基于BIM技術(shù)的平面鋼閘門三維設(shè)計(jì)計(jì)算 和出圖一體化軟件的研發(fā)

嚴(yán) 沾 謀

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 貴州 貴陽 550081)

0 引 言

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了BIM技術(shù)在水利水電工程的廣泛應(yīng)用[1-4]。而鋼閘門作為水利水電工程重要的組成部分，BIM設(shè)計(jì)[5-6]和分析[7-9]技術(shù)也得到了深入應(yīng)用。同時(shí)由于行業(yè)的特殊性和設(shè)計(jì)軟件的局限性，衍生了水利水電工程BIM技術(shù)的開發(fā)[10-11]。鑒于平面鋼閘門的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有低效率、規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性不可控等缺點(diǎn)，平面鋼閘門計(jì)算、三維設(shè)計(jì)和出圖等軟件應(yīng)運(yùn)而生[11-16]。為了避免從最底層開始開發(fā)，降低軟件開發(fā)難度，提高開發(fā)效率，本文充分利用現(xiàn)有三維設(shè)計(jì)軟件的強(qiáng)大參數(shù)化設(shè)計(jì)建模功能，集成C#、CATIA、CAA等工具和技術(shù)手段，按照平面鋼閘門BIM設(shè)計(jì)方法體系進(jìn)行系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)。基于BIM技術(shù)對平面鋼閘門三維設(shè)計(jì)計(jì)算和出圖一體化軟件進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、三維建模和工程出圖一體化，大大提高了設(shè)計(jì)效率。

1 開發(fā)環(huán)境與系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 開發(fā)環(huán)境

平面鋼閘門三維設(shè)計(jì)計(jì)算和出圖一體化軟件的開發(fā)涉及閘門計(jì)算、BIM模型構(gòu)建和工程出圖。鑒于C#語言的應(yīng)用普及性，以及CATIA軟件的強(qiáng)大參數(shù)化功能、在機(jī)械行業(yè)的通用性和二次開發(fā)要求，選擇的軟件開發(fā)環(huán)境主要包括：

? Windows 7 64位操作系統(tǒng)；

? .Net Frameworks 4.0；

? C#、C++混合編程環(huán)境；

? SQL Server 2008 R2數(shù)據(jù)庫；

? CATIA V5R21三維設(shè)計(jì)軟件；

? CAA——CATIA二次開發(fā)環(huán)境。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

平面鋼閘門三維設(shè)計(jì)計(jì)算和出圖一體化軟件采用基于BIM技術(shù)的先進(jìn)頂層設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

開發(fā)內(nèi)容包括設(shè)計(jì)計(jì)算模塊、三維參數(shù)化設(shè)計(jì)模板、BIM模型構(gòu)建模塊、工程出圖模板、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖框和標(biāo)題欄插件、行業(yè)化材料表統(tǒng)計(jì)插件，輸出成果包括算稿、BIM模型和工程圖紙。主要思路為：

(1) 應(yīng)用C#語言進(jìn)行平面鋼閘門設(shè)計(jì)計(jì)算模塊開發(fā)，輸出平面鋼閘門設(shè)計(jì)參數(shù)，并存儲入數(shù)據(jù)庫；

(2) 應(yīng)用CATIA軟件完成平面鋼閘門三維參數(shù)化設(shè)計(jì)模板的開發(fā)；

(3) 建立數(shù)據(jù)庫內(nèi)平面鋼閘門參數(shù)與平面鋼閘門三維參數(shù)化設(shè)計(jì)模板參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

(4) 應(yīng)用C#語言進(jìn)行平面鋼閘門BIM模型構(gòu)建模塊開發(fā)，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫內(nèi)平面鋼閘門的參數(shù)，構(gòu)建平面鋼閘門BIM模型；

(5) 應(yīng)用平面鋼閘門BIM模型進(jìn)行平面鋼閘門工程出圖模板的開發(fā)；

(6) 在CAA開發(fā)環(huán)境下應(yīng)用C++語言完成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖框和標(biāo)題欄插件、平面鋼閘門行業(yè)化材料表統(tǒng)計(jì)插件的開發(fā)；

(7) 應(yīng)用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖框和標(biāo)題欄插件、平面鋼閘門行業(yè)化材料表統(tǒng)計(jì)插件和平面鋼閘門工程出圖模板完成平面鋼閘門的工程出圖。

2 模塊開發(fā)

2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算模塊

為了規(guī)范平面鋼閘門的設(shè)計(jì)計(jì)算，提高設(shè)計(jì)效率和標(biāo)準(zhǔn)化程度，將平面鋼閘門按型式(表孔、潛孔)、支承方式(滑塊、定輪)和操作條件(靜水啟閉、動水啟閉、動下靜啟)進(jìn)行歸類。根據(jù)《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》，應(yīng)用C#語言進(jìn)行平面鋼閘門設(shè)計(jì)計(jì)算模塊開發(fā)，內(nèi)容包括總水壓力和面板厚度計(jì)算、主梁計(jì)算、次梁計(jì)算、啟閉力計(jì)算、吊耳計(jì)算、埋件計(jì)算、定輪計(jì)算等。模塊輸出內(nèi)容包括閘門算稿和設(shè)計(jì)參數(shù)，其中設(shè)計(jì)參數(shù)存儲入SQL Server數(shù)據(jù)庫。

