基于BIM 的橋梁智慧化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究

韋澤鵬，成家勝

（海南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，海南 ?？?570206）

1 技術(shù)路線

橋梁智慧化設(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)將橋梁設(shè)計(jì)條件輸入計(jì)算機(jī)，在橋梁構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)填寫(xiě)表格，應(yīng)用設(shè)計(jì)的邏輯算法進(jìn)行初步篩選，推薦出計(jì)算機(jī)所認(rèn)為的適用于當(dāng)前條件狀態(tài)下的構(gòu)件、橋型。工程師可根據(jù)得到的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，對(duì)計(jì)算機(jī)推薦的橋型和構(gòu)件在三維模擬軟件中進(jìn)行拼裝。通過(guò)軟件之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行建模計(jì)算和科研論證，通過(guò)則可進(jìn)入施工方案制定環(huán)節(jié)。對(duì)于施工過(guò)程進(jìn)行施工碰撞檢查和施工過(guò)程模擬對(duì)預(yù)先發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題修改。通過(guò)三維模型有效地將設(shè)計(jì)和施工協(xié)同，高效地解決工程過(guò)程中的管理問(wèn)題[1]。

橋梁智慧化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的技術(shù)路線如圖1。

圖1 橋梁智慧化設(shè)計(jì)技術(shù)路線

2 BIM 構(gòu)件庫(kù)

本文選取Revit 作為BIM 構(gòu)件庫(kù)開(kāi)發(fā)的載體，構(gòu)件族庫(kù)遵循多類型參數(shù)聯(lián)動(dòng)、自適應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

2.1 多類型聯(lián)動(dòng)參數(shù)化技術(shù)

BIM 構(gòu)件族庫(kù)對(duì)相似的構(gòu)件建立標(biāo)準(zhǔn)件，建立完整的構(gòu)件庫(kù)后進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，通過(guò)控制構(gòu)件模型的參數(shù)達(dá)到快速適應(yīng)新模型的目的，如圖2 所示，工程師通過(guò)修改H1,H5,H7 改變梁高。通過(guò)改變H2,H3,H4,H6改變梁寬度。族庫(kù)部分族支持參數(shù)多聯(lián)動(dòng)化，如圖3所示，通過(guò)設(shè)置參數(shù)間公式，通過(guò)修改H2 聯(lián)動(dòng)修改H3,H4,H5。

圖2 參數(shù)化T 梁構(gòu)件

圖3 參數(shù)化橋墩構(gòu)件

2.2 自適應(yīng)

構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)中各構(gòu)件符合自適應(yīng)建模要求。在Revit 中建立族庫(kù)時(shí)對(duì)需常變化的構(gòu)件維度建立參考點(diǎn)和參照線，建模時(shí)通過(guò)參照點(diǎn)的設(shè)置達(dá)到自適應(yīng)建模要求。如圖4 所示。

圖4 自適應(yīng)建模過(guò)程

圖5 在Revit 中打開(kāi)橋型智慧化選擇系統(tǒng)界面

圖6 二級(jí)指標(biāo)對(duì)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重評(píng)價(jià)頁(yè)面

圖7 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)頁(yè)面

圖8 最終結(jié)果計(jì)算頁(yè)面

圖9 BIM 模型與ANSYS 幾何模型轉(zhuǎn)換及后續(xù)計(jì)算過(guò)程

圖10 施工過(guò)程模擬圖

圖11 施工過(guò)程甘特圖

圖12 構(gòu)件碰撞檢測(cè)創(chuàng)建頁(yè)面

圖13 鋼筋碰撞細(xì)部圖

圖14 報(bào)告格式

3 橋型選擇算法——基于FAHP 的多維度指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法

本研究結(jié)合工程實(shí)際，通過(guò)對(duì)RevitAPI、RevitAPIUI 及System.Windows.Form 的引用，采用C#語(yǔ)言進(jìn)行編程，基于FAHP 的多維度指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法，建立橋型智慧算法，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)將算法嵌入BIM 軟件中，算法系統(tǒng)由啟動(dòng)主程序和各子窗體程序構(gòu)成，窗體程序中包含計(jì)算程序，讀取程序，保存程序及跳頁(yè)程序。本章通過(guò)圖片截取將橋型智慧選擇算法的部分窗口進(jìn)行展示。

