BIM參數(shù)化建模技術(shù)在互通立交橋工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王 凱

（內(nèi)蒙古建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）是應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維的一項(xiàng)新技術(shù)，是以工程項(xiàng)目各相關(guān)信息為基礎(chǔ)建立的參數(shù)化模型，并應(yīng)用在項(xiàng)目全生命周期過程中。目前BIM在美國、歐洲、日、韓、新加坡等國家的發(fā)展和應(yīng)用都達(dá)到了一定水平。在國內(nèi)，在房建、水運(yùn)、公路和鐵路等領(lǐng)域已逐步開展了BIM技術(shù)的研究與應(yīng)用，但是，在具體工程建設(shè)過程中的應(yīng)用深度還不夠，導(dǎo)致BIM的價(jià)值難以得到有效地體現(xiàn)[1]。

互通立交作為公路工程建設(shè)中的重要組成部分，是公路設(shè)計(jì)和施工中難度和復(fù)雜程度最高的部分。互通立交路線線形基本上以圓曲線和緩和曲線為主，線形復(fù)雜多變、出入口多，超高、坡度變化復(fù)雜，道路和橋梁交替出現(xiàn)。由于傳統(tǒng)二維圖紙的缺陷，無法避免地會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)碰漏缺的情況，借助于BIM技術(shù)能夠有效優(yōu)化和提升互通立交在設(shè)計(jì)、施工管理、交通組織設(shè)計(jì)等方面的效率，然而快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建三維模型一直是工程技術(shù)人員利用BIM技術(shù)的障礙[3]。本文以三環(huán)互通立交橋?yàn)榘咐柚鶵evit、Civil3D、Dynamo等軟件進(jìn)行BIM參數(shù)化建模技術(shù)的研究與應(yīng)用。

1 參數(shù)化建模技術(shù)路線

近幾年，隨著BIM技術(shù)的快速發(fā)展，BIM與參數(shù)化的概念越來越多地被人們所熟悉，工程建設(shè)行業(yè)的各參與方都在追求高效、準(zhǔn)確、可行的建模方法，以滿足BIM模型在各階段的應(yīng)用。

參數(shù)化就是指通過數(shù)值、公式或邏輯語言來改變對(duì)象屬性，實(shí)現(xiàn)對(duì)象的可控變化，通過參數(shù)化建模，可以大大地提高建模速度與精度，同時(shí)給模型批量添加各種相關(guān)信息[2]。

參數(shù)化建模擬采取的技術(shù)路線（見圖1）如下：

圖1 擬采取的技術(shù)路線

（1）分析工程建模難點(diǎn)，整理圖紙、數(shù)據(jù)，恢復(fù)并整理互通立交的平面、縱斷面線形數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)橋梁圖紙創(chuàng)建參數(shù)化族，其中包括參數(shù)化的輪廓族、箱梁族、橋墩族等。

（3）通過可視化編程插件Dynamo，根據(jù)整理數(shù)據(jù)在Revit中創(chuàng)建橋梁構(gòu)件并添加信息。

（4）最后將模型、地形、衛(wèi)片等構(gòu)件在Navisworks和Infraworks中進(jìn)行整合、展示。

2 工程概況

本文依托的三環(huán)互通立交工程為內(nèi)蒙古呼和浩特市新機(jī)場(chǎng)高速與三環(huán)快速路樞紐立交，總體布設(shè)三層，包括：主線MR和三環(huán)快速路CR及A、B、C、D、E、F、G、H 8條匝道和橋下輔路，如圖2所示。

圖2 三環(huán)互通立交位置圖

三環(huán)互通立交橋梁上部結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土頂板、底板、腹板和混凝土擋墻及橋面部分組成，圖3為依據(jù)B匝道主梁橫斷面圖創(chuàng)建的B匝道主梁模型。

圖3 B匝道主梁模型圖

橋梁下部結(jié)構(gòu)由鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土承臺(tái)、鋼筋混凝土橋墩組成。圖4為依據(jù)橋梁下部結(jié)構(gòu)一般構(gòu)造圖創(chuàng)建的三維模型。

圖4 下部結(jié)構(gòu)模型

為達(dá)到參數(shù)化建模的要求，需按結(jié)構(gòu)的組成分類進(jìn)行模型的拆分，將橋梁上、下部結(jié)構(gòu)拆分為三個(gè)層級(jí)的組成構(gòu)件，如表1所示。

表1 模型拆分

3 參數(shù)化單元族的創(chuàng)建

在創(chuàng)建參數(shù)化單元族時(shí)，首先進(jìn)行如下設(shè)置：創(chuàng)建共享參數(shù)并在創(chuàng)建模型時(shí)使用；在族的屬性欄設(shè)置勾選，即工作平面和共享兩個(gè)選項(xiàng)。

