圖1)。根據鋼筋創建流程，在創建或引用橋墩三維模型的骨架后，即可根據骨架創建各類鋼筋。創建某一型號鋼筋，需要針對這一型號鋼筋大樣進行鋼筋輪廓設計，設計出該鋼筋的用戶特征;在設計用戶過程中，需要條理清晰，設計意圖明確，用最穩定、最簡單的輸入條件創建出用戶特征;在定義用戶特征時需要定義好該鋼筋的型號標識，輸出該鋼筋的形狀輪廓及主要構件參數，便于后續PKT 語言調用該鋼筋用戶特征來生成鋼筋，更改鋼筋形狀輪廓或構建參數。

圖1 鋼筋建模流程圖

4 項目實例

以某號橋墩墩身頂部鋼筋創建為例，鋼筋的種類達30 余類，鋼筋總數在數萬級以上，利用普通的三維建模方式非常耗時耗力，而且普通計算機難以承受這種建模結果;利用CATIA 高級知識工程可順利解決這一建模問題，并且針對這些數量巨大的鋼筋只需一個模板，根據需要改變其形狀輪廓和鋼筋構建參數即可快速創建結構復雜橋墩內不同型號的鋼筋。

4.1 鋼筋骨架

CATIA 骨架設計是指對設計產品進行充分理解和分解后，結合產品設計流程運用主要線框控制元素對整個產品結構進行有效的總體控制，形成類似樹干狀的控制結構，并建立有效的參數信息傳遞框架及設計方法。將已建立的骨架模型中的草圖、設計基準、幾何特征、相關參考等參考發布并復制到各零部件的設計中，這樣就可以將骨架模型中的信息共享到零部件中，從而實現各零部件設計所需的設計基準等參考信息均來自同一個骨架模型［5］。要創建墩身頂部鋼筋，可以根據該橋墩截面圖(見圖3、圖4)以及三維橋墩實體來確定鋼筋的骨架(見圖5)。在此過程中，注意鋼筋創建后與墩身最外層凈保護層的厚度需滿足設計要求。

圖3 某橋墩半正身截面圖

圖4 截面圖

圖5 橋墩鋼筋墩頂骨架圖

圖6 鋼筋大樣示意圖

圖7 某型號鋼筋用戶特征示意圖

圖8 某型號鋼筋三維模型圖

3.2 鋼筋用戶特征

CATIA 產品知識模板將設計知識集成到創建的特征、零件、裝配模板中，通過使用正確的輸入和幾何參照對參數進行修改，能很好地適應各種需求，快速完成重復設計工作［6］。

在鋼筋骨架確定后，即可創建各型號鋼筋。根據橋墩鋼筋布置圖中該部位的鋼筋大樣(見圖6)，結合鋼筋骨架創建鋼筋的用戶特征(見圖7);在創建用戶特征過程中，需明確設計目標以及簡化用戶特征的輸入條件，根據定義鋼筋骨架的基礎上合理創建本鋼筋大樣的用戶特征。

3.3 CATIA 知識工程語句及鋼筋構建成果

結合鋼筋骨架以及鋼筋用戶特征，參照橋墩鋼筋布置圖編寫該類鋼筋的PKT 執行語句如下文所示。在編寫調用鋼筋用戶特征語句過程中，要明確該類鋼筋的型號標識和生成后在CATIA 模型樹上放置的位置;完成各類鋼筋的用戶特征后，分別執行對應的PKT 語句，生成該橋墩頂部鋼筋的三維模型(見圖8)。

PKT 執行語句:

let i(Integer)——(定義變量)

let L1(list)——(定義變量)

let L2(list)——(定義變量)

let UDF(DBGJ21)——(定義變量)

i=1

L1=`DBGJ21 參考 DPoint` -＞Query("Point"，"")

L2=`DBGJ21 參考 TPoint` -＞Query("Point"，"")

for i while i ＜=L1 -＞Size()——(定義循環)

{

UDF=CreateOrModifyTemplate("DBGJ21"，`DBGJ21 -3`，`關系DBGJ21 -3列表.6`，i)

UDF.SPoint=L1 -＞GetItem(i)——(定義用戶特征輸入條件)

UDF.EPoint=L2 -＞GetItem(i)——(定義用戶特征輸入條件)

UDF.Name="DBGJ21"——(定義用戶特征創建結果名稱)

UDF.Color="Blue"——(定義用戶特征創建結果顏色)

EndModifyTemplate(UDF)——(結束調用用戶特征)

}

4 結語

本文結合工程實例中橋墩鋼筋模型的創建積極探索了CATIA 高級知識工程在BIM 橋梁中的應用，結果表明CATIA 高級知識工程有效地解決形狀類似、數量較多的三維模型的創建，形成了一套對不定數量的對象設計進行特征自動構建的設計方法，可以良好地為BIM 技術研究及應用提供重要的基礎信息。當然是用這個設計方法可以快速構建特征，如何來利用創建出來的特征以及統計這些特征的某些屬性(如:數量、重量、長度、類型等信息)在BIM 技術中實現價值還得深入研究。

［1］楊詠漪，劉發明，孫大力.地鐵高架橋梁BIM 應用研究［J］.鐵路技術創新，2014(2):79-82.

［2］高興元.橋梁工程［M］.天津:天津大學出版社，2010.

［3］周桂生，陸文龍.CATIA 二次開發技術研究與應用［J］.機械設計與制造，2003，22(1):16-18.

［4］Dassault Systems.CATIA Documentation［EB/OL］.http://catiadoc.free.fr/online/CATIA_P3_default.htm，2004-12-18/2015-03-20.

［5］王進豐，李小帥，傅尤主.CATIA 軟件在水電工程三維協同設計中的應用［J］.人民長江，2009，40(4):68-70.

［6］沈國焱.達索系統水利水電工程設計行業整體解決方案［R］.成都:成都希盟泰克科技發展有限公司，2009.