BIM的參數(shù)建模是BIM技術(shù)中關(guān)鍵部分。本文介紹了結(jié)合路線專家系統(tǒng)，通過二次開發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)。能滿足當(dāng)前依托項(xiàng)目需求且能進(jìn)行后期擴(kuò)展的橋梁參數(shù)化建模。該研發(fā)同時(shí)能在一定程度上與設(shè)計(jì)軟件數(shù)據(jù)互通，為將來橋梁BIM正向設(shè)計(jì)提供了思路并打下了基礎(chǔ)。

BIM的參數(shù)建模

橋梁工程是交通領(lǐng)域中重要的節(jié)點(diǎn)工程，不僅是國家重要的基礎(chǔ)工程，也是民心工程。隨著時(shí)代的發(fā)展，國家對(duì)橋梁的質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等方面提出了更高的要求，而二維圖紙的表達(dá)設(shè)計(jì)方式也逐漸暴露出了以下幾個(gè)問題：

1.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之間沒有約束，各專業(yè)間甚至專業(yè)內(nèi)部圖紙中常出現(xiàn)自相矛盾的情況；

2.設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維間數(shù)據(jù)的傳遞需要依靠人閱讀圖紙并重新填寫數(shù)據(jù)，增加了大量工作，同時(shí)增加錯(cuò)漏的風(fēng)險(xiǎn)，造成資源的浪費(fèi)；

3.計(jì)算機(jī)無法理解圖紙，為今后自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展帶來了阻礙。

近幾年來，隨著BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用及帶動(dòng)，在土木交通行業(yè)中也得到了飛速的發(fā)展。BIM技術(shù)通過建立數(shù)字化的BIM參數(shù)模型，將與項(xiàng)目相關(guān)的大量信息轉(zhuǎn)存到參數(shù)模型中，從而服務(wù)于建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、 施工、運(yùn)維等整個(gè)生命周期。BIM 的優(yōu)勢(shì)很突出，采用BIM技術(shù)，將會(huì)提高生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)質(zhì)量、節(jié)約建筑成本、縮短工期。

由此可見，BIM技術(shù)的應(yīng)用顯得必要且迫切，運(yùn)用BIM建模軟件建立參數(shù)化橋梁BIM模型，是基于信息模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為橋梁全生命周期服務(wù)，為參與橋梁建設(shè)各方提供信息化交流平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)建設(shè)對(duì)象可視化、施工進(jìn)度控制動(dòng)態(tài)化、信息數(shù)據(jù)采集智能化提供技術(shù)支持，BIM的參數(shù)建模是BIM技術(shù)中的關(guān)鍵部分。

橋梁具有結(jié)構(gòu)特殊、類型較為固定，但數(shù)量眾多且空間要求高的特點(diǎn)。項(xiàng)目初期創(chuàng)建模型工作量巨大。采取手工建模的方式去創(chuàng)建模型往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間。同時(shí)，模型一旦創(chuàng)建將很難修改，當(dāng)設(shè)計(jì)出現(xiàn)變更時(shí)，需要進(jìn)一步花費(fèi)大量時(shí)間修改模型。另一方面，直接建模對(duì)信息化的發(fā)展相當(dāng)不利。直接創(chuàng)建的模型并不包含完整的設(shè)計(jì)信息，為了保證模型能順利進(jìn)行后續(xù)的BIM應(yīng)用，還需要手工將模型與設(shè)計(jì)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這無疑對(duì)BIM技術(shù)的發(fā)展形成極大的阻礙。

參數(shù)化是BIM核心思想之一，也是橋梁設(shè)計(jì)的重要趨勢(shì)。參數(shù)化提供了針對(duì)BIM設(shè)計(jì)與模型維護(hù)優(yōu)秀的解決方案，為BIM模型的創(chuàng)建與維護(hù)提高了效率。通過參數(shù)化，可讓建模如積木的拼裝一般。同時(shí)，保證了模型中數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)的一致性，方便后期對(duì)模型的整體控制。

ABD應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著近幾年國內(nèi)各單位的應(yīng)用和探索及各大BIM軟件廠商的支持，業(yè)內(nèi)對(duì)橋梁參數(shù)化建模的方法做出了大量嘗試。目前，國內(nèi)行業(yè)中最主流的橋梁建模還是基于 Autodesk、Bentley、Dassault三大平臺(tái)，簡稱 ABD。

