梁式橋BIM輔助設(shè)計軟件開發(fā)

1、梁式橋BIM輔助設(shè)計軟件開發(fā) 以往研究涉及到橋梁BIM建模方法的居多,而對專業(yè)間協(xié)同設(shè)計及橋梁設(shè)計、建模、算量一體化程序開發(fā)的研究較少。因此，研發(fā)符合專業(yè)設(shè)計習(xí)慣和設(shè)計流程的輔助設(shè)計軟件，可提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量梁式橋在綜合鐵路、地鐵、輕軌和單軌等軌道交通工程中大量存在,具有數(shù)量多、組成構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化等特點,適合采用軟件開發(fā)的方式加以解決。結(jié)合京張高鐵、鄭濟(jì)鐵路、蕪湖跨坐式軌道交通等工程工程，選取Microstation作為BIM模型承載平臺軟件,采用二次開發(fā)的方式進(jìn)行梁式橋輔助設(shè)計軟件研發(fā)。軟件的研發(fā)思路橋梁設(shè)計是生產(chǎn)橋梁設(shè)計信息數(shù)據(jù)的過程,無論是二維的圖紙及相關(guān)符號和文字說明,還是三維的模型及

2、附加信息,都是設(shè)計成果的表達(dá)。輔助設(shè)計軟件是為了幫助設(shè)計人員更快速、高效和準(zhǔn)確地完成設(shè)計信息的生產(chǎn)和表達(dá)。軟件的研發(fā)應(yīng)遵循回歸建筑信息模型的根本理念,以信息為中心,用圖紙或模型來承載和表達(dá)信息。結(jié)合梁式橋的結(jié)構(gòu)組成和設(shè)計流程,將梁式橋設(shè)計過程中所需的信息進(jìn)行分類和結(jié)構(gòu)化,對梁式橋各組成局部進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解,拆分成如梁部、橋墩、橋臺、根底等根本組成構(gòu)件。采用面向?qū)ο蟮姆绞綄Ω鞣N設(shè)計信息和結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組織,結(jié)合設(shè)計流程,編寫接口或設(shè)計模塊,進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互和計算加工。設(shè)計人員在使用軟件的過程中,僅需填寫或選擇少量的參數(shù),即可完成一座橋的設(shè)計工作,利用BIM可視化的特性,可以對設(shè)計模型進(jìn)行實時查

3、看和修改?；?quot;BIM模型是設(shè)計信息的表達(dá)"理念,模型由數(shù)據(jù)來驅(qū)動、生成和修改,相應(yīng)非幾何信息的賦予也由數(shù)據(jù)驅(qū)動完成。根據(jù)梁式橋多采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件的特點和積累工程工程數(shù)據(jù)的需要,采用了數(shù)據(jù)庫的方式對構(gòu)件數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。在軟件的使用過程中,首先訪問數(shù)據(jù)庫,讀取構(gòu)件的信息,利用數(shù)據(jù)庫中的構(gòu)件開展設(shè)計。隨著工程的進(jìn)行,構(gòu)件庫也逐漸得到積累和完善。軟件的功能定位根據(jù)梁式橋的設(shè)計習(xí)慣,設(shè)計內(nèi)容可分為工點總體設(shè)計和構(gòu)件設(shè)計兩局部。工點總體設(shè)計的內(nèi)容包括全橋孔跨布置、下部結(jié)構(gòu)和根底設(shè)計、工程數(shù)量計算等。構(gòu)件的設(shè)計包括整個工程采用的梁部、橋墩、橋臺、根底等構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計。在綜合鐵路的設(shè)計中,多

4、采用行業(yè)參考圖;在地鐵、輕軌、單軌等設(shè)計中,為了統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化,多采用工程參考圖。工點總體設(shè)計引用了標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的設(shè)計成果,采用"搭積木"的方式進(jìn)行。輔助設(shè)計軟件可實現(xiàn)總體設(shè)計所需的全橋孔跨布置、下部結(jié)構(gòu)和根底的設(shè)計、工程數(shù)量的計算、BIM模型的創(chuàng)立等功能。軟件根本框架輔助設(shè)計軟件分為以下六大局部:根本組成構(gòu)件數(shù)據(jù)庫的管理模塊、邊界設(shè)計條件設(shè)置和專業(yè)協(xié)同模塊、橋梁孔跨布置模塊、墩臺及根底設(shè)計計算模塊、三維信息模型控制模塊、工程數(shù)量清單計算模塊。軟件根本流程軟件的模塊組成根據(jù)橋梁設(shè)計流程,軟件的功能可劃分為:設(shè)計根本條件(包含內(nèi)部和外部)、設(shè)計計算局部、設(shè)計結(jié)果輸出三大塊內(nèi)容。其中

