基于3DE平臺的鋼桁梁快速建模方法

（中鐵山橋集團有限公司，河北秦皇島 066205）

0.概述

3DE平臺，全稱3DExperience平臺，是達索旗下集設(shè)計、仿真與管理在內(nèi)的一系列軟件，服務(wù)以及相關(guān)的使用和組織方法。本文使用3DE中CATIA的功能進行快速建模的工作。BIM模型一方面根據(jù)需要建模相應精度的模型，另一方面也需要利用軟件的數(shù)據(jù)處理來收錄和承載模型的大量信息。3DE平臺有著兼用性好，使用同一數(shù)據(jù)庫可以實現(xiàn)實時信息共享，有助于模型后續(xù)的開發(fā)。

1.參數(shù)化建模

1.1 建模思路

鋼桁梁是將實腹的鋼板梁橋按照一定規(guī)則空腹化的結(jié)構(gòu)形式。主要組成有上弦桿、下弦桿、腹桿，部分結(jié)構(gòu)有上下平聯(lián)、橫隔板等內(nèi)容。其中以上弦桿為例，單個上弦桿內(nèi)部一般由節(jié)點板與弦桿焊接而成。節(jié)點板是上弦桿與腹桿連接的重要部件，節(jié)點板與弦桿的主要結(jié)構(gòu)一般由頂?shù)装濉蓚?cè)腹板及其上的加勁肋，內(nèi)部的隔板組成[1]。

首先根據(jù)圖紙信息建立完成空間骨架。然后將鋼桁梁分成幾個不同的模板分別建模，其中上弦桿建模直接利用CATIA中的模板功能現(xiàn)將上弦桿的變化參數(shù)進行總結(jié)歸納，形成模板，然后采用知識工程變成功能自動化建模。下弦桿與腹桿、上弦平聯(lián)等與上弦桿建模思路類似，不再贅述。橫隔板一般根據(jù)結(jié)構(gòu)部位分為有限類橫隔板，將一類橫隔板做成一類隔板，然后通過編程實現(xiàn)自動化建模。

1.2 建模的基本原則

CATIA三維建模需要保證各個組件之間的相對關(guān)系，各個局部既是獨立的個體模板，之間也有相對的聯(lián)系，例如他們輸入的點線都來源于骨架的相同元素。建模的基本元素主要是采用CATIA默認的一些內(nèi)容以及人為設(shè)置的方便后續(xù)處理的要求，包括：（1）坐標系。主要采用笛卡爾坐標系，X軸表示橋梁順橋向，Y軸表示橋梁橫橋向，Z軸標表示鉛錘向上。（2）建模單位。長度單位統(tǒng)一使用mm。（3）對稱性。對于規(guī)則且對稱的模型，可建立半幅模型，之后通過鏡像或裝配對稱生成另一半模型。（4）建模理念。采用骨架+模板的建模準則，骨架為各模板的輸入條件，可以通過更改骨架的參數(shù)內(nèi)容，實現(xiàn)對整橋模型的調(diào)整。

1.3 參數(shù)設(shè)置

CATIA中模板的組成分為兩塊，一塊是輸入，包括幾何變量類型，如點、直線、平面等，以及參數(shù)類型，包括長度、角度、實數(shù)、整數(shù)、字符串、布爾等。另一塊是輸出，即將變量類型與參數(shù)代入至模板形成的新模型，包含里面的幾何圖形、實體模型、圖紙等實體信息，也包括參數(shù)，關(guān)系以及知識工程編程等信息[2]。以上弦桿為例，介紹參數(shù)化設(shè)置。在形成骨架之后，上弦桿的幾何變量類型包括組成上弦桿的節(jié)點、弦桿的連線以及與腹桿的連線。上弦桿的參數(shù)類型內(nèi)容比較繁雜，一般需根據(jù)不同項目具體而定。主要的參數(shù)內(nèi)容包括：（1）截面參數(shù)，包括頂?shù)装寮凹觿诺南鄳獏?shù)；（2）節(jié)點板輪廓參數(shù)，即形成節(jié)點板形狀控制的參數(shù)類型；（3）隔板參數(shù)，包括隔板位置、類型與厚度；（4）對于使用螺栓連接的參數(shù)還包括與腹桿的連接螺栓構(gòu)造，與弦桿對接的螺栓構(gòu)造，拼接板的形狀與厚度等內(nèi)容。

1.4 空間骨架的建立

空間骨架的建立方式有多種，這里主要推薦使用坐標錄入的方式建立空間骨架。第一步先在Excel工具中錄入關(guān)鍵的坐標點，一般為節(jié)點坐標點。第二步是通過知識工程編程讀取數(shù)據(jù)并形成對應位置的坐標點并賦予相應的名稱。第三步是通過編程將指定名稱的節(jié)點連接形成相應的桿件連線。

1.5 各類模板的建立

根據(jù)需要分別建立上弦桿、下弦桿、腹桿、平聯(lián)、隔板等模板內(nèi)容，下面以上弦桿為例簡介模板的一般建立程序。

（1）確定并引入輸入幾何元素（圖1）。

圖1 幾何輸入元素

（2）設(shè)置并添加輸入?yún)?shù)（圖2）。

圖2 參數(shù)輸入元素

（3）利用幾何元素與參數(shù)通過現(xiàn)有命令或編程命令建立模型（圖3）。

圖3 上弦桿模板模型

（4）制作模板，將輸入的幾何元素與輸入?yún)?shù)作為模板的輸入變量。

1.6 知識工程編程語言介紹

3DE中的CATIA使用的語言為內(nèi)部自帶的語言EKL，是一門面對象編程語言，具有簡單性，面向?qū)ο?、分布式、動態(tài)性等特點。

1.7 跑出全橋模型

首先將跑出的空間骨架模型根據(jù)模板的輸入進行分區(qū)存放，然后將全橋的各類模板的參數(shù)資源表做成Excel存入至數(shù)據(jù)庫等待調(diào)用，之后利用知識工程編程，將模板與之相應的骨架元素與參數(shù)進行組合，形成新的模型。

2.結(jié)語

本文利用3DE平臺的CATIA設(shè)計板塊，介紹了對較為復雜的鋼桁梁的參數(shù)化建模思路，建模原則的確定，模板參數(shù)的選取，空間骨架的建立，上弦桿等模板的建模思路與流程等。主要總結(jié)為以下幾點：（1）對焊接連接和螺栓連接的鋼桁梁橋的建?？梢杂?DE平臺加以設(shè)計，具有精度高，可視化強，以及參數(shù)控制的優(yōu)點，參數(shù)的數(shù)量設(shè)置需根據(jù)項目復雜程度而定。（2）利用骨架+模板的體系建立模型，一方面可以批量生產(chǎn)模型，另一方面可以對參數(shù)進行修改后整體調(diào)整模型。在快速建模的同時為后續(xù)的設(shè)計變更等內(nèi)容調(diào)整留有余地。（3）為今后類似橋梁BIM模型積累經(jīng)驗，類似的項目可在原模板的基礎(chǔ)上進行少量修改即可使用，極大地提高了工作效率。