基于“Revit+Dynamo”模式的現(xiàn)澆連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)建模

鮑大鑫 嚴(yán)心軍 張 濤

(中鐵建工集團(tuán)有限公司建筑工程研究院，北京 100160)

引言

現(xiàn)澆連續(xù)梁橋是一種應(yīng)用非常廣泛的橋型[2]，其施工方法豐富且成熟，在橋梁的建設(shè)中占很高的比例，伴隨著B(niǎo)IM技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施中體現(xiàn)出的數(shù)據(jù)價(jià)值，BIM技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)被不斷融入和應(yīng)用到現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的建設(shè)中，而三維信息模型的建立是實(shí)施BIM技術(shù)的基礎(chǔ)[3]，合格的現(xiàn)澆連續(xù)梁橋三維信息模型，對(duì)工程快速獲取準(zhǔn)確的工程量信息、橋跨結(jié)構(gòu)空間坐標(biāo)高程、模板工程配置尺寸參數(shù)，以及支架方案設(shè)計(jì)、受力計(jì)算、鋼筋下料糾偏及指導(dǎo)等應(yīng)用有著非常重要的意義，所以現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)建模工作尤為重要。

1 傳統(tǒng)現(xiàn)澆連續(xù)梁橋建模方式及其弊端

現(xiàn)澆連續(xù)梁橋傳統(tǒng)建模方式采用Revit通用建模平臺(tái)進(jìn)行建模，其中上部結(jié)構(gòu)參考CAD圖創(chuàng)建斷面輪廓，通過(guò)放樣融合創(chuàng)建模型，該過(guò)程操作繁瑣，流程復(fù)雜； 下部結(jié)構(gòu)基于CAD平面圖輔助定位創(chuàng)建模型，手動(dòng)逐步創(chuàng)建及參數(shù)調(diào)整，該過(guò)程耗時(shí)久且出錯(cuò)率高。

傳統(tǒng)建模方式實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，由于現(xiàn)澆連續(xù)梁線(xiàn)路設(shè)計(jì)多樣、橋梁箱式形式復(fù)雜、各地設(shè)計(jì)思想差異等原因，致使現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的上部結(jié)構(gòu)多為復(fù)雜的異形構(gòu)件，從而導(dǎo)致模型建立困難，在空間幾何形狀及工程量上存在較大偏差，且很難表達(dá)復(fù)雜橋跨結(jié)構(gòu)的空心艙室、齒塊及槽口等結(jié)構(gòu)； 橋梁下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量眾多，在初次創(chuàng)建或者設(shè)計(jì)出現(xiàn)重大變更時(shí)，模型的建立或調(diào)整困難，且工作量巨大。由此可知，現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的傳統(tǒng)建模方式存在巨大的挑戰(zhàn)。

2 “Revit+Dynamo”現(xiàn)澆連續(xù)梁橋建模方案

本文擬采用一套基于“Revit+Dynamo”模式的現(xiàn)澆連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)建模的解決方案，Revit是一款通用建模平臺(tái)，Dynamo則是可以在Revit上運(yùn)行的可視化編程開(kāi)源插件，“Revit+Dynamo”模式即是通過(guò)Revit和Dynamo相互協(xié)作、相互補(bǔ)充，共同完成參數(shù)化建模作業(yè)的工作模式。

利用Dynamo的基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)和自定義節(jié)點(diǎn)，通過(guò)拖拽、連接的方式自由組合節(jié)點(diǎn)，以“所見(jiàn)即所得”的形式完成程序設(shè)計(jì)，程序讀取Excel數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與Revit協(xié)作，最終實(shí)現(xiàn)現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的自動(dòng)建模。

基于該模式下，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)建模包含：線(xiàn)路設(shè)計(jì)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集、Revit參數(shù)化構(gòu)件族創(chuàng)建、橋梁設(shè)計(jì)要素Excel表編制，以及Dynamo程序編制。

設(shè)計(jì)建模成果中，由Dynamo程序讀取線(xiàn)路設(shè)計(jì)線(xiàn)數(shù)據(jù)生成設(shè)計(jì)線(xiàn)作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，再讀取橋梁設(shè)計(jì)要素Excel表，由樁號(hào)、偏距、高程等信息計(jì)算出下部結(jié)構(gòu)位置或上部結(jié)構(gòu)輪廓位置，基于Excel表記錄的編碼信息及參數(shù)創(chuàng)建下部結(jié)構(gòu)構(gòu)件，或創(chuàng)建上部結(jié)構(gòu)實(shí)體，并將其轉(zhuǎn)化為含有編碼信息及參數(shù)的Revit族構(gòu)件。

基于該成果已實(shí)現(xiàn)現(xiàn)澆連續(xù)梁橋快速建模，輕松完成項(xiàng)目建模、項(xiàng)目后續(xù)變更的信息模型更新轉(zhuǎn)換。