2.2 三維參數(shù)化模板

為了提高BIM模型的構(gòu)建效率，應(yīng)用CATIA三維設(shè)計(jì)軟件對閘門底層零件和標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行參數(shù)化建模。根據(jù)各種類型閘門特征將參數(shù)化零部件進(jìn)行組裝，關(guān)聯(lián)零部件參數(shù)和裝配件參數(shù)，形成一系列閘門總裝模板。在模板中大量應(yīng)用知識工程功能，如圖2所示，可提高模板智能化水平。同時(shí)應(yīng)用裝配特征可自動完成大批量螺栓的裝配，如圖3所示，大大提高了模板制作效率和智能化水平。

圖2 知識工程應(yīng)用示意圖

圖3 裝配特征應(yīng)用示意圖

2.3 BIM模型構(gòu)建模塊

為了規(guī)范BIM模型的構(gòu)建，應(yīng)用C#語言進(jìn)行平面鋼閘門BIM模型構(gòu)建模塊開發(fā)，建立數(shù)據(jù)庫內(nèi)閘門參數(shù)與參數(shù)化設(shè)計(jì)模板參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成平面鋼閘門BIM模型的構(gòu)建，如圖4所示。

圖4 平面鋼閘門BIM模型

2.4 插 件

平面鋼閘門的材料明細(xì)表具有行業(yè)化特征，材料表的關(guān)鍵字為“序號”、“圖號/規(guī)格”、“名稱”、“材料”、“數(shù)量”、“單重”、“總重”和“備注”，其中板材的規(guī)格樣式為“-厚度×寬度×長度”。但CATIA圖框和材料表統(tǒng)計(jì)工具不能滿足平面鋼閘門出圖的行業(yè)化需求，需在CAA開發(fā)環(huán)境下應(yīng)用C++語言完成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖框和標(biāo)題欄插件、平面鋼閘門行業(yè)化材料表統(tǒng)計(jì)插件的開發(fā)。開發(fā)完成的插件界面如圖5所示。

圖5 圖框和材料表插件界面

圖框和標(biāo)題欄插件開發(fā)的主要內(nèi)容是繪制線條和生成文本，其中繪制線條采用命令“CreateLine”，生成文本采用命令“CreateDftText”。部分代碼如下：

startPoint[0]=X[0];

startPoint[1]=Z[0];

endPoint[0]=X[0];

endPoint[1]=Z[12];

spGeomFactory->

CreateLine(startPoint,endPoint);

材料表統(tǒng)計(jì)插件開發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)是獲取BIM模型的屬性值和參數(shù)值，屬性值的獲取使用命令“GetProperty”，部分代碼如下：

CATListOfCATUnicodeString oPropertyList;

if (SUCCEEDED(hxPDMItem->

GetPropertyNames(oPropertyList)))

{

CATUnicodeString propertyvalue1;

CATUnicodeString propertyvalue3;

CATUnicodeString propertyvalue8;

hxPDMItem->GetProperty

(oPropertyList[1],propertyvalue1);

hxPDMItem->GetProperty

(oPropertyList[3],propertyvalue3);

hxPDMItem->GetProperty

(oPropertyList[8],propertyvalue8);

zpartnumber=propertyvalue1;

zdescription=propertyvalue3;

zmass=propertyvalue8;

}

參數(shù)值的獲取使用命令“Value”，部分代碼如下：

for(j=l;j<=size;j++)

{

CATICkeParm_var parm=list[j];

CATUnicodeString hd="厚度";

CATUnicodeString pname=parm->

Name().CastToCharPtr();

double pvalueT=parm->Value()->AsReal();

double pvalue=pvalueT*1000;

hdvalue="temp";

hdvalue.BuildFromNum(pvalue,"%g");

if(hd==pname)

{

k=2;

break;

}

}

2.5 工程出圖模板

應(yīng)用平面鋼閘門BIM模型在CATIA平臺進(jìn)行工程出圖模板的定制化開發(fā)，圖紙包括總圖和零部件圖，內(nèi)容包括尺寸、公差、焊縫等標(biāo)注。生成工程圖后，應(yīng)用企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖框和標(biāo)題欄插件生成圖框，應(yīng)用材料表統(tǒng)計(jì)插件生成材料明細(xì)表，完成工程出圖，如圖6所示。

圖6 平面鋼閘門工程出圖

3 結(jié) 語

平面鋼閘門三維設(shè)計(jì)計(jì)算和出圖一體化軟件基于BIM技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，集成了設(shè)計(jì)計(jì)算、BIM模型構(gòu)建和工程出圖，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算、建模和出圖一體化。軟件可自動輸出計(jì)算算稿、BIM模型和工程圖紙，在企業(yè)內(nèi)得到了金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)的廣泛應(yīng)用，大大降低了BIM應(yīng)用的難度，提高了平面鋼閘門設(shè)計(jì)、計(jì)算、出圖效率和標(biāo)準(zhǔn)化程度。與傳統(tǒng)開發(fā)模式比較，本軟件的開發(fā)避免了從最底層開始開發(fā)，降低了軟件開發(fā)難度，提高了軟件開發(fā)效率。本軟件按照平面鋼閘門BIM設(shè)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，可根據(jù)需要增加閘門模板。本文的開發(fā)思路也可應(yīng)用于弧形閘門、攔污柵和啟閉設(shè)備等金屬結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)計(jì)算和出圖一體化軟件的開發(fā)。