基于复杂桥型的Revit模型与ANSYS有限元模型数据交互研究

李强强 雷天奇

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714099）

0 引言

Autodesk Revit 作为BIM 建模核心应用软件之一，被广泛应用于各种大型项目设计与施工当中。但Revit 仅局限于模型的创建，并不能满足结构力学分析的需求。如何实现Revit 建模软件与大型通用有限元结构分析软件ANSYS 之间的数据交互，一直是业内研究的热点。本文以复杂桥型波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁桥为实例，完成该类桥型Revit模型转换成ANSYS结构几何模型的研究。

1 Revit建模软件与ANSYS有限元软件数据交互研究进展

Revit模型集所有构件的物理、功能等参数信息于一体，既能满足工程图纸的输出、工程量统计等应用，又可与其它软件协同完成4D 施工模拟等[1]。这在很大程度上提高了桥梁复杂工程项目的施工质量和效率。但目前Revit 主要用于结构三维模型的创建，为项目各参与方提供一个协同工作交流的平台，但却无法实现对各种桥梁结构的受力分析。因此，仍需借助于大型通用有限元软件ANSYS等来进行结构的受力分析与求解，以确保结构的安全使用。

但是当下的ANSYS软件与核心建模软件Revit的部分转换程序都是通过IFC文件来实现的[2]，通过该方法实现数据转换的功能会产生一些冗余信息，同时在进行材料参数赋予时较为困难，每当录入模型时还需要对其进行修改，较为繁琐。

随着BIM 技术的推广与应用，Autodesk公司在Revit 建模软件中逐渐完善Revit API 功能，通过该功能，业内人士可以根据自身需要通过各类编程语言进行二次开发制定插件，对Revit 功能区进行拓展与补充，从而实现自身所需功能[3]。于鑫等[4]通过二次开发，制定可根据CAD 配筋图自动读取钢筋配筋信息的插件，从而实现三维钢筋算量。姚翔川等[5]通过Revit API 技术C#语言，实现了可将Revit 模型转换成ANSYS 及FLAC数值计算模型的程序，并通过基坑模型实例验证了该程序的正确性与可行性。宋杰等[6]基于Revit 及Revit API 技术，使用C#语言进行二次开发，实现了Reivt 模型到ANSYS 分析模型的直接转换，最后通过某建筑模型对模型转换程序的正确性进行了验证。陈述等[10]使用Revit API 技术对结构模型的几何、属性、材质等信息进行过滤，将过滤出的信息编译成ANSYS 命令流文件，从而实现有限元分析软件ANSYS与Revit建模软件的数据转换，并通过某船闸工程对其方法进行了验证。

综上所述，虽然前人已对有限元力学分析软件ANSYS 和核心建模软件Revit 之间模型转换程序做过一些研究，但他们的程序都具有针对性，分别以岩土领域的基坑模型、房屋建筑领域的建筑模型、水运工程领域的船闸闸室主体结构模型来验证他们程序或方法的正确性与可行性。但是对于桥梁领域的异型复杂结构，其程序或方法还存在一定缺陷，因此本文将基于Revit 2019 及Revit API 技术，在Visual Studio 2019 中使用C#编程语言进行二次开发，初步研究探索了可将在Revit 建模软件中创建的桥梁三维模型转换成ANSYS 有限元分析计算几何结构模型程序的编制，并以复杂桥型波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁桥为实例，完成了该类桥型Revit 模型转换成ANSYS 结构几何模型的研究。为桥梁领域BIM建模与ANSYS有限元力学分析之间的数据共享的研究提供一定借鉴与参考。

2 Revit软件与ANSYS软件间的数据交互

2.1 二次开发环境及流程

本文以核心建模软件Revit 2018 作为开发平台，以Microsoft Visual Studio 2019 作为开发环境，以Microsoft.NET Framework 4.5.2 为开发的目标框架，选用使用广泛的编程语言C#,作为二次开发的开发语言，进行二次开发相关插件程序代码的编写。模型转换程序二次开发具体流程如图1所示。

