基于Revit與Civil3D的橋軌一體化BIM建模方法研究

李澤宇，韓 峰

（1.蘭州交通大學 土木工程學院，蘭州 730070；2.蘭州交通大學 測繪與地理信息學院，蘭州 730070）

伴隨著鐵路建設的空前發(fā)展，提高鐵路規(guī)劃、設計、施工、維護等相關專業(yè)的生產效率刻不容緩，特別是急需提升鐵路線路規(guī)劃設計階段的生產效率[1]。

近年來，BIM技術的飛速發(fā)展給整個基礎設施建設領域注入了新的活力，被譽為建筑業(yè)變革的革命性力量。為了使生產效率進一步提高，BIM技術受到國內外土木行業(yè)的大力推廣，特別是在建筑行業(yè)中的發(fā)展應用日趨成熟。將BIM技術運用到線路工程的設計、施工、和運營階段中實現(xiàn)工程項目的動態(tài)可視化管理、工程信息共享，從而大幅提高了工程的集成化程度，同時保證了工程質量和效率，并且降低了成本，逐步在設計、施工、管理等過程發(fā)揮了良好效益[2-3]。如上海在建設迪士尼城堡時，在設計初期就用Revit建立模型改變了CAD的傳統(tǒng)出圖方式，能夠實現(xiàn)施工圖紙的自動生成并在后期可進行碰撞檢測和管線綜合[4-5]。在城市軌道交通、橋梁和長大隧道等工程項目中，國內各大型設計院已經逐步開始利用BIM技術進行設計。其中，橋梁設計從傳統(tǒng)孤立靜止的二維設計向三維協(xié)同設計轉換發(fā)展，實現(xiàn)橋梁的整體設計優(yōu)化，并對后續(xù)數(shù)據(jù)的挖掘帶來很大便利，優(yōu)化流程如圖1所示。BIM技術更具有技術創(chuàng)新性，可以簡化二維平面設計，增加計算機輔助設計的自動化水平，大幅度縮短設計周期[6-8]。然而，獨立的橋梁BIM設計已經不能滿足項目的需求，包含橋梁、隧道、路基、軌道以及地形的一體化BIM是鐵路行業(yè)BIM發(fā)展的趨勢。本文以橋梁BIM模型與軌道BIM模型的套合進行初步探索研究。

圖1 基于BIM技術的橋梁設計優(yōu)化流程

1 建模環(huán)境

目前，專業(yè)化的BIM軟件主要包括Autodesk公司的Revit、Civil 3D、Navisworks，Trimble公司的Sketchup，Bentley公司的Micro Station，Tekla公司的Xsteel，中國的魯班BIM軟件及廣聯(lián)達的CICD[9]。鑒于所建框架橋BIM模型的結構特點與各軟件平臺的優(yōu)缺點，選用Revit軟件為建模平臺。Revit的族就是其核心特性，是設計所有構件的基礎，包括三維信息和屬性信息。族可以實現(xiàn)同類型構件的集合，修改參數(shù)可得到該族中不同類型的構件，設計時就是使用族庫調用不同類型的族來創(chuàng)建族實例，拼裝整個建筑[10]。

2 項目簡介

該橋為4～6 m框架橋，橋長26.42 m，采用現(xiàn)澆混凝土施工，框架身采用C35混凝土，框架身基礎、翼墻墻身、翼墻基礎采用C30混凝土?；贐IM技術，主要探討了框架橋的主體、上部結構、翼墻及翼墻基礎的BIM建模方法，在Revit軟件平臺中建立相應的族庫，可以實現(xiàn)框架橋BIM模型的快速構建。所建模型，如圖2所示。

圖2 框架橋三維模型

3 框架橋主體與基礎BIM建模方法

根據(jù)框架橋中建模對象的不同，設置其相應的控制參數(shù)、幾何約束條件及關聯(lián)關系，不同的參照平面采用相應的建模方法，其中主要包括拉伸、放樣、融合、開槽、打孔、剖空等。建立各組成結構的族模型，為達到工程設計信息的實時變更和整體統(tǒng)一，通過修改其控制參數(shù)來實現(xiàn)對整體模型的自動修改，并將各部分族模型載入框架橋模型項目中，利用尺寸、位置關聯(lián)將其進行“裝配”即而完成整個框架橋的三維建模工作。

3.1 框架身族模型建立

框架身族模型建立方法較為簡單，只需使用公制常規(guī)模型中的拉伸與空心拉伸命令即可完成。建模時需注意參照標高、參考平面的設置，以防族與族之間無法嵌套?？蚣苌碜迮c基礎族嵌套，如圖3所示。

圖3 框架身族模型與框架身基礎族模型嵌套

在建立族模型過程中，應同步進行參數(shù)化設置如長度、寬度、高度、角度以及材質等。因為模型添加的材質信息并不是傳統(tǒng)模型中的文字，而是具備該種材質屬性的“真材實料”，并且可以對其各屬性值進行修改。

3.2 翼墻及翼墻基礎、泄床BIM模型建立

由于Revit軟件主要針對建筑專業(yè)，對于橋梁中特殊結構部分的建模具有局限性。翼墻族模型的建立，運用創(chuàng)建族–公制常規(guī)模型無法實現(xiàn)。選擇概念體量—公制體量進行創(chuàng)建，繪制底部輪廓，在三維視圖下拾取關鍵節(jié)點并繪制空間樣條曲線，選擇創(chuàng)建形狀命令下的實心形狀。翼墻模型，如圖4所示。

