文章来源：华筑建筑科学研究院

    《波形钢腹板箱梁桥revit建模技术研究》

    作者：刘继  刘占省  赵雪锋

    （北京比目鱼工程咨询有限公司，北京）

    提要：基于BIM的桥梁设计施工及运维是桥梁建设行业的必然趋势。波形钢腹板具有节省钢材、节能环保、减轻自重、震性能好等优点，在桥梁中运用越来越广。本文针对基于Revit平台的桥梁波形钢腹板建模方法进行研究，以Autodesk系列的Revit作为BIM核心建模工具，进行波形钢腹板的参数化建模、建模方法的研究及实例的应用。

    关键词：BIM;桥梁；波形钢腹板；Revit；参数化建模

    一、引言

    BIM技术作为一种新兴计算机辅助设计与施工的技术，它的引进及应用有利于设计及施工过程可视化、参数化、仿真性和信息化的实现。本文以叶盛黄河大桥上部结构波形行钢腹板预应力混凝土箱梁为例，在桥梁工程中，钢腹板沿横桥向方向倾斜，纵桥向方向存在纵坡，再考虑整桥横坡，存在复合坡度，在Revit平台进行建模时难度较大。基于以上特点，结合建模工具Revit的特性，研究利用嵌套族、公制结构框架族样板等工具的特性解决建模困难等方面的问题。

    二.总体技术路线

    波形钢腹板预应力混凝土箱梁上部结构组成部分为：钢筋混凝土顶板、底板、横隔板、预应力锚固齿板、波形钢腹板和内衬混凝土组成。如图1主梁一般构造图。

    图1主梁一般构造图

    为满足达到施工精细化的要求，需按节段进行模型深化设计，将波形钢腹板混凝土箱梁拆分为三个层级的组成构件。见表1

    表1构件层级分类表

    本文采用的模型参数化创建技术路线，如图2。

    图2技术路线图

    本技术方法采用共享嵌套族构件的方法进行创建和组装。

    首先基本单元构建采用公制常规模型创建，其中顶板和底板采用公职轮廓进行单元构件的模型创建。

    其次施工公制常规模型进行基本单元构件的第一次组装，创建完成基本节段构件。

    最后将组装完成的基本节段构件载入到公制结构框架族中进行第二次组装，创建完成桥跨构件，包含中跨和边跨。

    三、基本单元的创建

    基本单元构件创建时建议进行如下设置，能满足后续操作过程的要求，并且能让模型文件最小化。（1）设置属性栏勾选基于工作平面和共享，图3；（2）清除未使用项，图4。

    图3

    图4

    （一）波形钢腹板单元的创建

    以中跨钢腹板单元为例，其钢腹板参数如表2。

    表2钢腹板参数表

    （1）添加单元板参数信息

    （2）设定参照标高，根据图纸创建单元板

    创建时，开孔钢板及翼缘板采用拉伸基本创建工具创建；波形板采用放样基本创建工具创建；开孔及剪切部分使用空心拉伸。

    （二）混凝土顶板和底板单元的创建

    使用公制轮廓族样板创建混凝土顶板和底板截面轮廓。统一规定梁顶表面作为参照标高。

    本案例中全桥顶板轮廓均一致，故无需设置参数。如图5。

    图5顶板轮廓族

    而底板轮廓截面在梁体的不同位子截面参数不一致，截面参数随梁高和底板厚度的变化而变化，因此设定梁高和底板厚度为参数，其余尺寸固定，实现截面的参数化生成，如图6。

    图6底板轮廓族

    完成截面的创建后使用放样融合基本创建工具完成不同节段混凝土顶板和底板的模型创建。各截面参数见表3

    表3主梁截面参数表

    （三）混凝土齿板、内衬和横隔板单元的创建

    对于混凝土齿板、内衬和横隔板使用公制常规模型族样板创建，照图纸创建即可。

    统一规定内衬及横隔板采用梁顶作为参照标高，方便节段族组装时的构件定位。

    中跨横隔板共四种，分别为H-H截面，I-I截面，J-J截面，跨中截面。图7，图8.

    图7：H-H截面（左）、I-I截面（右）

    图8:H-H截面（左）、I-I截面（右）

    齿板主要为两类，一类为顶板齿板，将齿板的主要尺寸均设置为参数，如图9。

    图9顶板齿板

    第二类为底板齿板，由于底板在不同位置处的底板坡度不同，因此需要将底板齿板的倾斜坡度设为参数，实现与混凝土地板的无缝贴合，其他尺寸参数设置同顶板齿板，如图10。

    图10底板齿板

    四、节段构件的组建

    节段构件的组建建议使用公制常规模型族样板创建进行单元构件的载入和第一次组装。本步操作的应在“2.基本单元的创建”完成后进行。即完成波形钢腹板单元构件的创建、齿板单元构件的创建、横隔板单元构件的创建、内城单元构建的创建、混凝土顶底板各截面轮廓的创建。成果汇总见表4。