图1 转换程序开发流程

2.2 创建波形腹板钢箱-混凝土组合梁BIM模型

通过应用Revit 软件中已经开发完成的波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁桥快速建模板块，调用波形钢腹板组合箱梁桥选项卡页、上部结构面板、下部结构面板、附属设施面板、其他构件面板以及各个面板中所有按钮控件的相关代码程序，以外部命令的方式实现单击控件按钮建立带有任务提示对话框的波形钢腹板组合箱梁桥的各个组成构件，建立波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁桥的各标准组成构件，并通过Revit 软件中的阵列工具、UV 网格划分工具等对桥梁模型进行网格划分，建立波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁桥Revit 几何模型，如图2所示。

图2 波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁Revit模型

2.3 数据交互代码编写及运行

在Visual Studio 2019 中新建波形钢腹板组合箱梁桥转ANSYS 类库文件，并将文件中的复制属性改为False，防止在加载运行程序时生成过多的无用文件。为便于在Revit 二次开发中调用开发所需的相关函数与方法，需提前引用一些命名空间或者类库，从而提高二次开发的工作效率与插件程序的准确性。

在Visual Studio 2019 中，使用C#语言，完成可提取波形腹板钢箱-混凝土组合梁Revit 模型几何参数等信息的程序以及可将提取信息输出为ANSYS 可识别的APDL命令流的窗口程序的编写和编译，生成波形钢腹板组合箱梁桥转ANSYS.dll文件，并以手动方式编写与之相应的ADDIN 文件，将波形钢腹板组合箱梁桥转ANSYS.dll 文件和ADDIN 文件存储于Revit 2018 指定路径下。

利用Revit2018 软件中附加模块的外部加载工具AddinManager 加载插件，加载已经生成的波形钢腹板组合箱梁桥转ANSYS.dll 文件，生成波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁的几何信息命令流文本文件，最后使用ANSYS 软件，运行该命令流，便可生成波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁的几何模型，通过施加边界条件、赋予材质、添加刚域等，完成波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁有限元模型的创建。

3 模型验证分析

为了验证波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁几何模型转ANSYS的正确性，对建立的有限元模型波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁在简支条件下进行自振特性分析（见表1），并将有限元分析结果与文献[9-12]中的SFBOX程序结果和文献[12]中理论公式结果进行了对比（见表2）。有限元模型前5阶振型图如图3所示。

表1 ANSYS分析的前5阶自振频率

表2 不同方法所求波形钢腹板钢箱-混凝土组合简支梁竖向弯曲自振频率对比（单位：Hz）

图3 前5阶振型图

从表1可以看出：波形钢腹板钢箱-混凝土组合简支梁的一阶竖向弯曲振动、二阶竖向弯曲振动和三阶竖向弯曲振动依次出现在第一阶、三阶和五阶振型，一阶扭转振动出现在第四阶振型。从表2可以看出，本文所建立的ANSYS有限元模型的计算结果与文献[8]和文献[12]所提理论的计算结果吻合较好，本文结果与文献[8]SFBOX程序计算结果的误差在9.30%以内，与文献[12]中理论公式计算结果的误差在9.75%以内，验证了本文所建立的有限元模型的正确性，即验证了波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁Revit模型转ANSYS程序的正确性与合理性。

4 结束语

（1）利用Visual Studio 2019 及C#编程语言完成了波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁Revit几何模型转ANSYS 的插件几何模型信息提取程序以及文本命令流窗口导出程序的编写。通过波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁导出的命令流文本文件及材质赋予、施加边界条件等，在ANSYS中建立波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁的有限元模型。通过与已有论文在简支条件下模态分析相关数值进行对比，验证了该转换程序的正确性。

（2）波形钢腹板钢箱-混凝土组合梁Revit 模型转ANSYS有限元几何模型插件程序不仅适用于波形钢腹板组合箱梁桥这类结构的数据转换，也适用于大部分其它桥梁结构在Revit软件与ANSYS之间的数据转换，可为BIM核心建模软件Revit与桥梁领域有限元分析软件之间在力学分析方面实现耦合提供一定的借鉴与参考。

（3）本文的研究成果只适用于波形钢腹板钢箱-混凝土组合箱梁桥Revit三维几何模型与大型通用有限元软件ANSYS 几何模型之间的数据转换，对于模型力学分析所需边界条件、材质赋予、刚域等在该程序中并没有实现，仍需进一步探索与研究。