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

1.參數化建模

1.1 建模思路

鋼桁梁是將實腹的鋼板梁橋按照一定規則空腹化的結構形式。主要組成有上弦桿、下弦桿、腹桿，部分結構有上下平聯、橫隔板等內容。其中以上弦桿為例，單個上弦桿內部一般由節點板與弦桿焊接而成。節點板是上弦桿與腹桿連接的重要部件，節點板與弦桿的主要結構一般由頂底板、兩側腹板及其上的加勁肋，內部的隔板組成[1]。

首先根據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中的模板功能現將上弦桿的變化參數進行總結歸納，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、上弦平聯等與上弦桿建模思路類似，不再贅述。橫隔板一般根據結構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系，各個局部既是獨立的個體模板，之間也有相對的聯系，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默認的一些內容以及人為設置的方便后續處理的要求，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。長度單位統一使用mm。（3）對稱性。對于規則且對稱的模型，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內容，實現對整橋模型的調整。

1.3 參數設置

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，以及參數類型，包括長度、角度、實數、整數、字符串、布爾等。另一塊是輸出，即將變量類型與參數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，關系以及知識工程編程等信息[2]。以上弦桿為例，介紹參數化設置。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點、弦桿的連線以及與腹桿的連線。上弦桿的參數類型內容比較繁雜，一般需根據不同項目具體而定。主要的參數內容包括：（1）截面參數，包括頂底板及加勁的相應參數；（2）節點板輪廓參數，即形成節點板形狀控制的參數類型；（3）隔板參數，包括隔板位置、類型與厚度；（4）對于使用螺栓連接的參數還包括與腹桿的連接螺栓構造，與弦桿對接的螺栓構造，拼接板的形狀與厚度等內容。

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工具中錄入關鍵的坐標點，一般為節點坐標點。第二步是通過知識工程編程讀取數據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點連接形成相應的桿件連線。

1.5 各類模板的建立

根據需要分別建立上弦桿、下弦桿、腹桿、平聯、隔板等模板內容，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）設置并添加輸入參數（圖2）。

圖2 參數輸入元素

（3）利用幾何元素與參數通過現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參數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使用的語言為內部自帶的語言EKL，是一門面對象編程語言，具有簡單性，面向對象、分布式、動態性等特點。

1.7 跑出全橋模型

首先將跑出的空間骨架模型根據模板的輸入進行分區存放，然后將全橋的各類模板的參數資源表做成Excel存入至數據庫等待調用，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進行組合，形成新的模型。

2.結語

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