BIM参数化建模技术在互通立交桥工程设计中的应用

王 凯

（内蒙古建筑职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010070）

0 引言

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）是应用于工程设计、施工及运维的一项新技术，是以工程项目各相关信息为基础建立的参数化模型，并应用在项目全生命周期过程中。目前BIM在美国、欧洲、日、韩、新加坡等国家的发展和应用都达到了一定水平。在国内，在房建、水运、公路和铁路等领域已逐步开展了BIM技术的研究与应用，但是，在具体工程建设过程中的应用深度还不够，导致BIM的价值难以得到有效地体现[1]。

互通立交作为公路工程建设中的重要组成部分，是公路设计和施工中难度和复杂程度最高的部分。互通立交路线线形基本上以圆曲线和缓和曲线为主，线形复杂多变、出入口多，超高、坡度变化复杂，道路和桥梁交替出现。由于传统二维图纸的缺陷，无法避免地会产生错碰漏缺的情况，借助于BIM技术能够有效优化和提升互通立交在设计、施工管理、交通组织设计等方面的效率，然而快速、准确地创建三维模型一直是工程技术人员利用BIM技术的障碍[3]。本文以三环互通立交桥为案例，借助Revit、Civil3D、Dynamo等软件进行BIM参数化建模技术的研究与应用。

1 参数化建模技术路线

近几年，随着BIM技术的快速发展，BIM与参数化的概念越来越多地被人们所熟悉，工程建设行业的各参与方都在追求高效、准确、可行的建模方法，以满足BIM模型在各阶段的应用。

参数化就是指通过数值、公式或逻辑语言来改变对象属性，实现对象的可控变化，通过参数化建模，可以大大地提高建模速度与精度，同时给模型批量添加各种相关信息[2]。

参数化建模拟采取的技术路线（见图1）如下：

图1 拟采取的技术路线

（1）分析工程建模难点，整理图纸、数据，恢复并整理互通立交的平面、纵断面线形数据。

（2）根据桥梁图纸创建参数化族，其中包括参数化的轮廓族、箱梁族、桥墩族等。

（3）通过可视化编程插件Dynamo，根据整理数据在Revit中创建桥梁构件并添加信息。

（4）最后将模型、地形、卫片等构件在Navisworks和Infraworks中进行整合、展示。

2 工程概况

本文依托的三环互通立交工程为内蒙古呼和浩特市新机场高速与三环快速路枢纽立交，总体布设三层，包括：主线MR和三环快速路CR及A、B、C、D、E、F、G、H 8条匝道和桥下辅路，如图2所示。

图2 三环互通立交位置图

三环互通立交桥梁上部结构由钢筋混凝土顶板、底板、腹板和混凝土挡墙及桥面部分组成，图3为依据B匝道主梁横断面图创建的B匝道主梁模型。

图3 B匝道主梁模型图

桥梁下部结构由钻孔灌注桩、钢筋混凝土承台、钢筋混凝土桥墩组成。图4为依据桥梁下部结构一般构造图创建的三维模型。

图4 下部结构模型

为达到参数化建模的要求，需按结构的组成分类进行模型的拆分，将桥梁上、下部结构拆分为三个层级的组成构件，如表1所示。

表1 模型拆分

3 参数化单元族的创建

在创建参数化单元族时，首先进行如下设置：创建共享参数并在创建模型时使用；在族的属性栏设置勾选，即工作平面和共享两个选项。

（1）桩基的创建：用公制常规模型族样板创建桩基族，指定族类别为公制结构基础，并添加桩的共享参数信息，材质参数使用类型参数，其余参数均使用实例参数，桩基主要参数为：桩长L、桩径D、桩材质M、桩类型等。

（2）承台的创建：用公制结构基础创建承台族。并添加承台的共享参数信息，材质参数使用类型参数，其余参数均使用实例参数，承台主要参数为：承台长度L、承台宽度B、承台高度H、承台材质M、承台类型等。

（3）桥墩的创建：该项目的桥墩有20种不同的类型，以其中一种为例进行说明，其余桥墩的创建方法相同。对于异型的桥墩采用自适应公制常规模型创建桥墩族，并添加桥墩的共享参数信息，桥墩主要参数为：墩总高度H、墩截面A、墩截面B、墩渐变段高度h、桥墩类型等。

（4）箱梁轮廓的创建：用自适应公制常规模型创建箱梁轮廓族，箱梁轮廓主要参数为：顶板厚D、底板厚D、箱梁高H、翼缘板边厚D等。

4 结构构件的拼装

将创建好的箱梁轮廓族载入到新建的自适应公制常规模型中，通过Dynamo软件读取箱梁的路线信息，并驱动参数化轮廓族进行箱梁实体的创建，该项目有多种形式的箱梁结构，图5为创建、拼装完成的一段一箱两室箱梁族。

图5 箱梁族结构

上部结构按照路线的平、纵、横数据创建完成，因此无需调整箱梁坐标位置，按项目原点放置即可。下部结构构件的拼装，使用自适应公制常规模型族样板创建，完成单个桥墩的拼装，如图6所示。

图6 桥梁下部结构拼装

该项目共计20种桥墩类型，按照设计图纸要求将创建好的参数化族进行逐一拼装，其余同类型的下部结构仅需修改参数即可，创建的族和需要修改的参数见表2。

表2 桥墩类型及参数

完成单个桥墩的创建，最后通过Dynamo程序统一放置结构构件并修改族参数，如图7所示。

图7 族参数修改

5 工程应用效果

将该项目BIM模型与卫星影像进行整合后渲染，得三环互通渲染图，见图8所示。

图8 三环互通渲染图

在三环互通立交项目中，传统二维设计图纸参数化程度低，当工程变更时对模型的修改费时费力，不利于模型后期的应用和施工进度的推进。且二维图纸表达内容有限，细度不够，可视化程度较低，不利于工人对构件的加工和安装。

可视化的三维BIM模型，配合上影像能够精确表达桥梁的地理位置和几何特征，对任意复杂造型均能准确表现，且可以将复杂的构造节点全方位表达，BIM+GIS技术深度融合实现真实环境模拟，对施工过程具有很好的指导价值，有利于提高施工速度和质量。

6 结束语

本文以三环互通立交桥为案例，借助Revit、Civil3D、Dynamo等软件进行BIM参数化建模技术的研究与应用，最后所得三环互通渲染图充分展示了把BIM技术与GIS技术深度融合获得的效果。本课题积累了桥梁参数化建模经验，对以后同类桥梁项目的BIM模型创建提供了很好的参考价值。