技术领域
[0001] 本
发明涉及桥梁设计方法领域，具体涉及一种基于BIM模型的索结构桥梁设计方法。
背景技术
[0002] 桥梁是交通工程中的最重要的结构物之一，传统的设计任务主要集中在桥梁和隧道结构物的平、立、剖与
钢筋绘图和结构分析与计算。从表现形式来看，设计师通常用二维的图纸来表达三维的结构形式，而缺乏结构的三维模型，除了容易出现结构表达不清以外，还常常出现大量的绘图方面的错误和工程量统计上的误差，导致较多的施工失误和更多的设计变更。同时，结构计算也主要从二维
角度模拟分析，或者建立简化的分析模型，很难实现更加准确的分析和计算。因此，随着越来越多的高速交通项目发展，对工程
质量的要求越来越高，交通设计中桥梁、隧道的三维模型建立及基于三维模型的结构计算在交通三维设计系统就显得非常重要。
[0003] BIM技术作为一种应用于工程建造管理的数据化工具，在欧美等发达地区已经广泛使用，在国内建筑行业使用的也比较广泛。BIM技术具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、
可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性八大特点，并能通过应用平台对施工现场的整体施工情况进行远程监控和信息传递，可使施工人员对不合理的地方在施工前进行优化，避免施工后返工浪费。
[0004] 在具体应用中，对于索结构桥梁施工这种要求
精度高、结构部件多、结构协调要求高的特殊建筑设计过程来说，常规的BIM建模方案耗时长，技术要求高，具体设计过程中需耗费不低于传统方法制图的时间和人
力进行桥梁各结构件的数字化建模，极大的影响了BIM技术在相关桥梁设计建造过程中的应用效率。同时，每座桥梁在设计建造时总会包括与其他桥梁不同的复杂空间构型，现有桥梁模型较为简陋，难以实现带有空间异形曲线构型的计算和设计建模。
[0005] 如何将BIM技术与常用现代索结构桥梁施工方案如
斜拉桥或悬索桥的结构特征进行结合，更高效率的完成桥梁BIM模型的设计和建模，是本领域技术人员致力解决的问题。
发明内容
[0006] 针对
现有技术中存在的
缺陷，本发明的目的在于提供一种基于BIM模型的索结构桥梁设计方法，可更高效率的完成索结构桥梁BIM模型的建模和施工，提高效率、降低工期。
[0007] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
[0008] 一种基于BIM模型的索结构桥梁设计方法，包括以下步骤：
[0009] S1、设定初始化桥梁参数，存储主塔、
桥面、桩基、吊杆、盖梁和斜拉索/悬索基本模型；
[0010] S2、以主塔和桥面中心等分线建立空间三维
坐标系，根据所述初始化桥梁参数计算获取主塔空间坐标，获取桥面和主塔交点空间坐标；
[0011] S3、创建包括主塔模型、斜拉索/悬索模型和桩基模型的各结构单元的BIM三维空间结构模型；
[0012] S4、组合各结构单元的BIM三维空间结构模型，完成桥梁BIM模型的创建。
[0013] 在上述技术方案的
基础上，所述步骤S1中的所述初始化桥梁参数包括主塔塔高、主梁梁长、边跨跨径、中跨跨径、斜拉索索面形式、斜拉索索距和斜拉索
水平倾角。
[0014] 在上述技术方案的基础上，所述步骤S3中，创建主塔模型的具体步骤包括：读取主塔塔高、桥面和主塔交点空间坐标；选择主塔结构形式的基本模型；根据主塔塔高、桥面和主塔交点空间坐标创建主塔模型。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述步骤S3中，创建斜拉索/悬索模型的具体步骤包括：当创建桥梁为斜拉桥时，通过设置的水平和垂直方向上的拉索间距，计算所述拉索两侧端点的三维空间坐标，随后将所述拉索两侧端点的三维空间坐标连接形成拉索的三维空间模型；当创建桥梁为悬索桥时，通过桥梁终点和主塔
