李金陽(yáng) 向正松 齊 飛

（四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計(jì)分公司， 四川 成都 610041）

0 引言

沿江高速公路BIM試點(diǎn)工程實(shí)施的范圍為K242+881～ K261+708.24高速公路段，線路長(zhǎng)度為18.83km，橋梁全長(zhǎng)6348.64m，其中包含預(yù)制T梁橋12座。公路工程設(shè)計(jì)經(jīng)歷了從手工繪圖轉(zhuǎn)換為AutoCAD繪制二維圖紙 ，目前正處于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的研究階段。目前主流三維建模軟件分別是Autodesk、Bentley以及達(dá)索系統(tǒng)，但運(yùn)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中均需要在其平臺(tái)上的主要設(shè)計(jì)軟件上進(jìn)行開(kāi)發(fā)[1]。

Bentley平臺(tái)中設(shè)計(jì)軟件對(duì)于常規(guī)橋梁的下部結(jié)構(gòu)可按照設(shè)計(jì)要求生成三維模型，但橋梁主梁的布置在曲線段還存在進(jìn)一步優(yōu)化的空間。為進(jìn)一步把三維參數(shù)化設(shè)計(jì)真正應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，解決實(shí)際工作中大量常規(guī)橋梁的設(shè)計(jì)問(wèn)題，在Bentley平臺(tái)上開(kāi)發(fā)預(yù)支T梁橋三維設(shè)計(jì)插件，該插件可在常規(guī)設(shè)計(jì)流程上完成三維設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)金陽(yáng)至寧南高速公路段的應(yīng)用，該插件得到驗(yàn)證并逐步完善[2]。

1 二維布梁方式

傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)中布梁方式主要有三種：（1）相對(duì)于墩臺(tái)中心線偏移，是以橋墩、橋臺(tái)中心連線為基線進(jìn)行偏置，放置每一片梁。（2）相對(duì)于路線中心線偏移：是以路線設(shè)計(jì)中線為基線，按照每一片主梁寬度偏置基線，定位出偏置后的曲線與蓋梁中心線的交點(diǎn)，再分別連接前后兩蓋梁上的交點(diǎn)，放置每一片梁。（3）相對(duì)于橋臺(tái)中心連線:是先將兩個(gè)橋臺(tái)的中心連線，做為全橋中線，然后按照直線橋布置主梁[3]。三種布梁方式基于二維平面偏置布梁中心線，均不能精準(zhǔn)的反應(yīng)預(yù)制T梁在路線縱坡上的變化情況。

2 三維布梁主要方法

首先，通過(guò)計(jì)算分析將數(shù)據(jù)整理，通過(guò)數(shù)字化的形式貫穿整個(gè)三維設(shè)計(jì)流程，使創(chuàng)建的模型與實(shí)際構(gòu)件相同[4][5]，從而提高模型質(zhì)量與建模效率，為后期構(gòu)件參數(shù)的修改減少難度。在Bentley平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，構(gòu)件控制性參數(shù)之間的邏輯關(guān)系的確立，是保證構(gòu)件的幾何尺寸、超高、相對(duì)位置、T梁橫坡精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的重要前提，通過(guò)這些重要數(shù)據(jù)用數(shù)學(xué)模型建立構(gòu)件的形狀[6]。

在二次開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)流程中，難點(diǎn)是梳理參數(shù)之間的邏輯關(guān)系，將模型通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)。因此，只能構(gòu)想T梁橫斷面控制性參數(shù)之間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，并對(duì)其設(shè)定相應(yīng)的約束才能實(shí)現(xiàn)模型的準(zhǔn)確性，并對(duì)全模型建立清晰的思路，從而完成最終構(gòu)件模型的參數(shù)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的變動(dòng)對(duì)構(gòu)件變化調(diào)試。

以傳統(tǒng)的二維布梁設(shè)計(jì)思路作為三維參數(shù)化設(shè)計(jì)的根本指導(dǎo)方針，首先得到每個(gè)橋墩的中心坐標(biāo)，即墩臺(tái)軸線與路線平面線的交點(diǎn)，連接相鄰兩個(gè)墩臺(tái)的中線點(diǎn)，得到墩臺(tái)的中心軸線連線，基于該直線向兩側(cè)同時(shí)偏移一預(yù)制T梁標(biāo)準(zhǔn)寬度的間距，再結(jié)合橋梁橫坡參數(shù)計(jì)算得到相鄰主梁的梁中心定位點(diǎn)。主梁首尾兩端對(duì)應(yīng)的梁中心定位點(diǎn)相連，即得到每一片梁的梁中心線。

