基于Dynamo的連續剛構橋自動建模及監控數據可視化*

孫東坡

(中鐵十九局集團華東工程有限公司，浙江 余姚 315499)

連續剛構橋受力較復雜，目前大部分連續剛構橋建模均利用有限元軟件來實現，如ANSYS，MIDAS、橋梁博士等，但這些有限元軟件無法實現自動建模，同時橋梁受力狀態的監控數據也無法實現可視化。近年來，國內外學者提出了基于BIM技術的二次開發來實現橋梁監控數據的可視化，并取得了一定研究成果，但對于連續剛構橋自動建模及監控數據可視化的研究相對較少。為此本文提出利用Dynamo軟件對Revit進行二次開發，實現連續剛構橋自動建模，確定施工監控數據與模型的關聯方式，研究主梁線形監控可視化與應力監控可視化2大模塊的可視化方式。

1 基于Dynamo的連續剛構橋自動建模

1.1 自動建模流程

通過Excel，錄入連續剛構橋關鍵數據，以單箱梁為例，橫截面數據包括梁高度、底板厚度、腹板厚度、頂板厚度及倒角尺寸；縱截面數據包括里程及各梁段長度。“梁序號/名稱”自動建模時的意義為起始截面，相應行數據的意義為該截面尺寸，且為方便自動建模與之后施工監控部分數據的處理，各梁段梁名稱格式要統一，如“1號墩-10號塊-小樁號”。

通過Dynamo軟件對Excel表格中數據進行處理，實現自動建模。可采用的建模方式有2種：①通過幾何方式，定點、連線、成面、成體的方式編輯Dynamo；②通過自建族方式及限制參數的方法，批量創建模型，以達到自動建模的目的。前一種方法優點在于可使模型拋物曲線更光滑，而后者則是以直代曲，但缺點在于模型不利于賦予參數，且操作自由度低，易遇到各類問題。2種建模方式分別如圖1，2所示。

圖1 幾何法自動建模示例

圖2 自建族法自動建模示例

1)Excel數據導入Dynamo軟件 Excel數據導入Dynamo軟件會產生空值，需用“List.Clean”節點處理。利用“List.Deconstruct”節點拆分各列值，包括起始里程、里程、箱梁長度、梁序號/名稱、梁高度、底板厚度、頂腹倒角、底腹倒角。通過一定運算統一單位，由于錄入時，部分為m，mm，而在BIM模型中使用cm更合適，也更貼合于實際項目。

2)字符拆分處理 如頂腹倒角數據為200× 40，屬于字符型數據，需通過“String.Split”節點將數據拆分為200，40。

3)自動建模及數據處理 Revit自建梁族參數調整好后，確定點位置，通過“FamilyInstance.ByPoint”節點在相應點批量放置自建族，通過“Element.SetParameterByName”節點賦予參數的同時即可完成自動建模。

1.2 自動建模實例

以某實際連續剛構橋為例，主橋共3跨，跨度分別為50，80，50m，為預應力混凝土連續剛構橋，箱梁斷面采用單箱單室直腹板斷面，箱梁頂板寬16.5m、底板寬8.75m、懸臂長度3.875m。箱梁高度與一般情況下的梁高計量方法相同(箱梁頂面至底面距離)，箱梁根部梁高為5.0m，跨中及邊跨合龍段、邊跨現澆段梁高處截面變為2.5m，其余梁底下緣按1.8次拋物線變化。0號塊底板厚100cm，各梁段底板厚從懸臂根部(1，2號墩0號塊)至懸澆(跨中合龍段或邊跨合龍段)最大懸臂由80～32cm按1.8次拋物線變化，跨中及邊跨合龍段底板厚為30cm，邊跨現澆段底板厚由30～80cm線性變化。對于箱梁頂板厚度，0號塊為50cm，其余為30cm。對于箱梁腹板厚度，0號塊為110cm，1～4號梁段腹板厚度為85cm，6～7號梁段腹板厚度為70cm，9～10號梁段腹板厚度為50cm，5號梁段腹板厚度由85～70cm按線性變化，8號梁段腹板厚度由70～50cm按線性變化，現澆段腹板厚度為80cm。1，2號墩采用雙薄壁墩，2個薄壁截面尺寸相同，均為縱截面方向長1.3m，橫截面方向長8.75m，2個薄壁中心距為2.4m。承臺厚度為4.0m，基礎采用10根直徑為1.8m鉆孔灌注樁，主墩樁基按摩擦樁設計。該連續剛構橋施工監控組進場時，施工方已進入到2號塊施工，因此，后續施工監控數據會從2號塊開始，采用掛籃施工。某連續剛構橋導入Dynamo軟件中的Excel部分數據如圖3所示，自動建模效果如圖4所示。

圖3 某連續剛構橋Excel數據

圖4 某連續剛構橋自動建模效果

2 施工監控數據處理

2.1 主梁線形及應力監控測點布置

2.1.1線形監控測點布置

在每個施工節段上布置2個對稱的高程觀測點和1個軸線高程觀測點，不僅可測量箱梁撓度，還可同時測量箱梁是否發生扭轉變形。各節段標高測點平面及橫斷面布置如圖5所示。

圖5 標高測點平面及橫斷面布置

2.1.2應力監控測點布置

由于施工監控組進場時，施工方已進入2號塊施工，因此，應力監控從最靠近0號塊的2號塊開始，選取2號塊前段(C，D，H，I截面)、6號塊前段(B，E，G，J截面)、邊跨合龍段(A，K截面)、中跨合龍段(F截面)處布置應力監測斷面，傳感器布置在各截面上，如圖6所示。