顶点确定悬索桥的悬索端点；创建悬索的三维空间模型，将悬索按水平距离等分，获取吊杆端点坐标；吊杆端点坐标，创建吊杆的三维空间模型。
[0016] 在上述技术方案的基础上，所述步骤S3中，创建桩基模型的具体步骤包括：
[0017] 通过桥宽和，求出盖梁、基础的长宽高；获取群桩横桥向个数；根据选择的盖梁基本模型形式，盖梁、基础的长宽高参数以及群桩横桥向个数创建桩基模型。
[0018] 在上述技术方案的基础上，在步骤S3中，创建斜拉索/悬索的BIM三维空间结构模型后，对所述斜拉索/悬索进行分段，根据现场实际需要误差控制斜拉索/悬索弧线拱高，分段以后对各个断点相对端点的坐标进行坐标及弯曲角度标注，再通过拟合方程origin8.0对点拟合成曲线并与原斜拉索/悬索曲线比较，判断是否满足要求的拟合度。
[0019] 在上述技术方案的基础上，所述步骤S4后还包括：S5、仿真模拟桥梁施工过程，根据模拟结果对项目设计图纸和施工参数进行复核和
修改，调整不正确的模型数据，并校定现场施工图纸。
[0020] 在上述技术方案的基础上，所述步骤S5具体包括：
[0021] 在获取桥梁BIM模型后，通过各个单元模型的时间参数，创建4D动画仿真模拟整个桥梁的施工过程；在进行施工模拟过程中校验桥梁各结构部件建模时
位置、参数是否存在冲突，模拟施工过程中是否存在无法实际施工的情况，标记出现错误的BIM单元模型位置；根据模拟结果对项目设计图纸和施工参数进行复核和修改，同时修改不正确的BIM单元模型数据，校定现场施工图纸。
[0022] 在上述技术方案的基础上，还包括：将不同施工流程中的BIM单元模型采用不同
颜色、不同视角展现BIM单元模型结构，使现场施工人员精确地看到工程施工的内部构件。
[0023] 在上述技术方案的基础上，所述步骤S4中具体包括：
[0024] S41、读取数据文件、桥梁列表；
[0025] S42、获取桥梁中心点桩号、跨径表达式，依次计算每个桩
基桩号；
[0026] S43、判断数组是否超越预设模型图样边界，如是则返回桥梁构件视图组合各结构单元的BIM三维空间结构模型，获取桥梁BIM模型并结束；如否则进入步骤S44；
[0027] S44、判断是否为桥头位置，如是则创建
桥台，返回步骤S43；如否则进入S45；
[0028] S45、获取预设桥梁类型，判断是否为特殊桥，如否则转至步骤S46；如是则转至步骤S47；
[0029] S46、创建一般桥梁模型，转至步骤S43；
[0030] S47、判断当前设置桥梁跨径是否满足视图数值，如是则绘制特殊桥梁模型，转至步骤S43；如否则转至步骤S46。
[0031] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0032] (1)本发明的基于BIM模型的索结构桥梁设计方法通过将桥梁BIM模型设计和施工过程的对应结合，将BIM模型建立过程模
块化、程序化，使设计人员通过参数调整即可批量化、标准化获取符合力学要求和规范的相应索结构桥梁的BIM模型，可较现有技术中的索结构桥梁BIM建模方法节约80％以上时间，极大的提高了设计施工效率。
[0033] (2)本发明的基于BIM模型的索结构桥梁设计方法所建立的桥梁三维模型可直接用于后期桥梁施工和运维管理，提供基础模型支持，大幅度提高三维空间索结构桥梁施工的工效，提高加工的各结构的精度，大幅度节约工期和成本。
[0034] (3)本发明的基于BIM模型的索结构桥梁设计方法在完成模块化建模获取标准桥梁模型后，还可针对桥索、架梁等位置的特殊构型进行批量调整，实现复杂空间异型结构桥梁的快速建模和自动化模型生成，进一步提升了建模效率，解决了相关问题。