3 “Revit+Dynamo”現(xiàn)澆連續(xù)梁橋建模方案優(yōu)勢(shì)

與僅依靠Revit的傳統(tǒng)模式相比，Dynamo可以操控Revit的API、驅(qū)動(dòng)參數(shù)化構(gòu)件、批量提取或修改構(gòu)件數(shù)據(jù)，這是一種數(shù)據(jù)的更高級(jí)、高效的信息模型創(chuàng)建、修改和分析方式。

圖1 線(xiàn)路中心線(xiàn)創(chuàng)建流程

該模式下能生成空間異形構(gòu)件，非常適合橋梁、隧道、異形標(biāo)志建筑等復(fù)雜異構(gòu)物的創(chuàng)建及建模信息模型的參數(shù)化分析； 其次，在Dynamo程序設(shè)計(jì)中能逐步推演完善現(xiàn)澆連續(xù)梁橋建模方案，以“所見(jiàn)即所得”的形式分析、設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)的程序，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)建模中每個(gè)階段的可視化； 再者，Dynamo與Excel能進(jìn)行很好的數(shù)據(jù)交互，將現(xiàn)澆連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)建模中根據(jù)項(xiàng)目不同而改變的數(shù)據(jù)以一定格式存儲(chǔ)在Excel表中，“Revit+Dynamo”模式下，通過(guò)導(dǎo)入不同的Excel外部數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)拓印式的現(xiàn)澆連續(xù)梁橋建模，并且極大地縮減投入的人力物力和時(shí)間。

4 “Revit+Dynamo”模式下的現(xiàn)澆連續(xù)梁橋建模實(shí)例

4.1 某高速公路工程概況

某高速公路項(xiàng)目，與既有高速十字交叉互通，設(shè)計(jì)雙向六車(chē)道，橋?qū)?4.5m，設(shè)計(jì)行車(chē)速度120km/h。新建某樞紐互通式立交為十字全苜蓿葉立交互通，互通建成后為“半定向混合型”樞紐互通式立交，該立交分三層布設(shè)，互通式立交橋梁總計(jì)25座、橋梁總長(zhǎng)為7 614.74m?；A(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆箱梁及鋼混疊合梁，共計(jì)樁基礎(chǔ)874根，蓋梁369個(gè)，墩臺(tái)385個(gè)，現(xiàn)澆箱梁177跨。

4.2 線(xiàn)路設(shè)計(jì)線(xiàn)數(shù)據(jù)的采集

現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的線(xiàn)路設(shè)計(jì)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)Civil 3D導(dǎo)出設(shè)計(jì)線(xiàn)數(shù)據(jù)，在Revit環(huán)境下，使用Dynamo讀取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)生成Dynamo環(huán)境下的設(shè)計(jì)線(xiàn)，主要流程如圖1。

本實(shí)例通過(guò)Civil 3D以點(diǎn)報(bào)告形式導(dǎo)出設(shè)計(jì)線(xiàn)數(shù)據(jù)，主要含樁號(hào)、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、Z坐標(biāo)信息，通過(guò)Dynamo程序創(chuàng)建設(shè)計(jì)線(xiàn)。

4.3 Revit參數(shù)化構(gòu)件族的創(chuàng)建

(1)下部結(jié)構(gòu)族

下部結(jié)構(gòu)參數(shù)化構(gòu)件族的創(chuàng)建主要包含墩臺(tái)基礎(chǔ)、橋墩、橋臺(tái)及蓋梁。

墩臺(tái)基礎(chǔ)，為樁基礎(chǔ)、承臺(tái)，基于“公制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”族樣板創(chuàng)建[4]，橋墩(柱式墩)、橋臺(tái)及蓋梁，基于“公制常規(guī)模型”族樣板創(chuàng)建，花瓶墩基于“自適應(yīng)公制常規(guī)模型”族樣板創(chuàng)建[5]。

圖2 由點(diǎn)報(bào)告生成設(shè)計(jì)線(xiàn)(左 點(diǎn)報(bào)告； 右 Dynamo設(shè)計(jì)線(xiàn))

圖3 橋墩、蓋梁參數(shù)化族及不同參數(shù)下的形態(tài)(左橋墩，右蓋梁)

下部結(jié)構(gòu)族創(chuàng)建中，對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容如表1。

