基于Revit软件的公路桥梁标准构件库研究

时间：2024-07-28

但晨肖春红

(四川省交通勘察设计研究院有限公司，成都 610017)

引言

根据国家交通运输发展有关规划，西部地区是我国基础设施建设的主战场之一，其建设环境特殊复杂，建设难度极大。实践证明，传统技术手段面对我国特殊自然地理条件下的工程建设难题将遇到巨大挑战。BIM技术为以上行业的问题和挑战提供了全新的解决思路[1]。

目前，交通工程领域尚未有适用于桥梁工程的专业建模软件支撑，主要依托三大软件平台(Autodesk、Bentley、Dassault)提供的通用解决方案。众多学者基于基础建模功能，针对市政、铁路领域的多种结构形式，对桥梁信息模型进行了二次开发和系统研究，以解决软件专业性不足的问题[2-8]。在公路桥梁建设中，标准化的装配式桥梁应用最为广泛，以标准构件库快速创建桥梁的思路十分适合于高速公路常规桥梁标准化设计[9-10]，标准化构件库亟需根据工程实际情况进行统一和完善。

本文基于四川高速公路标准化设计，提出了适用于标准化设计施工的斜交结构桥梁构件创建方法，并使用Revit程序实现了常规桥梁上下部结构标准构件库的创建，适应了行业标准的信息化需求。同时，结合Revit软件提供的应用程序编程接口(API)，以WPF技术框架完成了构件族库辅助插件和管理程序的开发，实现了使用SQLServer数据库对构件族库参数的管理。

1 桥梁BIM构件标准化配置

作为信息模型的基础元素，本文对构件族库的涵盖内容、命名规则、属性信息进行了标准化约定。

1.1 桥梁BIM构件库内容

(1)上部结构

上部结构指的是在线路遇到障碍而中断时，跨越这类障碍的主要承载结构。预制拼装梁式桥具有可以大规模提前预制施工、施工工艺简单等多种优点，能够有效缩短施工工期，保证施工质量及安全。标准化上部构造主要包括：简支T梁、简支小箱梁和湿接缝等。上部结构构件的Revit族类型采用“公制结构框架—梁和支撑”。

(2)下部结构

下部结构指的是支撑桥梁上部结构并将其荷载传递至地基的桥墩、桥台和基础的总称。桥墩桥台型式主要受地形、地质和墩台高度的影响，桥墩族库主要包括圆柱墩、实心方墩及空心薄壁墩等，桥台族库主要包括桩柱式桥台、肋板式桥台及重力式桥台等。每种桥墩桥台族可根据跨径、墩高和地震烈度的变化设置一系列桩柱尺寸不同的族类型。下部结构构件的Revit族类型采用“公制常规模型”。

1.2 桥梁构件命名规则

桥梁构件分为零件、组件及构件三个结构层次。底层模型为“零件层”，层次代码为LTLJ(梁体零件)、QDLJ(桥墩零件)及QTLJ(桥台零件)，是桥梁结构的最基本元素。零件的命名均按照传统设计习惯命名并冠以相关编码，零件命名规则为：“层次代码—编号及零件名称”，例如“LTLJ-01侧墙、QDLJ-04盖梁—矩形”；

“组件层”为零件的嵌套组合，形成具有一定功能的嵌套族，组合按照“层次代码—编号及组件名称”的格式命名，例如“JCZJ-03群桩基础”；

“构件层”为具有完整工程功能的构造物，上部结构按照“层次代码—编号及构件名称”命名，例如“LT-01T梁”；下部结构按照“层次代码—编号及构件名称—基础形式”的格式命名，例如“QT-02重力式桥台—承台桩基”。

1.3 构件参数规则

根据《公路工程设计信息模型应用标准》(JTG/T 2421-2021)的规定，桥梁标准化构件的参数需要包含四种类型信息：标识信息、位置信息、尺寸信息及设计信息。

1.3.1 标识信息

标识信息主要包括分类编码和标识码。

(1)分类编码

根据《公路工程信息模型应用统一标准》(JTG/T 2420-2021)的规定，信息模型需要按照现行《建筑信息模型分类和编码标准》(GB/T 51269)的相关要求扩展执行。分类编码是后续模型应用时识别模型类型的重要标识。

