1、Word文檔 開(kāi)放式BIM讓橋梁模型可復(fù)制 目前，為航空航天和機(jī)械工程師開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)單軟件解決方案，還未被土木工程師充分利用。在標(biāo)準(zhǔn)化的橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)參數(shù)化建模的解決方案，可以提高利用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目規(guī)劃的速度和質(zhì)量。 本文展現(xiàn)了如何創(chuàng)建參數(shù)化、自適應(yīng)的橋梁模型，并將其與當(dāng)前的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了比較。其目的是創(chuàng)建一個(gè)可多次用作模板的BIM模型，而不是為每個(gè)建設(shè)項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)新的橋梁模型。這種方法對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)化的橋梁設(shè)計(jì)尤其可行，由于這類(lèi)橋梁的布置只在細(xì)節(jié)上有所變化，因此只需要較少的參數(shù)變化就可以完成設(shè)計(jì)。全參數(shù)化與自更新文檔相結(jié)合，可以快速分析和比較不同的設(shè)計(jì)方法。因此，可以將其用到更多的方面，以找

2、到滿意設(shè)計(jì)要求的最佳方案。 更快捷的初步設(shè)計(jì) 大路橋梁進(jìn)行參數(shù)化自適應(yīng)設(shè)計(jì)背后的核心思路，是為非特定項(xiàng)目而創(chuàng)建模型，并且可以作為同類(lèi)型橋梁設(shè)計(jì)模型的模板，只需要轉(zhuǎn)變相應(yīng)的參數(shù)就可以適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)要求。 在使用模板之后，初步設(shè)計(jì)模型就可以直接使用了。它包含諸如表格、分析和繪圖等鏈接文檔。全部這些都從主模型中提取信息，從而可以進(jìn)行更新和更改。為用戶(hù)供應(yīng)實(shí)時(shí)的反饋，并告知他們轉(zhuǎn)變參數(shù)將會(huì)如何影響橋梁的外觀、建設(shè)成本和可持續(xù)性。 圖1 如何在初步設(shè)計(jì)中采納新的BIM流程，并將其應(yīng)用到組合橋梁的模板模型中是本文討論的重點(diǎn)。圖1為一個(gè)在實(shí)際工程中使用相關(guān)建模應(yīng)用程序的效果示例。其目的是建立一個(gè)參數(shù)化、自適

3、應(yīng)的橋梁模型，該模型具有最大程度的預(yù)定義屬性，可作為模板用于多個(gè)項(xiàng)目，并能夠依據(jù)不同的橋位條件做準(zhǔn)時(shí)的調(diào)整。該模型中還包括了橋梁的結(jié)構(gòu)分析及其他文件(草稿、表格等)。與模型相關(guān)的全部文檔都會(huì)自動(dòng)適應(yīng)參數(shù)的變化而進(jìn)行更新。參數(shù)也可以很簡(jiǎn)單地修改以適應(yīng)項(xiàng)目的需求，從而使初步設(shè)計(jì)過(guò)程更便捷、更快速、更少出錯(cuò)。在圖形用戶(hù)界面中使用自定義參數(shù)后，用戶(hù)可以處理結(jié)果模型，并進(jìn)行自定義參數(shù)的修改。圖2中展現(xiàn)了一個(gè)參數(shù)化定義的兩跨橋梁，在被布置到一段高速大路上時(shí)，可以依據(jù)地形條件自動(dòng)調(diào)整橋跨布置。 圖2 對(duì)使用參數(shù)化、自適應(yīng)的橋梁設(shè)計(jì)方法與目前的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行比較，發(fā)覺(jué)了使用參數(shù)化、自適應(yīng)、隱式幾何描述的橋梁設(shè)計(jì)

4、方法的優(yōu)缺點(diǎn)。例如，隱式幾何描述將結(jié)構(gòu)對(duì)象的全部信息保存在分層結(jié)構(gòu)歷史記錄中。與大多數(shù)BIM系統(tǒng)不同的是，該方法使用的是明確的或混合的幾何描述，只保留最終的幾何屬性。簡(jiǎn)單的CAD軟件供應(yīng)的隱式幾何描述是創(chuàng)建橋梁模板模型，隨后進(jìn)行個(gè)別修改及具體說(shuō)明的必要條件。 創(chuàng)建一個(gè)可以用作模板的模型，首先會(huì)導(dǎo)致更高的工作負(fù)荷。然而，使用參數(shù)自適應(yīng)的橋梁模型，當(dāng)需要重復(fù)使用時(shí)就顯示出了巨大的潛力，為后續(xù)的使用節(jié)約了時(shí)間、削減了錯(cuò)誤。這使其成為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化橋梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效選擇，但由于其應(yīng)用范圍有限，不能用于個(gè)別特別橋梁的設(shè)計(jì)。總體而言，接下來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)化橋梁的設(shè)計(jì)可以通過(guò)應(yīng)用BIM，來(lái)滿意當(dāng)今對(duì)更快、更便捷的設(shè)計(jì)

