BIM參數化建模技術在互通立交橋工程設計中的應用

王 凱

（內蒙古建筑職業技術學院，內蒙古 呼和浩特 010070）

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）是應用于工程設計、施工及運維的一項新技術，是以工程項目各相關信息為基礎建立的參數化模型，并應用在項目全生命周期過程中。目前BIM在美國、歐洲、日、韓、新加坡等國家的發展和應用都達到了一定水平。在國內，在房建、水運、公路和鐵路等領域已逐步開展了BIM技術的研究與應用，但是，在具體工程建設過程中的應用深度還不夠，導致BIM的價值難以得到有效地體現[1]。

互通立交作為公路工程建設中的重要組成部分，是公路設計和施工中難度和復雜程度最高的部分。互通立交路線線形基本上以圓曲線和緩和曲線為主，線形復雜多變、出入口多，超高、坡度變化復雜，道路和橋梁交替出現。由于傳統二維圖紙的缺陷，無法避免地會產生錯碰漏缺的情況，借助于BIM技術能夠有效優化和提升互通立交在設計、施工管理、交通組織設計等方面的效率，然而快速、準確地創建三維模型一直是工程技術人員利用BIM技術的障礙[3]。本文以三環互通立交橋為案例，借助Revit、Civil3D、Dynamo等軟件進行BIM參數化建模技術的研究與應用。

1 參數化建模技術路線

近幾年，隨著BIM技術的快速發展，BIM與參數化的概念越來越多地被人們所熟悉，工程建設行業的各參與方都在追求高效、準確、可行的建模方法，以滿足BIM模型在各階段的應用。

參數化就是指通過數值、公式或邏輯語言來改變對象屬性，實現對象的可控變化，通過參數化建模，可以大大地提高建模速度與精度，同時給模型批量添加各種相關信息[2]。

參數化建模擬采取的技術路線（見圖1）如下：

圖1 擬采取的技術路線

（1）分析工程建模難點，整理圖紙、數據，恢復并整理互通立交的平面、縱斷面線形數據。

（2）根據橋梁圖紙創建參數化族，其中包括參數化的輪廓族、箱梁族、橋墩族等。

（3）通過可視化編程插件Dynamo，根據整理數據在Revit中創建橋梁構件并添加信息。

（4）最后將模型、地形、衛片等構件在Navisworks和Infraworks中進行整合、展示。

2 工程概況

本文依托的三環互通立交工程為內蒙古呼和浩特市新機場高速與三環快速路樞紐立交，總體布設三層，包括：主線MR和三環快速路CR及A、B、C、D、E、F、G、H 8條匝道和橋下輔路，如圖2所示。

圖2 三環互通立交位置圖

三環互通立交橋梁上部結構由鋼筋混凝土頂板、底板、腹板和混凝土擋墻及橋面部分組成，圖3為依據B匝道主梁橫斷面圖創建的B匝道主梁模型。

圖3 B匝道主梁模型圖

橋梁下部結構由鉆孔灌注樁、鋼筋混凝土承臺、鋼筋混凝土橋墩組成。圖4為依據橋梁下部結構一般構造圖創建的三維模型。

圖4 下部結構模型

為達到參數化建模的要求，需按結構的組成分類進行模型的拆分，將橋梁上、下部結構拆分為三個層級的組成構件，如表1所示。

表1 模型拆分

3 參數化單元族的創建

在創建參數化單元族時，首先進行如下設置：創建共享參數并在創建模型時使用；在族的屬性欄設置勾選，即工作平面和共享兩個選項。

（1）樁基的創建：用公制常規模型族樣板創建樁基族，指定族類別為公制結構基礎，并添加樁的共享參數信息，材質參數使用類型參數，其余參數均使用實例參數，樁基主要參數為：樁長L、樁徑D、樁材質M、樁類型等。

（2）承臺的創建：用公制結構基礎創建承臺族。并添加承臺的共享參數信息，材質參數使用類型參數，其余參數均使用實例參數，承臺主要參數為：承臺長度L、承臺寬度B、承臺高度H、承臺材質M、承臺類型等。

（3）橋墩的創建：該項目的橋墩有20種不同的類型，以其中一種為例進行說明，其余橋墩的創建方法相同。對于異型的橋墩采用自適應公制常規模型創建橋墩族，并添加橋墩的共享參數信息，橋墩主要參數為：墩總高度H、墩截面A、墩截面B、墩漸變段高度h、橋墩類型等。

（4）箱梁輪廓的創建：用自適應公制常規模型創建箱梁輪廓族，箱梁輪廓主要參數為：頂板厚D、底板厚D、箱梁高H、翼緣板邊厚D等。

4 結構構件的拼裝

將創建好的箱梁輪廓族載入到新建的自適應公制常規模型中，通過Dynamo軟件讀取箱梁的路線信息，并驅動參數化輪廓族進行箱梁實體的創建，該項目有多種形式的箱梁結構，圖5為創建、拼裝完成的一段一箱兩室箱梁族。

圖5 箱梁族結構

上部結構按照路線的平、縱、橫數據創建完成，因此無需調整箱梁坐標位置，按項目原點放置即可。下部結構構件的拼裝，使用自適應公制常規模型族樣板創建，完成單個橋墩的拼裝，如圖6所示。

圖6 橋梁下部結構拼裝

該項目共計20種橋墩類型，按照設計圖紙要求將創建好的參數化族進行逐一拼裝，其余同類型的下部結構僅需修改參數即可，創建的族和需要修改的參數見表2。

表2 橋墩類型及參數

完成單個橋墩的創建，最后通過Dynamo程序統一放置結構構件并修改族參數，如圖7所示。

圖7 族參數修改

5 工程應用效果

將該項目BIM模型與衛星影像進行整合后渲染，得三環互通渲染圖，見圖8所示。

圖8 三環互通渲染圖

在三環互通立交項目中，傳統二維設計圖紙參數化程度低，當工程變更時對模型的修改費時費力，不利于模型后期的應用和施工進度的推進。且二維圖紙表達內容有限，細度不夠，可視化程度較低，不利于工人對構件的加工和安裝。

可視化的三維BIM模型，配合上影像能夠精確表達橋梁的地理位置和幾何特征，對任意復雜造型均能準確表現，且可以將復雜的構造節點全方位表達，BIM+GIS技術深度融合實現真實環境模擬，對施工過程具有很好的指導價值，有利于提高施工速度和質量。

6 結束語

本文以三環互通立交橋為案例，借助Revit、Civil3D、Dynamo等軟件進行BIM參數化建模技術的研究與應用，最后所得三環互通渲染圖充分展示了把BIM技術與GIS技術深度融合獲得的效果。本課題積累了橋梁參數化建模經驗，對以后同類橋梁項目的BIM模型創建提供了很好的參考價值。