基于Bentley中OpenRoadsDesigner軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。以C#語(yǔ)言為底層語(yǔ)言將設(shè)計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為邏輯推理過(guò)程的問(wèn)題，各部位異形構(gòu)件建立時(shí)，需要將構(gòu)件復(fù)雜因素轉(zhuǎn)化成參數(shù)，借用函數(shù)的算法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。以C#語(yǔ)言編預(yù)制T梁橫斷面為例，首先基于T梁中點(diǎn)為起點(diǎn)，通過(guò)T梁寬度、T梁高度、馬蹄寬度、馬蹄倒角高度、腹板厚度、T梁翼緣高度等參數(shù)計(jì)算得到整個(gè)橫斷面上的每個(gè)控制點(diǎn)的精確坐標(biāo)位置，將所有的控制點(diǎn)連接成線，形成T梁標(biāo)準(zhǔn)斷面。然后以布梁中心線為基準(zhǔn)，再以點(diǎn)控制的方式，實(shí)現(xiàn)主梁腹板漸變段的變化，通過(guò)自適應(yīng)點(diǎn)創(chuàng)建主梁參數(shù)化模型，如圖 3.1所示。

圖3.1 預(yù)制T梁結(jié)構(gòu)三維圖

通過(guò)Excel表格編寫(xiě)橫斷面參數(shù)以及主梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，將預(yù)制T梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面的控制參數(shù)以表格的方式輸入，主梁結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括主梁起始樁號(hào)、橫坡、橫隔板數(shù)、跨徑、主梁片數(shù)、主梁梁距，如表1所示。將該Excel文件導(dǎo)入ORD軟件中，插件讀取該表格的主梁信息自動(dòng)生成T梁三維模型，該三維模型相對(duì)于二維布梁設(shè)計(jì)可精準(zhǔn)反應(yīng)主梁在縱坡上的變化情況。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，若主梁參數(shù)有變化可通過(guò)調(diào)整表格參數(shù)，快速精準(zhǔn)的重新生成該橋主梁三維模型，實(shí)現(xiàn)以參數(shù)的形式控制主梁結(jié)構(gòu)的變化。

表1 主梁結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 橋梁三維模型實(shí)例設(shè)計(jì)

本文將二次開(kāi)發(fā)的插件應(yīng)用于沿江高速公路中的騎螺溝互通。騎螺溝互通橋梁的主梁形式為25米、40米預(yù)支T梁。

橋梁主梁采用自主開(kāi)發(fā)的插件導(dǎo)入主梁結(jié)構(gòu)參數(shù)表格，運(yùn)行程序，自動(dòng)生成主梁三維模型。

橋梁下部結(jié)構(gòu)采用CSD軟件設(shè)計(jì)。基于CSD的PCL語(yǔ)言編寫(xiě)橋墩模板，以表格的方式輸入?yún)?shù)，如圖4.2所示。基于橋梁的路線相關(guān)信息、橋梁樁號(hào)，再導(dǎo)入橋墩參數(shù)表格，批量放置橋墩，運(yùn)行CSD，自動(dòng)生成橋梁下部結(jié)構(gòu)的三維模型，如圖 4.1所示。橋梁下部結(jié)構(gòu)的參數(shù)變化可通過(guò)修改 Excel表格完成，亦可通過(guò)在CSD里直接修改參數(shù)完成。

圖4.1 橋梁下部結(jié)構(gòu)三維圖

將橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)組裝合并，得到橋梁整體三維模型，如圖4.2所示。主梁和橋墩的結(jié)構(gòu)變化均可通過(guò)Excel表格修改參數(shù)完成，實(shí)現(xiàn)了預(yù)制T梁橋的參數(shù)化、精細(xì)化設(shè)計(jì)。高精度的三維模型為BIM全生命周期的應(yīng)用提供了必要的基礎(chǔ)[7]。

圖4.2 橋梁整體結(jié)構(gòu)三維圖

4 總結(jié)與展望

本文基于ORD開(kāi)發(fā)的插件解決了橋梁主梁縱坡隨路線變化的問(wèn)題。BIM技術(shù)在公路橋梁中的應(yīng)用，能更好的提高橋梁設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的精確程度，使橋梁工程在三維圖下表達(dá)更明確、分析更精準(zhǔn)、處理沖突問(wèn)題更便捷、模型信息提取更豐富。由于運(yùn)用軟件技術(shù)水平的局限性，以及工程經(jīng)驗(yàn)的不足，本文僅基于 OpenRoadsDesigner進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。在本論文的研究過(guò)程中，各軟件結(jié)合雖得出一些成果，但是還有很多需要探究的地方，并在研究中加以完善。

（1）現(xiàn)階段BIM技術(shù)僅在初步設(shè)計(jì)應(yīng)用階段。如何能將橋梁工程設(shè)計(jì)工作從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)換到BIM平臺(tái)中，還需要進(jìn)一步對(duì)BIM平臺(tái)技術(shù)進(jìn)行深入的研究。

（2）BIM技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施方面仍沒(méi)有大量普及，橋梁工程應(yīng)用BIM技術(shù)的深度尚需進(jìn)一步的提高。各研究人員不能夠及時(shí)共享族庫(kù)，導(dǎo)致BIM技術(shù)在真正意義上落地需要一段時(shí)間，BIM技術(shù)的工作人員還應(yīng)投入更多時(shí)間進(jìn)一步深入探究。

（3）在BIM技術(shù)中，當(dāng)前二次開(kāi)發(fā)的相關(guān)插件對(duì)一些構(gòu)件仍不能進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，只能應(yīng)用一些常規(guī)的模型，如何將二次開(kāi)發(fā)突破，面對(duì)這一難關(guān)還要做進(jìn)一步的研究。