在A平臺(tái)中，常見的做法是revit族+Dynamo的方式進(jìn)行參數(shù)化建模。將預(yù)制梁、蓋梁、墩身、承臺(tái)等結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的族，并利用Dynamo可視化編程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)批量建立相應(yīng)的構(gòu)件，并進(jìn)行組裝。這一方法在大量項(xiàng)目實(shí)踐中，可以快速有效地滿足部分建模需求，但仍存在一些不足：

1.Revit為建筑軟件，族的定制并不能滿足交通行業(yè)的需求，導(dǎo)致構(gòu)件僅僅細(xì)微的改變需重新建立族，而橋梁中常見的情況是各類型構(gòu)件進(jìn)行組合，因此幾乎無法涉及所有排列組合的橋梁類型。

2.Revit本身不支持交通行業(yè)常用的多位數(shù)坐標(biāo)，當(dāng)坐標(biāo)為6位術(shù)后，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)溢出，造成模型錯(cuò)誤。

3.Dynamo中程序不易維護(hù)且難以形成系統(tǒng)。

在B平臺(tái)中，主要利用OBM（Open Bridge Modeler）進(jìn)行參數(shù)化建模。OBM是完全針對(duì)橋梁建模的一款軟件，此款軟件可以基于路線直接布置橋梁的上下部模型，也有內(nèi)置的上下部的模型構(gòu)件庫，但由于OBM并非針對(duì)國內(nèi)使用習(xí)慣設(shè)計(jì)，在橋梁建模上出現(xiàn)了很多問題。比如不支持斜交、變寬等情況。同時(shí)，無法批量進(jìn)行建模也極大降低了效率等。

CATIA建立橋梁模型時(shí)，主要是通過建立組成橋梁各個(gè)構(gòu)件的參數(shù)化構(gòu)件庫，然后通過骨架將所有構(gòu)件關(guān)聯(lián)到骨架之上，并同時(shí)帶有參數(shù)化的關(guān)聯(lián)關(guān)系。但利用CATIA自身建立橋梁模型工作量巨大。

綜上，由于國內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)工作方法、業(yè)務(wù)邏輯與國外具體情況存在差異，市場(chǎng)上現(xiàn)有的BIM軟件在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中均表現(xiàn)出水土不服。

JSL-路線專家系統(tǒng)是汲取中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司豐富的道路勘察設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在多年道路軟件開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，融合國內(nèi)外同類軟件的優(yōu)點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)、專業(yè)架構(gòu)，傾力打造的新一代路線設(shè)計(jì)系統(tǒng)。本文依托項(xiàng)目通過在路線專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上延伸開發(fā)，實(shí)現(xiàn)BIM橋梁的參數(shù)化建模。

軟件開發(fā)

明確需求，制定整體架構(gòu)

通過分析，確定了以下需求：

1.能同時(shí)讀取本院自主研發(fā)的橋梁專家系統(tǒng)生成的橋梁數(shù)據(jù)文件和手工填寫的參數(shù)表（原則上建議使用第一種方式，當(dāng)僅有紙質(zhì)圖紙時(shí)采取第二種方式）。

2.能快速簡便地對(duì)橋梁上下構(gòu)形式進(jìn)行擴(kuò)展。

3.預(yù)留出中間過程的數(shù)據(jù)接口，為將來的數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)支持。

通過分析需求，設(shè)計(jì)了如圖所示的基本框架。程序大致分為3個(gè)部分：

● 為保證支持多種形式的數(shù)據(jù)輸入類型，需在程序內(nèi)部定義一套參數(shù)格式。對(duì)應(yīng)不同的參數(shù)輸入類型需要單獨(dú)編寫一套解析方法，將輸入的參數(shù)解析為統(tǒng)一的格式；

● 通過參數(shù)建立橋梁樹形構(gòu)件節(jié)點(diǎn)，并為每個(gè)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)賦值；

● 為節(jié)點(diǎn)分配Guid，通過核心算法得到構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的幾何位置信息及其他信息（其他信息包括構(gòu)件類型，編號(hào)等），并由Guid進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

整體結(jié)構(gòu)

確定橋梁通用結(jié)構(gòu)

首先需要定義一個(gè)節(jié)點(diǎn)類作為所有對(duì)象的基類，如圖所示。從節(jié)點(diǎn)類中繼承出路線、橋梁、上構(gòu)、下構(gòu)等對(duì)象，由于上下構(gòu)具有多種形式，將上構(gòu)、下構(gòu)定義為抽象類。構(gòu)建出基本的樹形結(jié)構(gòu)。對(duì)應(yīng)不同的橋梁類型需在節(jié)點(diǎn)下做不同的擴(kuò)展。

