李寶元，張靈通，陳亞飛，姜露熙

(新疆理工學(xué)院，新疆 阿克蘇 843000)

0 前 言

建筑信息模型(Building Information Modeling)是土木工程領(lǐng)域的新工具，應(yīng)用前景十分廣泛，由Autodesk公司率先提出，其核心就是通過建立三維的虛擬工程模型，利用數(shù)字化技術(shù)手段，幫助實(shí)現(xiàn)建筑信息的集成，從工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營直至工程全生命周期的終結(jié)，提供完整的、與實(shí)際情況相符的工程信息庫。該信息庫不僅包含了工程構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，而且包含了工程非構(gòu)件對(duì)象的狀態(tài)信息，例如空間、運(yùn)動(dòng)行為等[1]。憑借這個(gè)涵蓋工程信息的三維模型，很大程度上提高了工程信息的集成化程度，而且能夠?yàn)楣こ探ㄔO(shè)各利益相關(guān)方提供一個(gè)信息交換和共享的平臺(tái)[2]。

目前BIM軟件多種多樣，其中Revit的開發(fā)和利用就是為BIM技術(shù)在橋梁工程領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用提供了較好的途徑。Revit也是我國建筑業(yè)BIM體系中使用最為廣泛的軟件之一。對(duì)于設(shè)計(jì)而言，引入BIM技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)師節(jié)約時(shí)間、降低錯(cuò)誤或失誤，從而能夠給業(yè)主提交高質(zhì)量的設(shè)計(jì)成果，提高利潤和客戶的滿意度。另外提供的三維模型也能更直接、清晰、可靠地與業(yè)主及建造人員溝通設(shè)計(jì)意圖。Revit軟件主要的特性包括參數(shù)化、可視化及動(dòng)態(tài)更新，工程信息以參數(shù)化方式存儲(chǔ)在構(gòu)件當(dāng)中，通過三維可視模型展現(xiàn)出來，可以隨時(shí)點(diǎn)擊查看和修改，并且實(shí)時(shí)更新內(nèi)容。Revit的文件類型主要有四大類：rvt格式的項(xiàng)目文件、rte格式的樣板文件、rfa格式的族文件及rft格式的族樣板文件。rvt格式的項(xiàng)目文件保存整體模型，是項(xiàng)目完成文件，其余文件是項(xiàng)目過程文件，根據(jù)建模的具體情況自主選擇。

就目前環(huán)境而言，BIM技術(shù)的應(yīng)用大多是在大型建筑中，在橋梁設(shè)計(jì)及施工中運(yùn)用相對(duì)較少。因此，本文以實(shí)際橋梁為例，采用BIM技術(shù)中運(yùn)用相對(duì)較多的Revit軟件，進(jìn)行橋梁的BIM參數(shù)化建模，介紹Revit的應(yīng)用方法，闡述建模全過程，為BIM技術(shù)在橋梁方面的推廣和應(yīng)用給橋梁設(shè)計(jì)者一些參考與借鑒。

1 橋梁使用Revit建模的框架及思路

1)準(zhǔn)備工作：①橋梁定位軸線，標(biāo)高數(shù)據(jù)整理；②橋梁構(gòu)件種類數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；③制定命名標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)模細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)；④橋梁建模組架構(gòu)選擇，是否采用共享或是嵌套等。

2)制作橋梁族庫：①族庫制作構(gòu)思；②下部構(gòu)件制作；③上部構(gòu)件制作；④附屬設(shè)施制作。

3)制作項(xiàng)目樣板：①處理地形，提取等高線；②橋梁起點(diǎn)位置確定；③導(dǎo)入CAD到Revit；④在Revit中將橋梁起點(diǎn)與項(xiàng)目基點(diǎn)對(duì)齊，輸入坐標(biāo)值；⑤創(chuàng)建地形表面；⑥項(xiàng)目信息錄入；⑦建立標(biāo)高軸網(wǎng)定位系統(tǒng)；⑧載入橋梁構(gòu)件族庫。

4)橋梁模型組建與整合：①下部結(jié)構(gòu)拼裝；②上部結(jié)構(gòu)拼裝；③附屬設(shè)施拼裝。

2 橋梁BIM模型參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

2.1 工程背景

盧家塆大橋位于云貴高原與四川盆地的結(jié)合部，金沙江東側(cè)，所經(jīng)區(qū)域地形復(fù)雜，山高谷深，溝谷縱橫交錯(cuò)，地表水系發(fā)育，對(duì)橋梁布設(shè)存在一定難度，最終確定主橋?yàn)?1 m+150 m+81 m的連續(xù)剛構(gòu),主墩設(shè)計(jì)為變截面空心薄壁墩，本工程橋墩高最達(dá)73 m,施工環(huán)境惡劣，機(jī)械化作業(yè)程度低，多高空作業(yè)，上部結(jié)構(gòu)采用懸臂現(xiàn)澆法施工。