表1 下部結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)表

(2)現(xiàn)澆連續(xù)梁輪廓族

現(xiàn)澆連續(xù)梁橋跨結(jié)構(gòu)是在線(xiàn)路中斷時(shí)跨越障礙的主要承載結(jié)構(gòu)[6]，但也因形狀復(fù)雜無(wú)法創(chuàng)建固定形式的結(jié)構(gòu)族，創(chuàng)建現(xiàn)澆連續(xù)梁思路為創(chuàng)建不同類(lèi)型的輪廓，后期根據(jù)每一聯(lián)現(xiàn)澆連續(xù)梁的情況，進(jìn)行輪廓的空間排布、尺寸驅(qū)動(dòng)、形狀組合、布爾運(yùn)算及族轉(zhuǎn)換。所以只需要定義多類(lèi)輪廓，創(chuàng)建相應(yīng)輪廓族。

以下基于“公制常規(guī)模型”族樣板建立輪廓[7]，類(lèi)型一為實(shí)心段外輪廓，類(lèi)型二為矩形空心倉(cāng)處輪廓(實(shí)心、空心交界處)，類(lèi)型三為八邊形空心倉(cāng)段輪廓：

圖4 橋跨結(jié)構(gòu)輪廓族

輪廓族的線(xiàn)圖元具有一定的ID順序，并且整體族通過(guò)嵌套族的方式確保能調(diào)整整體尺寸、偏距設(shè)定和橫坡調(diào)整等。

(3)橋梁支座

橋梁支座，基于“公制常規(guī)模型”族樣板[8]，創(chuàng)建包含鋼筋混凝土楔形調(diào)平塊、梁底預(yù)埋鋼板、支座，并設(shè)計(jì)支座高度、楔形調(diào)平塊坡度參數(shù)。

圖5 Navisworks環(huán)境下查看橋梁支座族

(4)附屬結(jié)構(gòu)

橋面鋪裝、橋梁護(hù)欄、橋面標(biāo)線(xiàn)，基于“公制常規(guī)模型”族樣板[9]，創(chuàng)建橋梁鋪裝層、標(biāo)線(xiàn)、護(hù)欄輪廓族，設(shè)計(jì)思路與橋跨結(jié)構(gòu)輪廓族一致。

圖7 下部結(jié)構(gòu)Excel數(shù)據(jù)項(xiàng)

圖6 橋面鋪裝層、標(biāo)線(xiàn)和護(hù)欄輪廓族

4.4 橋梁Excel構(gòu)件參數(shù)表的編制

(1)橋梁下部結(jié)構(gòu)Excel構(gòu)件參數(shù)表

橋梁下部結(jié)構(gòu)Excel構(gòu)件參數(shù)表的主要內(nèi)容包括：

1)橋梁設(shè)計(jì)線(xiàn)點(diǎn)報(bào)告(如果線(xiàn)路設(shè)計(jì)線(xiàn)是以點(diǎn)報(bào)告的形式)；

2)樁基、承臺(tái)所給定的樁號(hào)、偏距、尺寸、斜交角度及標(biāo)高等信息；

3)橋墩和橋臺(tái)肋板樁號(hào)、偏距、尺寸、斜交角度等參數(shù)；

4)蓋梁樁號(hào)、偏距、尺寸、斜交角度等參數(shù)。

(2)橋梁上部結(jié)構(gòu)Excel構(gòu)件參數(shù)表

橋梁上部結(jié)構(gòu)Excel構(gòu)件參數(shù)表的主要內(nèi)容包括：

1)橋跨類(lèi)型(截面類(lèi)型分布、截面類(lèi)型樁號(hào)差)，及橋跨類(lèi)型編碼索引；

2)橋跨名稱(chēng)編碼；

3)項(xiàng)目基點(diǎn)坐標(biāo)、中心線(xiàn)差值坐標(biāo)、斷面尺寸數(shù)據(jù)等信息。

4.5 Dynamo程序的編制

Dynamo程序編制主要針對(duì)下部結(jié)構(gòu)、橋跨結(jié)構(gòu)、橋梁制作、附屬結(jié)構(gòu)。

通過(guò)Dynamo基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)、Python編寫(xiě)的自定義節(jié)點(diǎn)進(jìn)行程序編制，根據(jù)Revit參數(shù)化構(gòu)件族的參數(shù)設(shè)計(jì)、橋梁設(shè)計(jì)要素Excel表的內(nèi)容，編制數(shù)據(jù)獲取程序，然后編制數(shù)據(jù)分析程序以及模型創(chuàng)建及轉(zhuǎn)化程序，并包裝成dyf(Dynamo節(jié)點(diǎn)文件格式，下同)節(jié)點(diǎn)文件，形成技術(shù)方案，循環(huán)利用，主要內(nèi)容如圖9。

圖8 橋跨結(jié)構(gòu)Excel數(shù)據(jù)表

圖9 Dynamo程序創(chuàng)建模型的內(nèi)容

圖10 下部結(jié)構(gòu)創(chuàng)建(左Dynamo程序，右Revit效果)