圖4 翼墻“族”模型

翼墻基礎及泄床族模型建立采用拉伸、融合命令，沉降縫采取空心拉伸方法切割。如圖5上層為C30混凝土，下層為碎石墊層。

圖5 翼墻基礎及泄床“族”模型

3.3 框架身頂部附屬工程BIM模型建立

框架身頂部主要包括帽石、電纜槽及電纜槽蓋板、防撞墻，在各個部分建模過程中主要考慮其相互之間的位置關系，因此需要關聯(lián)各尺寸標簽且設置多個參照平面，同時使用族嵌套完成頂部整體的BIM建模。由于Revit的捕捉功能不精確，故在建模過程中運用鏡像、旋轉、陣列等命令，實現(xiàn)了建模過程的簡化和工作效率的提高。圖6為蓋板族模型及其與頂部整體模型嵌套。

圖6 參數(shù)化蓋板“族”模型與框架橋頂部附屬工程BIM模型嵌套

選擇欄桿命令后繪制路徑，創(chuàng)建欄桿模型，如圖7所示。

圖7 欄桿模型

4 軌道結構與路基、地形的建模方法

鋼軌采用標準60軌截面輪廓，以截面中線為界限，根據(jù)其截面幾何參數(shù)坐標，求出鋼軌截面各個控制點在二維坐標系中的橫縱坐標值，通過Visual Basic編輯器對Civil3D進行二次開發(fā)，自動生成鋼軌模型。軌枕、扣件、道床板等由于結構形式復雜，尺寸基本固定不變，采用建立三維立體庫的方法，編寫程序，繪圖過程封裝在計算機內自動完成，為了方便設計人員調用部件模型，可以設置窗口。

在Civil3D中宏命令接口窗口的編制過程，如圖8所示。

圖8 扣件繪圖窗口示意圖

程序編寫如下：

創(chuàng)建扣件，軌枕，彈條，圓形凸臺等部件模型。

選擇扣件、道床、鋼軌等結構原件后，便自動建立部件的三維模型，再按照其組裝過程，完成整個模型的搭建工作，結果示意，如圖9所示。

圖9 A型板式無砟軌道結構搭建結果示意圖

將軌道模型導出為Dwg格式并鏈接到Revit中的框架橋模型，使用體量與場地命令導入地形點坐標，根據(jù)不同結構的空間位置關系捕捉套合點的坐標，完成軌道、路基、框架橋、地形的模型套合，如圖10所示。

5 施工圖紙導出與算量校核

根據(jù)工程設計的實際需要在Revit中進行任意面的剖切，直觀且快速地展現(xiàn)出建筑物構件與構件之間的相互關系，且可在多角度對框架橋三維軸側圖進行出圖，使二維設計中難以想到的問題一目了然[11]。

BIM模型在工程量統(tǒng)計、碰撞檢查以及三維可視化展示方面具有明顯的優(yōu)勢[12]。模型創(chuàng)建完成及出圖后，在Revit明細表中實現(xiàn)項目的工程量統(tǒng)計，針對不同材質、族類型、構件類型分別進行統(tǒng)計。然后統(tǒng)計實際工程計量并計算出算量結果，將結果與設計人員算量清單進行比對，計算的準確性得到提高。

圖10 軌道、路基、地形、框架橋套合示意

6 BIM模型三維漫游

Lumion是一個實時3D可視化工具，用來制作動畫和靜幀作品。該軟件中有豐富的3D材質和場景模型，但無法實現(xiàn)三維模型的創(chuàng)建，只能用于添加材質、圖像附著、渲染及制作動態(tài)漫游。使用Lumion軟件可為工程項目參與人員提供可視化平臺，直觀、形象地了解工程物的全貌。具體步驟如下：

（1）采用Lumion軟件進行框架橋的三維漫游，安裝“Revit to Lumion Bridge”轉換插件并保持Lumion軟件為啟動狀態(tài)；

（2）將Revit中框架橋BIM模型以DAE的格式導出；

（3）選擇Lumion軟件自帶場景，并將三維實體模型導入，模型基準面高程與Lumion場景的基準面默認高程一致，選擇合適的場地放置框架橋模型；

（4）選取合適的漫游路徑，即可生成以第三人的視角，全方位、多角度地反映框架橋所在位置、結構形式、細部構造等[13]，如圖11 所示。

7 結束語

通過創(chuàng)建完整精細的三維框架橋和軌道的橋軌一體化模型，利用BIM技術可以進行后續(xù)的方案比選、施工過程模擬和運營維護管理，族庫的建設可滿足對構件的集中化儲存和管理?？蚣軜蛟诠こ添椖恐惺褂幂^為頻繁，框架橋的BIM化參數(shù)建模方法能夠對不同尺寸的框架橋進行快速建模，具有很高的通用性，這是傳統(tǒng)建模方法所不具備的。本文創(chuàng)建框架橋各個部分的“族”模型，參照平面、和標高詳細確定每個“族”模型的三維空間位置，裝配各個“族”構件得到框架橋整體BIM模型，結合三維漫游軟件直觀生動地展示框架橋整體及細部構造，這一切是傳統(tǒng)的平面設計圖所不能比擬的。

圖11 框架橋三維漫游

由于Revit本身存在局限，在BIM參數(shù)化建模過程中需注意：

（1）利用Revit中提供的族類型，根據(jù)族的自身特點選擇不同的族樣板。

（2）對不同的建模對象，設置不同的控制參數(shù)、約束條件、關聯(lián)關系、參照平面及標高。

（3）由于BIM理念貫穿項目全生命周期，必將涉及多軟件平臺交互協(xié)同工作，因此BIM參數(shù)化模型的創(chuàng)建需提前考慮各階段的要求。

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