2.2 工程建模

大橋按照實(shí)際尺寸1∶1建模，主要構(gòu)件包括T梁、箱梁、蓋梁、各類柱式墩、空心薄壁墩、承臺(tái)、橋臺(tái)、樁基等。

2.2.1 橋梁地形、位置、軸線設(shè)置

1)地形導(dǎo)入。將處理好的CAD地形文件導(dǎo)入Revit軟件。在Revit軟件中新建項(xiàng)目文件，點(diǎn)擊插入→導(dǎo)入CAD→選擇地形文件打開→體量和場(chǎng)地→地形表面→通過導(dǎo)入創(chuàng)建→選擇導(dǎo)入實(shí)例→勾選DGX→確定→簡化表面→√完成地形創(chuàng)建。地形創(chuàng)建好之后需要把之前導(dǎo)入的CAD地形文件刪除，全選后利用過濾器選擇CAD地形文件然后刪除。

2)橋梁位置確定。在場(chǎng)地平面中找到項(xiàng)目基點(diǎn)，輸入項(xiàng)目位置信息。將北/南，東/西，高程，到正北的角度等基本信息依次輸入。

3)橋梁軸線設(shè)定。在導(dǎo)入地形圖時(shí)，可將總平面圖復(fù)制進(jìn)來一起導(dǎo)入，只是在創(chuàng)建地形時(shí)不勾選這些線條即可，在確定軸網(wǎng)時(shí)拾取。步驟：結(jié)構(gòu)→軸網(wǎng)→多段→拾取線→√完成軸網(wǎng)設(shè)置。

2.2.2 制作橋梁族庫

橋梁族庫一般可以利用族樣板文件來制作，主要運(yùn)用拉伸、融合、旋轉(zhuǎn)、放樣、空心形狀等功能實(shí)現(xiàn)族文件創(chuàng)建。步驟：打開Revit項(xiàng)目文件→文件→新建→族→選擇合適的族樣板文件→打開→制作構(gòu)件族庫→載入到項(xiàng)目并關(guān)閉。

1)簡單、規(guī)則族構(gòu)件。這類簡單、規(guī)則的族一般選用公制常規(guī)模型族樣板文件，構(gòu)件截面形狀相對(duì)單一且比較規(guī)則，利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣等操作就可完成制作。為了便于后期修改及重復(fù)利用創(chuàng)建族時(shí)建議設(shè)置族參數(shù)，這也是構(gòu)件模型參數(shù)化的基礎(chǔ)。例如本項(xiàng)目5號(hào)承臺(tái)尺寸為：長L=10.6 m，寬B=7.3 m，高H=2.7 m，將承臺(tái)的尺寸分別賦值給L、B、H這幾個(gè)參數(shù)，需要修改時(shí)直接在參數(shù)表中修改L、B、H數(shù)值即可，構(gòu)件材質(zhì)也可進(jìn)行選擇修改。實(shí)現(xiàn)賦值就需要運(yùn)用參考平面，將參考平面的距離賦值給這些參數(shù)，然后將構(gòu)件的每個(gè)面與參考平面鎖定，就實(shí)現(xiàn)了改變參數(shù)，構(gòu)件就隨之變化。修改參數(shù)在族構(gòu)件中找到屬性→族類型→修改各參數(shù)→確定。添加參數(shù)時(shí)可以添加長度、角度、坡度、質(zhì)量、密度、面積、體積等，根據(jù)需要選擇相應(yīng)的參數(shù)類型即可，這些參數(shù)也可分組，選擇相應(yīng)的參數(shù)分組方式，可以是材質(zhì)和裝飾、尺寸標(biāo)注、文字、圖例等。

2)復(fù)雜、不規(guī)則族構(gòu)件。對(duì)于復(fù)雜、不規(guī)則的族創(chuàng)建，根據(jù)實(shí)際情況選用公制常規(guī)模型、公制輪廓、公制結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、公制結(jié)構(gòu)框架等族樣板文件，構(gòu)件截面形狀一般比較復(fù)雜，簡單的拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣等操作無法完成，當(dāng)截面發(fā)生變化時(shí)可以采用融合或是放樣融合，需要挖孔時(shí)可以采用空心形狀(空心拉伸、空心放樣、空心融合、空心旋轉(zhuǎn)、空心放樣融合)實(shí)現(xiàn)，參數(shù)設(shè)置與簡單族構(gòu)件一樣，可以給構(gòu)件賦予相應(yīng)的信息參數(shù)，對(duì)于復(fù)雜構(gòu)件的族創(chuàng)建時(shí)，有時(shí)需要利用公制輪廓提前創(chuàng)建截面族，然后利用截面族再創(chuàng)建復(fù)雜族構(gòu)件。

3)族構(gòu)件模型。大橋引橋部分的樁基、承臺(tái)、柱式墩、蓋梁、系梁、T梁、橋臺(tái)、防撞護(hù)欄以及主橋部分的樁基、承臺(tái)等構(gòu)件都相對(duì)簡單，而主橋部分的現(xiàn)澆箱梁、空心薄壁墩構(gòu)件復(fù)雜，建模繁瑣。