[0035] (4)本发明的基于BIM模型的索结构桥梁设计方法在创建斜拉索/悬索的BIM三维空间结构模型后，对斜拉索/悬索进行分段，根据现场实际需要误差控制斜拉索/悬索弧线拱高，分段以后对各个断点相对端点的坐标进行坐标及弯曲角度标注，综合判断。
附图说明
[0036] 图1为本发明
实施例中针对斜拉桥的基于BIM模型的桥梁设计方法的
流程图；
[0037] 图2为本发明另一个实施例中针对悬索桥的基于BIM模型的桥梁设计方法的流程图；
[0038] 图3为本发明实施例中组合各结构单元的BIM三维空间结构模型获取索结构桥梁BIM模型的详细流程图。
具体实施方式
[0039] 以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
[0040] 参见图1、图2所示，本发明实施例提供一种基于BIM模型的索结构桥梁设计方法，包括以下步骤：
[0041] S1、设定初始化桥梁参数，存储主塔、桥面、桩基、吊杆、盖梁和斜拉索/悬索基本模型；
[0042] S2、以主塔和桥面中心等分线建立空间三维坐标系，根据所述初始化桥梁参数计算获取主塔空间坐标，获取桥面和主塔交点空间坐标；
[0043] S3、创建包括主塔模型、斜拉索/悬索模型和桩基模型的各结构单元的BIM三维空间结构模型；
[0044] S4、组合各结构单元的BIM三维空间结构模型，获取桥梁BIM模型。
[0045] 在一个实施例中，步骤S1中的设置的初始化桥梁参数可包括主塔塔高、主梁梁高、边跨跨径、中跨跨径、斜拉索索面形式、斜拉索索距和斜拉索水平倾角等内容；在优选的实施例中，在设定初始化桥梁参数后，通过预设规则判断各初始化桥梁参数是否存在结构性偏差，如可预设边跨跨径与中跨跨径比值小于0.5，预设规则可根据用户选择的桥梁类别进行个性化设置，如在上述示例中，可进一步预设在公路桥或城市桥梁分类下的边跨跨径与中跨跨径比值范围为0.40-0.45，预设活载比重大的
铁路桥梁分类下的边跨跨径与中跨跨径比值范围为0.20-0.25。与上述示例类似的，在优选的实施例中，可预设斜拉索水平倾角范围为25°-65°，塔高/中跨跨径比为0.212-0.370。
[0046] 设置存储主塔、桥面、桩基、吊杆、盖梁和斜拉索/悬索基本模型为现有设计常用或可行的相关结构的BIM三维空间结构模型，可在后续过程中作为选项供设计人员选择使用。在使用时，系统可根据前述设置的初始化桥梁参数和图形预设坐标位置，计算出相关基本模型的实际大小形状参数和位置参数对存储的相关结构的BIM三维空间结构模型按比例进行放大或缩小，填充到相应的建模模型中。
[0047] 如在一个优选的实施例中，可编辑和预设索面形式为
辐射式、竖琴式、扇式、星式等的基本模型供用户选择，并在选择后直接调用存储的基本模型输入视图。
[0048] 在所述步骤S3中，完成了桥梁各个结构单元的BIM三维空间结构模型创建工作，其基本步骤为用户从存储的预设基本模型中选择该结构单元的类别，
[0049] 具体的，在一个提供的实施例中，创建主塔模型的具体步骤包括：
[0050] 读取主塔塔高、桥面和主塔交点空间坐标；选择主塔结构形式的基本模型；根据主塔塔高、桥面和主塔交点空间坐标创建主塔模型。
[0051] 在该实施例中，创建斜拉索/悬索模型的具体步骤包括：
[0052] 当创建桥梁为斜拉桥时，通过设置的水平和垂直方向上的拉索间距，计算所述拉索两侧端点的三维空间坐标，随后将所述拉索两侧端点的三维空间坐标连接形成拉索的三维空间模型；