圖11 上部結(jié)構(gòu)創(chuàng)建(A、B為Dynamo程序，C為Revit效果)

下部結(jié)構(gòu)創(chuàng)建結(jié)束(圖10);

上部結(jié)構(gòu)創(chuàng)建結(jié)束(圖11);

橋面面層創(chuàng)建結(jié)束(圖12);

圖12 橋面鋪裝和護(hù)欄創(chuàng)建(上Dynamo程序，下Revit效果)

項(xiàng)目其余現(xiàn)澆連續(xù)梁節(jié)段創(chuàng)建(圖13)。

圖13 一箱多室現(xiàn)澆連續(xù)梁(A：一箱三室變寬段，B：一箱四室斜交段，C：一箱四室分流段，D：分流鼻)

5 “Revit+Dynamo”模式的現(xiàn)澆連續(xù)梁橋建模方式與傳統(tǒng)方式對(duì)比

5.1 對(duì)比工作開(kāi)展

表2 “Revit+Dynamo”模式與傳統(tǒng)方式實(shí)施對(duì)比

抽調(diào)公司6名熟練應(yīng)用Revit軟件的BIM工作者，從事BIM工作三年以上經(jīng)歷，有線(xiàn)路工程BIM工作經(jīng)驗(yàn)，并且操作軟件的應(yīng)用水平相近。在6名BIM工作者熟悉項(xiàng)目情況以及素材文件(CAD圖紙、橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息)之后，對(duì)6名BIM工作者進(jìn)行單獨(dú)隔離(除吃飯、睡覺(jué)時(shí)間)，記錄每位工作者完各項(xiàng)建模工作消耗的時(shí)間。

本項(xiàng)目互通立交結(jié)構(gòu)組成及工程量大致呈南北對(duì)稱(chēng)型，故將項(xiàng)目建模分為A、B兩區(qū)，由3名BIM工作者進(jìn)行A區(qū)現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的傳統(tǒng)方式建模，另外3名BIM工作者進(jìn)行B現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的“Revit+Dynamo”模式建模。

圖14 項(xiàng)目互通立交結(jié)構(gòu)圖

最后在一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)配置設(shè)備(BIM建模作業(yè)中等配置)進(jìn)行建模測(cè)試，記錄消耗的時(shí)間。

5.2 對(duì)比工作結(jié)果

經(jīng)對(duì)比測(cè)試，在項(xiàng)目有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的前提下(即提供CAD線(xiàn)路設(shè)計(jì)圖、橋梁族、橋梁設(shè)計(jì)數(shù)據(jù))，由經(jīng)驗(yàn)豐富的Revit操作員對(duì)該橋梁正常操作建模的話(huà)，平均消耗時(shí)間為4～6個(gè)小時(shí)(僅創(chuàng)建下部結(jié)構(gòu)，橋跨結(jié)構(gòu)沒(méi)有合適的解決途徑)，并且常常出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，如坐標(biāo)高程錯(cuò)誤、族參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤等，而通過(guò)“Revit+Dynamo”模式下的程序進(jìn)行模型數(shù)據(jù)修改、族實(shí)例放置在程序無(wú)誤的情況下，可以保證模型達(dá)到很高的精度，并且速度占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，實(shí)際測(cè)試對(duì)比如表2。

6 結(jié)論

“Revit+Dynamo”模式在現(xiàn)澆連續(xù)梁橋的建模中，只需進(jìn)行Excel表格數(shù)據(jù)的歸納整理，就可以批量生成基于同一設(shè)計(jì)線(xiàn)上任意里程段的橋梁模型，通過(guò)編制的算法程序自動(dòng)定位幾何元素、參數(shù)化驅(qū)動(dòng)以及構(gòu)件的快速生成，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)澆連續(xù)梁橋模型的自動(dòng)式創(chuàng)建。

該現(xiàn)澆連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)建模成果已經(jīng)歷多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐完善，對(duì)施工工程量計(jì)算、預(yù)應(yīng)力管道定位、鋼筋下料指導(dǎo)、模板方案設(shè)計(jì)、支架方案設(shè)計(jì)，以及施工組織模擬等工作有著顯著的作用，為BIM技術(shù)在現(xiàn)澆連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)和施工生產(chǎn)方面的實(shí)施、應(yīng)用提供非常可靠的基礎(chǔ)保障。

相比傳統(tǒng)建模方式，該模式免去傳統(tǒng)復(fù)雜、枯燥、錯(cuò)誤率高的工作內(nèi)容。橋梁建模工作由程序完成，能保證模型的高精度，在速度上也占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，相對(duì)比熟練的BIM建模員工作效率，節(jié)約99%以上時(shí)間，這為橋梁模型提供了一套成熟可靠的新型建模方法，將顯著提高BIM技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值[10]。