圖6 應力監控測點布置

2.2 主梁線形及應力監控數據處理

2.2.1Excel數據提取及Revit模型數據提取至Dynamo軟件

Revit模型中數據均通過“Parameter.ParameterByName”節點提取，主要包括梁段名稱及各族位置數據。通過“String.Remove”節點對字符格式調整。從Revit提取模型信息時，提取出的數據按自動建模時建模順序排列，而線形監控數據與其順序、涉及的梁段均不同，因此，需通過一定處理，使數據相互匹配。以模型數據順序為基準，將線形監控數據進行逐個比對，利用“List.ContainsItem”節點篩選出線形監控數據中涉及到的梁段，利用“If”節點、“List.Reverse”節點返回正確順序的值。

2.2.2應力監控數據篩選分類

與線形監控不同的是，應力監控需改動數據的節段較少，55個梁段中只有11個節段(1號墩-2號塊-大樁號、1號墩-2號塊-小樁號、1號墩-6號塊-大樁號、1號墩-6號塊-小樁號、1號墩-邊跨合龍段、中跨合龍段、2號墩-邊跨合龍段、2號墩-2號塊-大樁號、2號墩-2號塊-小樁號、2號墩-6號塊-大樁號、2號墩-6號塊-小樁號)，因此，所有數據可置于Excel同一工作表內處理。通過“String.Contains”節點與“List.FilterByBoolMask”節點數據區分為1號墩、中跨合龍段、2號墩數據。

篩選應力監控數據并調整順序，以匹配Revit模型中數據順序。上一步篩選完成后，繼續將應力監控數據按“工況”進行篩選并排序。

2.3 監控數據與BIM模型數據關聯

數據處理完成后，通過簡單的自建族，賦予監控數據。所包含的參數與Excel中參數相同，包括監測梁段、測點編號、澆筑前標高、澆筑后標高、張拉后標高、澆筑前后差值、張拉前后差值、張拉前后理論計算差。線形監控自建族及參數如圖7所示。

圖7 線形監控自建族及參數

應力監控數據直接關聯至相應梁段中，且分為頂板和底板，自建族中也應按頂板和底板將12種工況排列，將外部數據賦入模型內部，應力監控自建族及參數如圖8所示。

圖8 應力監控自建族及參數

3 施工監控數據可視化

3.1 主梁線形監控可視化

對處理好的數據進行篩選，通過雙If結構判定3種顏色的賦予情況，并通過“Element.OverrideColorInView”節點賦予測點紅、橙、綠3種顏色，實現主梁線形監控可視化。按圖6中測點布置，在相應位置放置“監測點族”，自建族向上偏移一定距離，防止與模型重合的同時可具有一定操作性。

對數據進行一定處理，按顏色辨別合格與否，按設置數值或規范將數據分為3個等級，合格、中等、不合格，分別對應綠色、橙色、紅色，其中合格與否的判定主要通過“張拉前后差值”一欄是否符合“張拉前后理論差值”一欄中的數值，而中等的判定則是將“張拉前后差值”精確到0.1后是否與“張拉前后理論差值”相等，若相等則為橙色，這樣可避免特殊測點數據被忽視。

該連續剛構橋1，2號墩線形監控可視化效果分別如圖9,10所示，各測點合格與否顯而易見。

圖9 1號墩線形監控可視化效果

圖10 2號墩線形監控可視化效果

3.2 主梁應力監控可視化

對處理好的數據進行篩選，對于每個測控截面(測控梁段)，各種工況下均符合要求才判定為合格。編碼思路為各工況下符合要求則返回布爾值ture，且所有工況下均返回ture值時，該梁段輸出ture值，表示合格。

在顏色判別及賦予部分利用“Element.GetParameterValueByName”節點，完成開關可視化選項卡的功能，利用“Element.OverrideColorInView”節點完成顏色賦予，實現主梁應力監控可視化。

由于應力點在內部，無法直觀地看出來，可在BIM模型中，通過相應梁段顏色變化，來實現應力監控數據可視化。應力監控數據較重要，因此只有合格與不合格兩種等級，分別通過綠色和紅色進行可視化，區分應力情況，如圖11所示。

圖11 應力監控可視化效果

線形監控可視化可通過刪除“監控點族”來取消可視化效果，但應力監控可視化通過改變梁段顏色來實現可視化效果，需關閉可視化選項卡。在自動建模時使用的參數梁中添加“應力監控數據可視化”一欄來開啟和關閉可視化效果。由于要應用到所有梁，則選擇“類型”，而不選擇“實例”。關閉應力監控可視化后，將以灰色顯示，可輔助梁段之間的區分。

4 結語

1)利用Dynamo軟件對Revit進行二次開發，比較幾何法自動建模及自建族法自動建模兩種方法，并引入工程實例驗證了自建族法自動建模可行性。

2)研究了施工監控數據在Excel，Dynamo中的處理方法，確定了施工監控數據與模型的關聯方式，并實現了數據與模型關聯。

3)從可視化方式和實現相應可視化方式的Dynamo編碼2部分進行探討研究，確定線形監控通過放置自建族并覆蓋顏色可視化，而應力監控通過直接覆蓋箱梁顏色可視化。