FAHP 算法系統(tǒng)將各個(gè)計(jì)算過(guò)程寫(xiě)入后臺(tái)，在各個(gè)打分頁(yè)面根據(jù)九標(biāo)度矩陣做出模糊矩陣后，點(diǎn)擊“計(jì)算”即可得出各個(gè)指標(biāo)權(quán)重得分，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，根據(jù)一致性檢驗(yàn)的數(shù)值自動(dòng)做出判斷將結(jié)果展示給工程師。

4 BIM 模型與有限元模型轉(zhuǎn)換方法研究

通過(guò)將BIM 技術(shù)引入建模計(jì)算分析過(guò)程，實(shí)現(xiàn)將傳統(tǒng)的“基于圖形”設(shè)計(jì)方式轉(zhuǎn)換為“基于模型”的設(shè)計(jì)方式[2]。如使BIM模型快速轉(zhuǎn)化為ANSYS的幾何模型，并通過(guò)相關(guān)處理后進(jìn)行計(jì)算分析查看結(jié)果。解決了傳統(tǒng)幾何模型復(fù)雜的建立過(guò)程。

5 施工組織模擬

橋梁的施工過(guò)程是動(dòng)態(tài)化過(guò)程，通過(guò)BIM 技術(shù)的施工組織模擬，將BIM 模型與進(jìn)度計(jì)劃結(jié)合，將空間信息與時(shí)間信息整合在一個(gè)多維模型中，可視化地模擬整個(gè)施工進(jìn)程，可協(xié)助制定合理施工計(jì)劃。根據(jù)模擬的直觀情況，不斷調(diào)整甘特圖，提高流水作業(yè)的施工效率。

6 施工碰撞檢查

在橋梁建設(shè)過(guò)程中碰撞問(wèn)題內(nèi)容復(fù)雜、種類較多[3]。研究從構(gòu)件碰撞、鋼筋和預(yù)應(yīng)力管道碰撞兩個(gè)層次進(jìn)行碰撞檢測(cè)演示。

6.1 構(gòu)件碰撞檢測(cè)

建模時(shí)應(yīng)精細(xì)化建模，將實(shí)際分開(kāi)或不在一個(gè)工序中施工的構(gòu)件分別做成單獨(dú)的族，通過(guò)在不同的標(biāo)高設(shè)置參照點(diǎn)建成一個(gè)完整的模型，通過(guò)碰撞選項(xiàng)，碰撞類型，公差的設(shè)置來(lái)達(dá)到構(gòu)件碰撞檢測(cè)的目的。

6.2 鋼筋碰撞檢測(cè)

混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋分布較密，BIM 模型可識(shí)別鋼筋直徑，進(jìn)行鋼筋碰撞檢測(cè)，不斷地進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化以達(dá)到設(shè)計(jì)方案無(wú)碰撞或重要位置無(wú)碰撞的效果。

7 小結(jié)

該橋梁智慧化設(shè)計(jì)框架的提出，在結(jié)合傳統(tǒng)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，融入新型技術(shù)，提高橋梁設(shè)計(jì)和后期施工效率，為橋梁全壽命建造提供指導(dǎo)性作用。研究成果主要包括：

（1）融合新舊技術(shù)，提出智慧化設(shè)計(jì)技術(shù)路線。

（2）構(gòu)建多聯(lián)動(dòng)參數(shù)化的BIM 三維族庫(kù)，為BIM快速建模提供支持。

（3）提出基于FAHP 的多維度指標(biāo)橋梁方案比選方法并通過(guò)二次開(kāi)發(fā)將其嵌入BIM 平臺(tái)中。

（4）將BIM 模型與傳統(tǒng)計(jì)算軟件進(jìn)行結(jié)合進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

在傳統(tǒng)的甘特圖基礎(chǔ)上，通過(guò)BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化動(dòng)態(tài)模擬施工組織過(guò)程的效果。

（5）提出構(gòu)件、鋼筋碰撞檢查兩個(gè)碰撞檢查過(guò)程，減少施工變更。