[0053] 当创建桥梁为悬索桥时，通过桥梁终点和主塔顶点确定悬索桥的悬索端点；创建悬索的三维空间模型，将悬索按水平距离等分，获取吊杆端点坐标；吊杆端点坐标，创建吊杆的三维空间模型。
[0054] 在该实施例中，创建桩基模型的具体步骤包括：
[0055] 通过桥宽和，求出盖梁、基础的长宽高；获取群桩横桥向个数；根据选择的盖梁基本模型形式，盖梁、基础的长宽高参数以及群桩横桥向个数创建桩基模型。
[0056] 在创建上述模型的基本流程中，可利用Revit或Tekla建模平台创建各结构单元的BIM单元模型，同时对各个单元模型赋予时间参数；随后，可依据各个单元模型赋予的时间参数，建立施工计划，以及消耗材料数量、项目总体
费用与时间的对应预算计划。通过上述工作流程，可建立施工进度、消耗耗材数量和项目经费使用关于时间轴和各
节点的变化图，便于施工方在施工操作时监控项目进度、费用、材料数量的变化，提前预定和准备相关材料和经费的调度，便于施工方掌控施工情况。
[0057] 在一个实施例中，还可在步骤S4后增加下述步骤，以增强本发明设计方法与实际施工过程的适配性：S5、通过4D动画仿真模拟桥梁施工过程，根据模拟结果对项目设计图纸和施工参数进行复核和修改，调整不正确的模型数据，并校定现场施工图纸。
[0058] 具体的，所述步骤S5可具体包括：
[0059] 在获取桥梁BIM模型后，通过各个单元模型的时间参数，创建4D动画仿真模拟整个桥梁的施工过程；
[0060] 在进行施工模拟过程中校验桥梁各结构部件建模时位置、参数是否存在冲突，模拟施工过程中是否存在无法实际施工的情况，标记出现错误的BIM单元模型位置；
[0061] 根据模拟结果对项目设计图纸和施工参数进行复核和修改，同时修改不正确的BIM单元模型数据，校定现场施工图纸。
[0062] 优选的，可通过将不同施工流程中的BIM单元模型采用不同颜色、不同视角展现BIM单元模型结构，使现场施工人员精确地看到工程施工的内部构件。
[0063] 在步骤S3中，创建斜拉索/悬索的BIM三维空间结构模型后，对所述斜拉索/悬索进行分段，根据现场实际需要误差控制斜拉索/悬索弧线拱高，分段以后对各个断点相对端点的坐标进行坐标及弯曲角度标注，再通过拟合方程origin8.0对点拟合成曲线并与原斜拉索/悬索曲线比较，判断是否满足要求的拟合度。
[0064] 如图3所示，在一个优选的实施例中，所述步骤S4中具体包括：
[0065] S41、读取数据文件、桥梁列表；
[0066] S42、获取桥梁中心点桩号、跨径表达式，依次计算每个桩基桩号；
[0067] S43、判断数组是否超越预设模型图样边界，如是则返回桥梁构件实体组合各结构单元的BIM三维空间结构模型，获取桥梁BIM模型并结束；如否则进入步骤S44；
[0068] S44、判断是否为桥头位置，如是则创建桥台，返回步骤S43；如否则进入S45；
[0069] S45、获取预设桥梁类型，判断是否为特殊桥，如否则转至步骤S46；如是则转至步骤S47；
[0070] S46、创建一般桥梁模型，转至步骤S43；
[0071] S47、判断当前设置桥梁跨径是否满足视图数值，如是则绘制特殊桥梁模型，转至步骤S43；如否则转至步骤S46。
[0072] 具体设计施工过程中，在执行步骤S4进行数据模型的创建时，可直接按上述步骤组合绘制三维模型，或是与前述实际施工过程结合，分步创建各步骤涉及建筑模块的三维模型，以便于在针对施工过程进行部件模型的调整时，不影响其他部件的模型内容，减少系统负载和模型综合管理的难度。
[0073] 本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本
说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