5、流程的需求，并解決當(dāng)前在初步設(shè)計(jì)階段工作量增加的問(wèn)題。自適應(yīng)的BIM模型可以削減橋梁的規(guī)劃時(shí)間，為下一步的規(guī)劃過(guò)程做預(yù)備。因此，利用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)不再需要大量的設(shè)計(jì)人員。此外，使用模板模型還可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。由于預(yù)先安排的結(jié)構(gòu)屬性、參數(shù)邊界、自動(dòng)分析文檔和設(shè)計(jì)警告，可以削減設(shè)計(jì)過(guò)程中消失錯(cuò)誤的概率。 模板驅(qū)動(dòng)建模的要求 對(duì)于橋梁這種受路線、地形約束限制的基礎(chǔ)設(shè)施，選擇自上而下的建模方法明顯是非常有利的，由于大多數(shù)構(gòu)件需要在空間對(duì)齊，并由外部約束，例如交叉路線或已構(gòu)建的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行固定。 在初步設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)不太具體的模型可以更簡(jiǎn)單地適應(yīng)不同的地形條件，并調(diào)整外形以適應(yīng)不同的要求。因此，在定位

6、和外形擬合方面需要有很強(qiáng)的敏捷性。同時(shí)，與此相關(guān)的信息，例如技術(shù)規(guī)范、圖紙、結(jié)構(gòu)分析、工程量統(tǒng)計(jì)、概預(yù)算、施工進(jìn)度表和可持續(xù)性，可以直接來(lái)自模型的屬性。 隱式CAD的自適應(yīng)力量 對(duì)模型的更改主要在于掌握組件，掌握組件應(yīng)包含在初步設(shè)計(jì)中需要調(diào)整的全部相關(guān)參數(shù)和特征。其他重新加載的對(duì)象會(huì)自動(dòng)適應(yīng)由關(guān)聯(lián)效應(yīng)引起的變更。但應(yīng)防止雙向關(guān)聯(lián)，由于這樣會(huì)導(dǎo)致加載時(shí)間的增加和幾何圖形的過(guò)時(shí)。 然而，在整個(gè)建模過(guò)程中修改相關(guān)幾何外形時(shí)，這種可以自動(dòng)適應(yīng)特別邊界條件的屬性也具備高度的敏捷性。為此，需要簡(jiǎn)單的隱式幾何建模技術(shù)，即使在初步的模板模型建完后，這些技術(shù)仍舊具有完整的參數(shù)和特性。 模板驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 該模板包含一

7、組相關(guān)的參數(shù)和特征，在建模過(guò)程中需要進(jìn)行修改。全部的幾何信息都存儲(chǔ)在掌握文件中，而屬性則直接應(yīng)用于對(duì)象。討論表明，為避開(kāi)設(shè)計(jì)過(guò)程中的沖突，模板設(shè)計(jì)必需由工程師提前制定好。 在模板中也可以通過(guò)插入單獨(dú)的值、給定的值、函數(shù)/規(guī)章來(lái)更改這些參數(shù)。應(yīng)設(shè)置上、下邊界條件，保證合理的求解值和質(zhì)量數(shù)據(jù)。集成的Product Template Studio供應(yīng)了一種快速而簡(jiǎn)潔的方法，可以很簡(jiǎn)單地將模型插入到項(xiàng)目文件中之后，馬上更改橋梁的參數(shù)。它指導(dǎo)用戶(hù)完成第一次插值過(guò)程，并對(duì)參數(shù)要求的狀態(tài)給出實(shí)時(shí)反饋，確保全部值都是正確的，并給出修改建議。 但是，有一些對(duì)象需要做大量的預(yù)備工作才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。其中之一是對(duì)數(shù)字