確定依托項(xiàng)目中主要橋梁類型

整理依托項(xiàng)目中出現(xiàn)較多的上下構(gòu)類型，結(jié)合中交二院編制的公路工程項(xiàng)目級(jí)BIM標(biāo)準(zhǔn)，提煉并分類各參數(shù)。如，T梁提煉出梁高、邊梁寬、中梁寬、梁端馬蹄高、跨中馬蹄高等約30個(gè)參數(shù)，圓柱墩從蓋梁、墊石擋塊、墩柱、系梁、承臺(tái)、樁基幾個(gè)方面提煉出共約60個(gè)參數(shù)。

單個(gè)節(jié)點(diǎn)及繼承關(guān)系

編寫構(gòu)件

根據(jù)整理出來的橋梁類型及相關(guān)參數(shù)，編寫相應(yīng)構(gòu)件。對(duì)應(yīng)的部分需要繼承對(duì)應(yīng)的類并編寫對(duì)應(yīng)構(gòu)件，以圓柱墩為例，如圖所示。圓柱墩為繼承橋墩得到的節(jié)點(diǎn)，在圓柱墩節(jié)點(diǎn)中繼續(xù)生長出其他構(gòu)件，每個(gè)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)單獨(dú)管理相應(yīng)的部分，但最終由圓柱墩節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一管理。最終能按照所填參數(shù)生成包含設(shè)計(jì)信息的BIM模型。

封裝及測(cè)試

將代碼封裝并對(duì)各種功能進(jìn)行測(cè)試，對(duì)出現(xiàn)的bug進(jìn)行調(diào)試并修改，完善代碼。

項(xiàng)目實(shí)踐

依托工程

北京至雄安新區(qū)高速公路河北段KCSJ1標(biāo)段是新區(qū)“四縱三橫”區(qū)域高速公路網(wǎng)的“中軸線”，是連接北京城區(qū)和雄安新區(qū)最便捷的高速通道，全長58.854公里，橋梁比例35.967%，途經(jīng)固安縣、高碑店市、白溝新城、容城縣。

圓柱墩基本結(jié)構(gòu)

該項(xiàng)目擬利用BIM的數(shù)字化設(shè)計(jì)成果，再結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)期即將采用的建設(shè)管理系統(tǒng)，考慮實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)共享傳遞，需要保證BIM模型與屬性相關(guān)聯(lián)。同時(shí)可以與圖紙進(jìn)行關(guān)聯(lián)，達(dá)到建設(shè)管理系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)在BIM模型上直觀地呈現(xiàn)出來，最終實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)的建設(shè)管理。

建成的模型

具體實(shí)踐

在本項(xiàng)目中，二院承接的標(biāo)段包含大中小橋116座，墩臺(tái)總數(shù)高達(dá)1907個(gè)，其中特大橋5座。使用傳統(tǒng)的方式需要花費(fèi)大量的時(shí)間。由于本項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果為PDF圖紙，因此主要采取填寫excel表格的方式輸入?yún)?shù)。將Excel表格填寫完成后，只需在路線專家系統(tǒng)中選擇對(duì)應(yīng)路線及參數(shù)表即可生成橋梁模型。對(duì)比以往類似工作， 1~2月的工作可在兩周內(nèi)完成，極大地提高了工作效率。

通過參數(shù)化的方式進(jìn)行模型的創(chuàng)建，符合信息化的需求，保證設(shè)計(jì)資料以數(shù)字的方式進(jìn)行傳遞，方便對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行讀取并進(jìn)行分析。同時(shí)有利于快速生成設(shè)計(jì)方案的三維模型，可以預(yù)見設(shè)計(jì)中可能存在的問題，方便設(shè)計(jì)方案的對(duì)比與選取。當(dāng)下，可以極大地降低設(shè)計(jì)人員的建模負(fù)擔(dān)，提高建模效率，使其能真正地專注于設(shè)計(jì)過程。長遠(yuǎn)地看，可以與橋梁設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，完成橋梁BIM正向設(shè)計(jì)。

開發(fā)參數(shù)化建模軟件極大地提高了橋梁BIM的建模效率，同時(shí)為橋梁BIM正向設(shè)計(jì)提供了思路及技術(shù)積累。