（1）樁基的創(chuàng)建：用公制常規(guī)模型族樣板創(chuàng)建樁基族，指定族類別為公制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，并添加樁的共享參數(shù)信息，材質(zhì)參數(shù)使用類型參數(shù)，其余參數(shù)均使用實(shí)例參數(shù)，樁基主要參數(shù)為：樁長(zhǎng)L、樁徑D、樁材質(zhì)M、樁類型等。

（2）承臺(tái)的創(chuàng)建：用公制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)創(chuàng)建承臺(tái)族。并添加承臺(tái)的共享參數(shù)信息，材質(zhì)參數(shù)使用類型參數(shù)，其余參數(shù)均使用實(shí)例參數(shù)，承臺(tái)主要參數(shù)為：承臺(tái)長(zhǎng)度L、承臺(tái)寬度B、承臺(tái)高度H、承臺(tái)材質(zhì)M、承臺(tái)類型等。

（3）橋墩的創(chuàng)建：該項(xiàng)目的橋墩有20種不同的類型，以其中一種為例進(jìn)行說明，其余橋墩的創(chuàng)建方法相同。對(duì)于異型的橋墩采用自適應(yīng)公制常規(guī)模型創(chuàng)建橋墩族，并添加橋墩的共享參數(shù)信息，橋墩主要參數(shù)為：墩總高度H、墩截面A、墩截面B、墩漸變段高度h、橋墩類型等。

（4）箱梁輪廓的創(chuàng)建：用自適應(yīng)公制常規(guī)模型創(chuàng)建箱梁輪廓族，箱梁輪廓主要參數(shù)為：頂板厚D、底板厚D、箱梁高H、翼緣板邊厚D等。

4 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拼裝

將創(chuàng)建好的箱梁輪廓族載入到新建的自適應(yīng)公制常規(guī)模型中，通過Dynamo軟件讀取箱梁的路線信息，并驅(qū)動(dòng)參數(shù)化輪廓族進(jìn)行箱梁實(shí)體的創(chuàng)建，該項(xiàng)目有多種形式的箱梁結(jié)構(gòu)，圖5為創(chuàng)建、拼裝完成的一段一箱兩室箱梁族。

圖5 箱梁族結(jié)構(gòu)

上部結(jié)構(gòu)按照路線的平、縱、橫數(shù)據(jù)創(chuàng)建完成，因此無需調(diào)整箱梁坐標(biāo)位置，按項(xiàng)目原點(diǎn)放置即可。下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拼裝，使用自適應(yīng)公制常規(guī)模型族樣板創(chuàng)建，完成單個(gè)橋墩的拼裝，如圖6所示。

圖6 橋梁下部結(jié)構(gòu)拼裝

該項(xiàng)目共計(jì)20種橋墩類型，按照設(shè)計(jì)圖紙要求將創(chuàng)建好的參數(shù)化族進(jìn)行逐一拼裝，其余同類型的下部結(jié)構(gòu)僅需修改參數(shù)即可，創(chuàng)建的族和需要修改的參數(shù)見表2。

表2 橋墩類型及參數(shù)

完成單個(gè)橋墩的創(chuàng)建，最后通過Dynamo程序統(tǒng)一放置結(jié)構(gòu)構(gòu)件并修改族參數(shù)，如圖7所示。

圖7 族參數(shù)修改

5 工程應(yīng)用效果

將該項(xiàng)目BIM模型與衛(wèi)星影像進(jìn)行整合后渲染，得三環(huán)互通渲染圖，見圖8所示。

圖8 三環(huán)互通渲染圖

在三環(huán)互通立交項(xiàng)目中，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)圖紙參數(shù)化程度低，當(dāng)工程變更時(shí)對(duì)模型的修改費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不利于模型后期的應(yīng)用和施工進(jìn)度的推進(jìn)。且二維圖紙表達(dá)內(nèi)容有限，細(xì)度不夠，可視化程度較低，不利于工人對(duì)構(gòu)件的加工和安裝。

可視化的三維BIM模型，配合上影像能夠精確表達(dá)橋梁的地理位置和幾何特征，對(duì)任意復(fù)雜造型均能準(zhǔn)確表現(xiàn)，且可以將復(fù)雜的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)全方位表達(dá)，BIM+GIS技術(shù)深度融合實(shí)現(xiàn)真實(shí)環(huán)境模擬，對(duì)施工過程具有很好的指導(dǎo)價(jià)值，有利于提高施工速度和質(zhì)量。

6 結(jié)束語

本文以三環(huán)互通立交橋?yàn)榘咐柚鶵evit、Civil3D、Dynamo等軟件進(jìn)行BIM參數(shù)化建模技術(shù)的研究與應(yīng)用，最后所得三環(huán)互通渲染圖充分展示了把BIM技術(shù)與GIS技術(shù)深度融合獲得的效果。本課題積累了橋梁參數(shù)化建模經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后同類橋梁項(xiàng)目的BIM模型創(chuàng)建提供了很好的參考價(jià)值。