5、設(shè)計根本條件包含橋位處的地形資料、地質(zhì)資料、線路資料、水文資料、環(huán)境資料,以及橋梁自身墩、臺、梁的選取,橋梁孔跨布置等。設(shè)計計算局部包含墩臺里程計算、設(shè)計荷載組合、墩臺結(jié)構(gòu)檢算、根底計算。設(shè)計結(jié)果的輸出包含生成工程數(shù)量清單、生成BIM信息模型等。構(gòu)件數(shù)據(jù)庫管理對梁部、橋墩、橋臺、根底等根本組成構(gòu)件進(jìn)行抽象化分解,在程序的實現(xiàn)中分別對應(yīng)梁類、橋墩類、橋臺類、根底類,每種類型由該類型包含的數(shù)據(jù)和方法組成,數(shù)據(jù)中包含構(gòu)件的幾何參數(shù)、設(shè)計信息、圖塊和模型信息、工程數(shù)量信息等。上述構(gòu)件信息以數(shù)據(jù)庫和構(gòu)件單元庫的方式進(jìn)行存儲,便于編輯和管理。以梁部、橋墩、根底為例,對構(gòu)件的管理進(jìn)行介紹。梁部構(gòu)件庫管理梁部

6、構(gòu)件由梁部類型(如簡支梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)等)、幾何參數(shù)、工程數(shù)量、模型庫鏈接所需的文件名和單元名等內(nèi)容構(gòu)成。梁部構(gòu)件庫管理界面簡支梁共享單元模型橋墩構(gòu)件庫管理橋墩構(gòu)件由頂帽、墩身的幾何參數(shù)、橋墩計算信息、模型庫鏈接所需的文件名和單元名等內(nèi)容構(gòu)成。以重力式實體墩為例,詳見下方圖片所示。橋墩構(gòu)件庫管理界面墩身參數(shù)化單元模型頂帽共享單元模型根底構(gòu)件庫管理根底構(gòu)件由根底的類型(如樁基、擴(kuò)基、挖井等)、幾何參數(shù)、工程數(shù)量、模型庫鏈接所需的文件名和單元名等內(nèi)容構(gòu)成。以常用的樁根底為例,詳見下方圖片所示。根底構(gòu)件庫管理界面樁根底參數(shù)化單元模型設(shè)計邊界條件及專業(yè)間數(shù)據(jù)協(xié)同橋梁總體布置和結(jié)構(gòu)形式的選取與橋址處

7、地形、地質(zhì)條件、線路平面位置和縱斷面高程等設(shè)計邊界條件息息相關(guān)。如何快速準(zhǔn)確地獲取這些信息,是專業(yè)協(xié)同模塊需要解決的問題。以下分別介紹地形面獲取、地質(zhì)信息獲取和線路信息獲取。地形及線路信息獲取線路平、縱信息可以采用圖形交互的方式獲取。翻開帶有特征屬性的線路曲線模型,點選橋梁設(shè)計所需的線路基準(zhǔn)線,程序根據(jù)選擇的曲線讀取對應(yīng)的線路平、縱斷面特征值(包括豎曲線變坡點高程和里程,平曲線要素等。地形模型采用與線路模型相同的操作方式進(jìn)行選擇,程序根據(jù)選擇的地形面獲取地形網(wǎng)格數(shù)據(jù)。線路和地形模型線路平縱信息獲取地質(zhì)信息獲取地質(zhì)信息采取鏈接地質(zhì)模型的方式獲得,程序截取橋址里程范圍內(nèi)的地質(zhì)模型,讀取各地層的名稱

8、和附加于地層上的信息,進(jìn)而得到橋梁根底設(shè)計所需的土層參數(shù)值。如需要某計算里程處的地質(zhì)信息,可采用抓取地層名稱和高程的方式獲取。橋址范圍內(nèi)地質(zhì)模型例如獲取的地質(zhì)參數(shù)例如梁式橋工點設(shè)計獲取了橋址位置處的線路、地形、地質(zhì)、水文等設(shè)計信息后,即可根據(jù)上述邊界條件進(jìn)行橋梁設(shè)計。按照設(shè)計流程,橋梁工點設(shè)計內(nèi)容為:整體布置、墩臺選型及尺寸擬定、墩臺根底選型及尺寸擬定、墩臺及根底檢算。整體布置根據(jù)控制跨越點的里程和初步擬定的孔跨來確定橋梁的長度、橋臺和橋墩的位置,這個過程中需考慮道路、水文、地質(zhì)、施工可行性等多方面的因素。經(jīng)過屢次試算調(diào)整后,確定最終的孔跨,借助于孔跨布置計算功能,能夠快速計算墩臺位置,實時進(jìn)