8、地形模型的自適應(yīng)。由于橋臺(tái)、基礎(chǔ)和施工場(chǎng)地的自適應(yīng)變化數(shù)據(jù)量巨大，可能使整個(gè)自動(dòng)化效率降低。因此，建議在后期處理和細(xì)節(jié)中手動(dòng)調(diào)整它們。此外，依據(jù)給定的數(shù)據(jù)，可以導(dǎo)入梯度，也可以使用該接口創(chuàng)建梯度。 模板應(yīng)用程序 可以通過(guò)用戶(hù)界面輕松地將模板插入到新項(xiàng)目中。這種插入方式可以防止一開(kāi)頭就可能消失的錯(cuò)誤，并允許不熟識(shí)模板的人使用。該接口要求輸入主要參數(shù)（例如跨度、橫截面類(lèi)型)，并檢查輸入?yún)?shù)是否存在可能的沖突，以防止不正確地插入到項(xiàng)目文件中。 數(shù)據(jù)管理 全部信息通過(guò)屬性和幾何信息直接應(yīng)用于模型本身。模型信息被不斷地提取并以軟件中立的格式存儲(chǔ)，例如圖紙、表格和文本，對(duì)于任何參加項(xiàng)目的人來(lái)說(shuō)都很簡(jiǎn)單閱讀

9、到這些信息。這個(gè)過(guò)程是單向的，意味著全部的信息都是從模型中提取出來(lái)的，對(duì)文檔的更改不會(huì)影響模型本身。這將極大地削減可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤，例如錯(cuò)誤命名的屬性和冗余信息，這些可能會(huì)在分析過(guò)程中導(dǎo)致問(wèn)題。 模型信息的提取不僅為設(shè)計(jì)人員、客戶(hù)供應(yīng)了簡(jiǎn)潔的分析和項(xiàng)目概述，還改進(jìn)了數(shù)據(jù)管理模式。有了這個(gè)功能，設(shè)計(jì)師可以快速?lài)L試不同的設(shè)計(jì)，并得到關(guān)于它們?nèi)绾斡绊憣傩?、橋梁的可持續(xù)性等即時(shí)的反饋。 存在的問(wèn)題 模型設(shè)計(jì)中的自動(dòng)化并非沒(méi)有問(wèn)題。當(dāng)轉(zhuǎn)換到一種新的設(shè)計(jì)方法時(shí)，工程師們可能需要一段時(shí)間去適應(yīng)。在開(kāi)頭建模前，使用程序化的方法需要進(jìn)行很多預(yù)備工作。與常規(guī)的邊界表示方法不同，程序化的方法需要?jiǎng)?chuàng)建具有正確屬性的對(duì)象

10、，而參數(shù)化、自適應(yīng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)建，則要求用戶(hù)提前考慮構(gòu)件特性的建模挨次，以及它們之間的關(guān)聯(lián)方式。 由于對(duì)橋梁參數(shù)的更改，也迫使軟件需要重新計(jì)算全部受影響的對(duì)象，因此必需確保這種更改操作是根據(jù)正確的挨次進(jìn)行的，以防止循環(huán)關(guān)聯(lián)。使用層次挨次有助于保持序列的全都性。 此外，需要清楚地記錄模型的操作歷史，以確保構(gòu)件的特性能夠被輕松地使用。這也需要每位工程師都必需遵循明確的商定。 雖然當(dāng)前的軟件，單獨(dú)的數(shù)據(jù)交換格式還不能交換方法和信息，但該模板是可用的一個(gè)軟件產(chǎn)品。而不能交換方法和信息這個(gè)缺點(diǎn)至少可以通過(guò)提取常量數(shù)據(jù)，部分抵消。 提高初步設(shè)計(jì)的效率 創(chuàng)建模板要比創(chuàng)建非關(guān)聯(lián)模型慢得多，然而使用模板模型有許多優(yōu)

11、點(diǎn)。首先，由于創(chuàng)建模型只需要修改初始模板模型的參數(shù)，因此可以節(jié)約大量的時(shí)間。與傳統(tǒng)的規(guī)劃過(guò)程相比，常規(guī)BIM階段的概念設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)階段，通常需要做更多的工作。使用模板可以將第一規(guī)劃階段的工作削減到最少。 與傳統(tǒng)的規(guī)劃過(guò)程不同的是，在傳統(tǒng)的規(guī)劃過(guò)程中，初步設(shè)計(jì)的后續(xù)利用率不高，而在BIM流程中，初步設(shè)計(jì)在信息流中沒(méi)有任何中斷，這節(jié)約了規(guī)劃的時(shí)間。 另外，為了削減BIM應(yīng)用中通常會(huì)消失的規(guī)劃誤差，這種方法進(jìn)一步削減了誤差率。由于預(yù)先安排的屬性，削減了當(dāng)輸入邊界條件時(shí)，幾何圖形的錯(cuò)誤信息。 除了控件程序庫(kù)中的對(duì)象，大多數(shù)創(chuàng)建的對(duì)象之間沒(méi)有任何關(guān)聯(lián)，易于分別。因此可以同時(shí)在多家公司和工程師之間安排已