(2)标识码

在要素分类的基础上，用以对某一类数据中某个实体进行唯一标识的代码，以便于按实体进行存贮或对实体进行逐个查询和检索，以弥补分类码的不足。

1.3.2 位置信息

位置信息主要包括构件的相关桩号信息和定位编码。

(1)桩号信息

公路为线性工程，桩号能够准确地描述桥梁构件在道路线形上的区域位置。

(2)定位编码

图1 桥梁构件的唯一标识

1.3.3 尺寸信息

尺寸信息需要包含构件的几何尺寸以及几何信息，桥梁构件参数需要满足以下要求：

(1)结构关键尺寸应参数化，以适应不同标准图和跨径尺寸的要求；

(2)梁体高度、腹板厚度等通用尺寸采用“类型参数”实现，保证相同族类型批量调整参数的便捷性；

(3)梁体长度、梁体横坡等非通用尺寸采用“实例参数”实现，以适应单个族实例对具体参数修改的要求。

1.3.4 相关信息

设计信息需包含构件材质情况和设计编号等能够反映设计意图的相关信息。

(1)材质参数

天脊集团明确规定：对于各种不可预测的重大变化或各类突发事故和事件，一旦发生，责任单位必须第一时间汇报调度指挥中心，启动相应的应急响应程序，及时制定有效措施，加快对重大变化的跟踪落实与处理，实现变化的有效控制，并及时汇报进展情况，以便科学决策与精准指挥。

表达各零件的材质类型，材质参数命名以“构件名称_材料”的格式命名。

(2)设计编号

由于各设计院、设计人员的设计习惯并不一致，桥梁各构件编号形式较多，但为便于构件的后续利用，定位参数需要保证唯一性，故预留设计编号参数，与设计文件保持一致。

图2 Revit放样融合命令使用方法

2 桥梁构件的创建方法

2.1 三维模型的制作思路

本文通过对多个高速公路项目的通用图研究可知，桥梁结构大部分构件为线性构件，构件断面较为复杂，而构件轴线较为简单。在Revit基本建模方式中(如图2所示)，放样和放样融合两种方法可以采用导线方式建模，但放样无法实现截面变化，而放样融合使用轮廓族来表征所需形状，可以将轮廓也进行参数化，以提高截面重用率，因此选择放样融合实现桥梁构件标准化的几何表达。

2.2 斜交结构的几何控制要点

与建筑结构项目相比，桥梁结构需要支持结构斜交来适应桥梁轴线与其跨越河流或道路不相垂直的情况，同时也需要考虑结构横坡来适应道路横坡。在桥梁构建中，背墙、耳墙和侧墙等构件需要考虑设置背墙前仰后倾以适应纵坡，因此桥梁构件需要实现多个维度的形状变化，分别是：结构尺寸，斜交角度，路线纵坡及结构横坡。

(1)结构尺寸参数化

为了兼顾结构安全和桥梁经济性，桥梁构件的几何尺寸会依据受力情况进行优化，而几何尺寸大多是沿构件轴线方向变化，并且不同设计企业通用图轮廓尺寸也存在差异，因此对构件断面参数化程度的要求较高。以T梁为例，梁体断面所有尺寸均可以通过参数调整，如图3所示。

(2)结构横坡的实现

为了适应路面横坡，下部结构大多采用与路面同坡的设计思路。结构体左侧截面与右侧截面存在相对高差，高差值为结构体宽度与横坡的乘积，而放样融合中，可以通过控制融合体两侧轮廓的垂直轮廓偏移值来实现，如图4所示。

图3 横断面尺寸参数化

图4 结构体横坡的实现

(3)结构斜交的实现

斜交结构会造成结构两侧断面在顺桥向有里程差，里程差值为结构体宽度与斜交角度余弦的乘积，而放样融合中，可以通过控制融合体两侧轮廓的水平轮廓偏移值来实现，如图5所示。

图5 结构体斜交的实现

(4)路线纵坡的实现

图6 背墙前倾后仰的实现

道路纵坡对构造的影响主要体现在下部结构桥台背墙上，为了保证桥台背墙不与设置了纵坡的上部结构相互干扰，桥台背墙需要背墙倾角，侧墙、耳墙、搭板等也因此产生变形。背墙倾角需要对背墙轮廓本身进行参数化设置；背墙轮廓由多个角点控制，分别计算角点坐标，通过参数约束参照平面位置，控制角点位置，最终约束轮廓线，形成轮廓族，实现前倾角度，如图6所示。

桥梁构件均可通过综合利用以上四个基本实现方法进行创建。按照BIM构件族库需求，创建所有桥梁零件并通过嵌套族的方式在族环境下将所有零件进行组装，并将嵌套族参数与子族参数进行关联绑定，最终实现具有完整功能的桥梁构件族。

2.3 构件族库创建辅助插件

在桥梁构件的制作中，存在对于大量模型参数、参数公式的批量化修改需求，本文根据Revit提供的API(Application Programming Interface，应用程序接口)，结合WPF框架依托C#语言进行Revit二次开发，形成构件族库创建辅助功能插件(如图7所示)，简化了构件族库的制作过程。

图7 族库创建辅助功能插件