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水工建筑物中BIM参数化设计的应用

2021-08-09 127 上传者：管理员

摘要：利用BIM参数化模型构建可解决实际工程中二维图纸设计中的局限性,文章旨对BIM参数化技术在水利工程实践中的应用提供参考和指导作用。

关键词：
BIM数字化
二维图纸设计
参数化模型
水利工程
水工建筑物
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1、BIM参数化设计应用的优势

(1) 利用BIM技术创建三维模型可大大缩短设计周期，减少发生错误的概率。

(2) BIM在信息共享、数据协同、可视化、仿真分析、施工动态模拟、正向出图等方面具有优势。

(3) BIM技术可应用到水利工程的全过程，利用Synchro运维管理平台对建造物的全生命周期运维管理起到积极的作用。

(4) BIM在可视化模拟方面，利用AR虚拟现实和施工建造可视化技术，可以减少模型、效果图及动画渲染优化的过程，并使用Lumion、Enscape、Rhino、Grasshopper、Fuzor等软件，使设计更具效率。

(5) BIM技术与NavisWorks360、InfraWoks360、Augin协同可对工程设计全过程进行模拟，并生成施工图设计、概预算设计和三维动态施工模拟等，这必然给传统工程设计行业带来新变革。

2、设计步骤算法实现的过程

2.1 井柱和冒梁的创建

井柱的创建:首先根据坐标确定井柱的位置，通过定位的4个点创建基准圆形截面，挤出Z向量高度体量模型，并输出基础实体模型。

冒梁的创建:冒梁架设在井柱上，使用生成的井柱数据列表筛选井柱点通过XYZ向量创建冒梁的截面闭合线，放样后生成得到冒梁模型。

2.2 桥面板引桥防撞墙和栏杆的创建

桥面板和防撞墙的创建:利用拆分冒梁边线数据，拾取炸开边线的点，将点做连线形成闭合的多段线，数据列表两两分组形成一个集合，并将2条线段根据间距两两偏移后并定义向量，用四边成面的命令生成曲面，并挤出Z向量高度的尺寸数值，批量完成相同的操作，得到桥面板和防撞墙的实体模型结果。

引桥的创建:利用桥面板的边线点，对点连线完成对截面线的创建，通过截面线的Z向量高度挤出生成模型。

栏杆的创建:利用防撞墙边线数据创建等分点，以等分点控制栏杆间距并绘制栏杆圆形截面，利用截面线批量操作并挤出高度Z向量生成栏杆模型。

2.3 挡土墙和渠道的创建

挡土墙的创建:挡土墙是一种埋深构件，利用冒梁的边线作为基准线，并以边线作为基准点进行操作，对点的高度XYZ向量移动，将点下降到挡土墙底面的高度，连接点形成封闭的截面线，通过截面线挤出形体，拆分数据列表，切割挡土墙形成斜截面与底座连接，整合数据在同一列表数据下后升阶操作形成封闭整体模型，镜像到桥板两侧后，完成挡土墙模型。

渠道的创建:用测绘的高程点进行创建，将高程点数据加载到一个运算器中，将对点数据合并到一个列表中，然后把所有点合并在一起通过命令创建一个曲面，通过对点的映射关系把所有点投影到曲面上，通过对点移动Z向量拉高操作使曲面更圆润，用修改过的曲面轮廓作为基准线放样，得到基础渠道模型。

2.4 设计的优化与调整

在项目中会遇到很多问题，需要我们对程序结构有很深入的理解，以确保程序的稳健性，因为模型的精确性要求使程序变得复杂，所以优化和简化程序为后续的理解和调整设计带来极大的便利性。

例如，冒梁与井柱的对位尺寸问题，设计中出现的衔接误差等问题，利用程序能够及时地发现问题，因为在二维图纸中由于细节和误操作，加上信息不对称性或数据的缺失，使得工程师们很难迅速地用肉眼判断问题的严重程度，从而造成影响设计误差的原因，见图1。这样，工程师更容易通过BIM模型共享技术，快速、直观地发现问题，从而实现无缝对接，保证了设计与施工的完美衔接，并准确完成施工，见图2。

2.5 数据合并与输出

将井柱、冒梁、桥面板、防撞墙、栏杆、挡土墙等数据按数据逻辑建构的过程合并后，对数据进行最终汇总，形成一个整体模型，将简支梁桥按高度放置到渠道模型中，完成所有模型的合并数据处理，将所有数据整合到同一列表的同一路径下，输出列表数据形成建筑物整体模型。

2.6 结构性能解算

为验证桥面的受力情况，采用遗传算法和karamba插件对桥面的受力情况进行了仿真分析，结果表明，桥面的受力状况与实际车辆通过桥面时荷载的变化有很大的关系。在真实条件下，我们通过对桥的荷载脆性破坏特性指标变化值与桥梁受压抗弯的屈服强度承载临界值范围的调整，可判断力学结构的稳定性和合理性确定桥梁限载等级，通过优化结构性能指标，确保了设计和施工的安全性，起到提高设计结果的准确性和完整性的作用，在施工阶段减少繁琐的变更、复杂的设计验证工作，达到设计和施工的准确性，见图3。

3、BIM平台间相互协同交互与定位

3.1 模型的信息表达

BIM工程设计是一个庞大而复杂的系统，需要有更强大的数据协同管理的设计方式来解决，我们利用BIM技术可以解决日渐复杂的工程项目。并通过编程算法快速构建建筑物的模型，利用Revit和Grasshopper中的Iside插件交互协同的方式将模型信息表达出来，这里使用参数化程序模型可以实时对项目建筑物进行修改完善，同时还可预留今后其他专业协同设计的接口，方便后续的工程设计，并以真实模拟展现项目实施后的建造效果。

3.2 模型信息图纸的转化

通过加载Grasshopper中的程序，将模型输入到Revit中即可生成三维模型图纸。传统设计方式主要以二维图纸与文字的表述为主，二维图纸不能直观解决实际施工中遇到一些问题，但通过三维模型图纸我们可以对施工过程中需要解决的一些难点进行预判，通过BIM三维模型图纸的构建。可真实还原错误的过程，更加直观化地体现了设计中遇到的问题，分析并解决问题。在与多方协作方面BIM技术的优势也逐渐显现出来，BIM技术可以随时调用BIM模型中的信息数据，更好地优化施工中遇到的技术难题。

如，在实际施工中，我们无法精确定位、放线或无法从二维图纸中确定构件的高程、坐标等数据，那么我们可通过BIM模型，在Grasshopper中对模型炸开关键构件定位点，并自动输出每个构件的Exsel文档坐标位置表，使定位更加快捷准确，对施工精准化的快速推进起到了关键的作用。随着技术不断的发展与进步，在不远的将来利用BIM技术在正向出图、无缝对接等方面会比现在具有更人性化的设计体验，这是完成设计及效果的最终体现。

3.3 模型交互二维码信息系统的应用

信息共享和协作在BIM时代显得尤为重要，利用数字化图纸可以加快施工过程中可视化和定位的需求，通过扫描二维码生成相应构件的详细信息和图纸，以数字化方式提取信息化构件的分类、属性、材料、尺寸、位置等信息。以便于施工人员理解和熟悉图纸信息，见图4。同时利用数字模型技术查找错误，通过拍照上传错误图片和模型，共享数据，使协作平台能够方便工程师实时修改，同时提高设计和施工之间的现实距离，为数字化施工提供新的思路和方法。

文章来源：曹冉承.BIM参数化设计在水工建筑物中的应用[J].内蒙古水利,2021(07):39-40.