9、行動態(tài)預(yù)覽。孔跨布置計算需支持以直代曲、曲梁曲做、交點距定長等布梁方式,并可以選取左線或右線為里程基準(zhǔn)線。某簡支梁橋以直代曲的孔跨布置結(jié)果墩臺及根底設(shè)計此局部內(nèi)容包含墩臺、根底的選型和檢算。根據(jù)墩臺的里程、線路信息、地形信息及設(shè)計根本信息(設(shè)計時速、地震動分區(qū)等),程序自動匹配符合條件的墩臺類型,并結(jié)合線路高程和地形面高程給出推薦的墩臺高度。然后根據(jù)現(xiàn)行橋涵設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行墩臺根底的檢算,此過程可調(diào)用荷載組合模塊、墩臺檢算模塊、根底檢算模塊、地質(zhì)信息提取模塊來完成墩臺根底的檢算。計算過程中,程序可根據(jù)根底所在位置自動提取該處的地層信息。橋臺設(shè)計界面橋墩設(shè)計界面三維信息模型創(chuàng)立在設(shè)計過程中,用

10、戶可以根據(jù)需求,實時對設(shè)計模型進(jìn)行創(chuàng)立預(yù)覽,從模型中查看橋梁的總體布置、橋臺的位置以及相關(guān)的設(shè)計信息。模型創(chuàng)立包含幾何模型和非幾何信息的創(chuàng)立。梁式橋BIM輔助設(shè)計軟件開發(fā)_17某梁式橋設(shè)計模型幾何模型的創(chuàng)立根據(jù)構(gòu)件的特點,幾何模型可劃分為簡單模型的構(gòu)件庫引用和復(fù)雜模型的創(chuàng)立。復(fù)雜模型的創(chuàng)立是指對于連續(xù)結(jié)構(gòu)等幾何復(fù)雜形體(存在沿線變寬變高或其他的復(fù)雜幾何關(guān)系,用參數(shù)化單元的方式難以實現(xiàn)),針對特定類型結(jié)構(gòu)編寫的方法函數(shù)。非幾何信息的創(chuàng)立對梁式橋各組成構(gòu)件非幾何信息進(jìn)行研究和歸納后,將其信息類型分為數(shù)值類信息、字符類信息、工程量類信息三大類。模型的非幾何信息以附加屬性的方式附加于幾何模型上。某軌道

11、交通梁式橋橋墩非幾何屬性工程數(shù)量清單計算利用程序的工程數(shù)量計算功能,可實現(xiàn)工程數(shù)量的實時統(tǒng)計,縮短設(shè)計周期。工程數(shù)量采用編碼配合數(shù)量模板的方式進(jìn)行計算輸出。根據(jù)統(tǒng)計方法的不同,將工程數(shù)量分為構(gòu)件本體數(shù)量和需計算的相關(guān)數(shù)量兩種類型。構(gòu)件本體數(shù)量隨構(gòu)件庫進(jìn)行配置和管理,可實現(xiàn)工程數(shù)量項的靈活配置。某類型橋墩工程數(shù)量對于需要計算的數(shù)量項(如根底開挖量),可將固定的計算規(guī)那么編寫到程序中進(jìn)行計算,每一工程數(shù)量項對應(yīng)唯一的程序內(nèi)部編碼。程序內(nèi)部編碼可采用配置映射關(guān)系的方式靈活關(guān)聯(lián)不同類型的編碼,既可實現(xiàn)與工程數(shù)量模板的關(guān)聯(lián),又可掛接于模型上,滿足信息化交付要求?；跇蛄簩I(yè)的設(shè)計流程,結(jié)合BIM信息化技術(shù),選取軌道交通橋梁工程中占比超過80%的梁式橋結(jié)構(gòu)為代表,進(jìn)行BIM正向設(shè)計的軟件研發(fā)。提出了橋梁正向設(shè)計解決方案,開發(fā)了