12、創(chuàng)建的對(duì)象，而不必?fù)?dān)憂沖突。這也削減了規(guī)劃時(shí)間，保證了更快的模型創(chuàng)建和后續(xù)過(guò)程。 參數(shù)自適應(yīng)橋梁模板 圖紙作為衍生品 主橋上部結(jié)構(gòu)的仿真模型、二維圖紙、三維有限元分析及裝配組件等全部的信息，都在主控模型中進(jìn)行存儲(chǔ)和維護(hù)。 在三維設(shè)計(jì)中，圖紙不再是主要產(chǎn)品，而是三維模型的衍生品。通過(guò)在模型中定義一個(gè)剖切面，然后將其放置在二維平面上，就可以得到圖紙。當(dāng)把圖紙文件向上定位到層次結(jié)構(gòu)時(shí)，它們就與模型關(guān)聯(lián)在一起了。主控模型到從屬模型的關(guān)聯(lián)是單向的，因此必需在主控模型中進(jìn)行更改。 為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,不僅可以將幾何信息集成到模型中,還可以將制造信息集成到模型中,然后直接在從屬模型中提取制造圖紙,為后續(xù)的

13、生產(chǎn)過(guò)程、物流和安裝供應(yīng)信息。在由模型驅(qū)動(dòng)的預(yù)制混凝土構(gòu)件和所需的施工挨次中,這些屬性被安排給各個(gè)主部件,并通過(guò)產(chǎn)品制造信息(PMI)進(jìn)行可視化。 目前軟件單獨(dú)的數(shù)據(jù)交換格式允許這種制造信息的交換。因此，該模板通?？捎糜谌魏蜝IM軟件產(chǎn)品。 嵌入式結(jié)構(gòu)分析 建筑信息模型（BIM）的技術(shù)背景是，將三維構(gòu)件、語(yǔ)義數(shù)據(jù)、圖紙和仿真等對(duì)象連接在一起的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。BIM是一個(gè)模型驅(qū)動(dòng)的過(guò)程，因此主控模型概念在CAD/CAM軟件應(yīng)用中是一種常見(jiàn)的技術(shù)。 基于主控模型概念所提出的方法，最主要的目的是3D-CAD模型豐富了幾何和靜態(tài)邊界條件、屬性，便于后續(xù)的有限元分析(FEA)。 在自動(dòng)生成的有限元網(wǎng)格基礎(chǔ)上

14、，將鋼梁的拱度計(jì)算集成到模型中。將得到的撓度圖加載回主控模型中，得到鋼梁的抱負(fù)預(yù)拱度，與模型的其余部分一樣，計(jì)算自適應(yīng)參數(shù)的變化。還可以考慮使用迭代步驟將預(yù)標(biāo)注添加到流程中，由于幾何元素不需要修改后，這樣做可以節(jié)省時(shí)間。 生成的有限元網(wǎng)格為通用的四周體網(wǎng)格，相比于其他網(wǎng)格，這種網(wǎng)格有一個(gè)較大的優(yōu)勢(shì)，就是有時(shí)可以不需要再定義網(wǎng)格相關(guān)的邊界條件，因此也不會(huì)因幾何參數(shù)變化而導(dǎo)致消失網(wǎng)格計(jì)算特別的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)在主控模型中計(jì)算恒載作用力，并將其作為參數(shù)添加到分析計(jì)算中，使全部的力和邊界條件都作用于幾何體本身，而不是網(wǎng)格，以保持模型的適應(yīng)性。 可持續(xù)性 BIM還可用于快速評(píng)估不同橋梁類(lèi)型的可持續(xù)性，并即時(shí)反

15、饋評(píng)估結(jié)果。在本討論中，兩種不同的主梁類(lèi)型，焊接型鋼與軋制型鋼。可以發(fā)覺(jué)，不同的梁型對(duì)環(huán)境的影響很小，焊接鋼梁由于其優(yōu)化的外形，表現(xiàn)稍好。 標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)的將來(lái) 利用即將到來(lái)的數(shù)字化手段，例如面對(duì)對(duì)象的建模、基于web服務(wù)器架構(gòu)的數(shù)據(jù)互聯(lián)、自動(dòng)化制造等，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的新流程。將參數(shù)化模板程序與隱式建模技術(shù)相結(jié)合，使各種工程信息在整個(gè)項(xiàng)目生命周期內(nèi)的安排及使用，不再消失冗余。讓模型數(shù)據(jù)可重復(fù)使用，而不再隱蔽在文檔中。 可以設(shè)想，在將來(lái)用BIM創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)將變得越來(lái)越重要?；贐IM的模板模型可以重復(fù)使用，并在整個(gè)項(xiàng)目過(guò)程中被不斷優(yōu)化。利用這種設(shè)計(jì)方法可以最大限度地削減誤差，提高規(guī)劃的速度。 必需