在創(chuàng)建族復(fù)雜構(gòu)件的時(shí)候輪廓依據(jù)所需截面進(jìn)行設(shè)置，大橋的梁和墩建模是相對(duì)復(fù)雜的，需要建立各種截面的族部件。

2.2.3 橋梁模型組建與整合

橋梁各個(gè)族部件創(chuàng)建完畢后，要得到完整的橋梁BIM模型就類似于“搭積木”的方式，將各個(gè)族構(gòu)件進(jìn)行有序拼接，并將構(gòu)件放置在軸網(wǎng)合適的位置完成模型組建與整合。在組建過程中需注意橋梁縱坡、橫坡的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)縱坡設(shè)置一般簡單的方法是輪廓偏移，在創(chuàng)建箱梁族構(gòu)件時(shí)，設(shè)置共享參數(shù)，將該參數(shù)與族構(gòu)件的垂直輪廓偏移相關(guān)聯(lián)，利用縱坡與構(gòu)件長度計(jì)算出偏移量，修改偏移值實(shí)現(xiàn)設(shè)置縱坡，設(shè)置橫坡時(shí)添加共享參數(shù)與角度相關(guān)聯(lián)即可，改變角度就達(dá)到了設(shè)置橫坡的目的。組合好的橋梁模型和地形構(gòu)成了項(xiàng)目的BIM模型。

2.2.4 項(xiàng)目的碰撞檢查

Revit軟件本身自帶了碰撞檢查的功能，可以對(duì)當(dāng)前項(xiàng)目內(nèi)的模型進(jìn)行碰撞檢查，也可以與鏈接的模型進(jìn)行碰撞檢查[3]。通過碰撞檢查提前預(yù)警工程項(xiàng)目中各不同專業(yè)在空間上的碰撞沖突，預(yù)先發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的沖突問題，避免后期在施工過程中因圖紙問題導(dǎo)致的停工返工及人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi),影響項(xiàng)目工期及質(zhì)量[4]。尤其是在裝配式工程及管道工程中提前進(jìn)行碰撞檢查顯得更為重要。在Revit軟件中點(diǎn)擊“協(xié)作”面板下的“碰撞檢查>運(yùn)行碰撞檢查”命令，在“碰撞檢查”窗口，通過鉤選左右兩邊選項(xiàng)來進(jìn)行當(dāng)前項(xiàng)目之間的碰撞檢查，然后單擊“確定”按鈕，進(jìn)行碰撞檢查。

2.2.5 BIM模型可視化處理

為了方便業(yè)主查看，可以將做好的BIM模型進(jìn)行漫游處理，以第一視角來查看項(xiàng)目。漫游處理可以通過Revit軟件本身完成，也可以借助其他輔助軟件完成，漫游處理軟件很多，本文運(yùn)用Lumion軟件進(jìn)行可視化處理，Lumion的強(qiáng)大就在于它能夠提供優(yōu)秀的圖像，并結(jié)合快速、高效的工作流程，節(jié)省時(shí)間、精力。將Revit模型輸出為FBX格式，然后導(dǎo)入到Lumion中[5]。在Lumion中就可以對(duì)模型按照構(gòu)件類型進(jìn)行編輯，賦予構(gòu)件相應(yīng)的材質(zhì)信息，或是添加一些附屬設(shè)施，對(duì)于軟件中沒有的材質(zhì)，可以進(jìn)行貼圖處理，達(dá)到所需的效果。除了模型本身的構(gòu)件材質(zhì)修改外，還可以對(duì)模型所在的自然環(huán)境或是景觀環(huán)境進(jìn)行修改，完成這些之后就可以進(jìn)行漫游處理。Lumion中的漫游主要是通過從不同角度不同階段對(duì)模型的重點(diǎn)位置進(jìn)行拍照，實(shí)際上就是確定漫游過程經(jīng)過的關(guān)鍵路徑，最后進(jìn)行渲染處理形成漫游效果。

3 結(jié) 語

本文以盧家塆大橋?yàn)槔?，講解了如何運(yùn)用Revit及相關(guān)BIM軟件完成橋梁BIM模型設(shè)計(jì)，以一般步驟講解了Revit的運(yùn)用，為橋梁工程推廣BIM技術(shù)提供了一定的參考。本文獲得的主要研究結(jié)果如下。

1)對(duì)于一般的簡單構(gòu)件運(yùn)用拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、融合等操作就可實(shí)現(xiàn)，對(duì)于復(fù)雜構(gòu)件需要借助輪廓重復(fù)利用拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、融合及空心形狀來實(shí)現(xiàn)。

2)模型的組建與整合類似于“搭積木”的形式完成，按照結(jié)構(gòu)建設(shè)的先后順序依次拼裝完成整體建模。

3)模型的可視化處理實(shí)際上是以第一人稱視角查看項(xiàng)目，更加直觀地展現(xiàn)項(xiàng)目情況，將項(xiàng)目的實(shí)際效果展現(xiàn)出來。

[ID:013613]