    表4基本单元构件汇总

    节段构件的组建流程：以8#块为例

    （1）以公制常规模型族样板为样板创建族构件，载入顶板和底板轮廓，创建顶板和底板混凝土。采用放样融合基本创建工具，创建顶板和底板，创建底板时两个轮廓分别选择8#块前后两个截面，07-8截面和08-9截面，如图11。

    图11节段单元混凝土组装示意

    （2）载入横隔板、钢腹板及齿板完成拼装，如图12

    注意：1在拼装钢腹板时注意钢腹板工作平面的选择，如图13

    2在拼装齿板时注意调整齿板的坡度参数，使齿板与底板贴合。

    图12节段单元组装示意

    图13钢腹板工作平面设置

    （3）清楚未使用项，完成组装。

    表5节段构件成果汇总

    五、波形钢腹板箱梁的组建

    桥梁设计时，通常会对桥梁设置纵向坡度和横桥向坡度，即纵坡和横坡。Revit软件基本功能中的梁具备实现纵坡和横坡的功能，利用梁构件属性中的起点标高偏移和终点标高偏移实现桥梁桥跨的纵坡，利用梁构件属性中的横截面旋转实现桥跨的横向坡度，如图14。

    图14梁的属性

    具体操作步骤如下：

    （1）以公制结构框架族样板为样板创建族构件。

    （2）将表5节段构件成果汇总中所述基本节段构件载入到以公制结构框架族样板创建的族中进行第二次组装。

    （3）绘制各节段单元的定位参照平面，如图15。

    （4）根据设计要求和参照平面依次放置节段构件，完成拼装，如图16。

    图15节段定位参照平面

    图16节段拼装

    六、实际工程应用案例应用

    叶盛黄河公路大桥项目起于青铜峡市叶盛西，接北京至拉萨国家高速公路叶盛互通式立交，止于灵武农场一站，接在建的国道211灵武南环西延线和已建成的银川西安高速公路。项目全长10.3公里，其中灵武境内4.3公里，全线采用一级公路标准建设，其中叶盛黄河公路大桥长1.3公里，两岸连接线长9公里，总共21跨，包括主桥、西引桥、东引桥和滩地引桥四个部分。其全景效果图和整体结构BIM模型分别如图17、图18所示。

    图17叶盛黄河公路大桥全景效果图

    图18叶盛黄河公路大桥整体结构BIM模型

    在叶盛黄河大桥项目中传统二维设计图纸参数化程度低，当工程变更时对模型的修改费时费力，不利于模型后期的应用和施工进度的推进。且二维图纸表达内容有限，细度不够，可视化程度较低，不利于工人对构件的加工和安装。

    为了有效解决以上问题，本工程基于BIM技术，根据设计图纸及施工要求建立相应参数化桥梁模型，包括大桥主体BIM模型（如图3所示）、波形钢腹板BIM模型（如图4所示）、预应力BIM细致模型（如图5所示）和主桥挂篮BIM模型（如图6所示）。将设计和施工阶段中的构件尺寸、材料、用料量等信息关联相应模型，基于模型的参数化技术实现模型动态更新，过人性化的输入界面，将全桥施工实测数据的上传至数据库，通过模型数据与数据库的联动技术，实现利用数据改变模型的高度参数化工作方式。从而减少了由于设计变更带来的工程变更等问题。

    图3大桥主体BIM参数化模型

    图4波形钢腹板BIM参数化模型

    图5预应力BIM参数化模型

    图6主桥挂篮BIM参数化模型

    另外可视化的三维BIM模型，能够精确表达桥梁的几何特征，对任意复杂造型均能准确表现，且可以将复杂的构造节点全方位表达，对施工过程具有很好的指导价值，有利于施工质量和速度的提高。该工程其中3号桥墩三维可视化模型如图7所示。

    图73号桥墩三维可视化模型

    七、结论

    利用revit参数化建模技术，能有效的解决波形钢腹板预应力混凝土箱梁在模型深化过程中面临的难点和问题。本文利用revit嵌套族、公制结构框架族样板等工具的特性，解决了波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁桥在设计和深化设计模型创建过程中，纵向坡度及横向坡度的难以设置的问题。同时BIM技术在叶盛黄河大桥项目中的成功应用，积累了桥梁参数化建模方面的经验，对以后同类桥梁项目的BIM模型创建提供了很好的参考价值。

    参考文献

    [1]龙腾，唐红，吴念.BIM技术在武汉某高架桥工程施工中的应用研究［J］．施工技术，2014，43(3):80-83．

    [2]胡杰.BIM技术在桥梁施工设计中的应用探索［J］．铁路技术创新，2014(2):63-67．

    [3]李红学，郭红玲，高岩，等.基于BIM的桥梁工程设计与施工优化研究［J］.工程管学报，2012(6):48-52．

    [4]刘占省，赵雪锋.BIM技术与施工项目管理[M].中国电力出版社,2015:112-115.

    [5]赵雪锋,姚爱军,刘东明,宋强.BIM技术在中国尊基础工程中的应用[J].施工技术,2015,06:49-53.

    [6]刘占省,李斌,王杨,卫启星.BIM技术在多哈大桥施工管理中的应用[J].施工技术,2015,12:76-80.

    [7]杨光，李慧.进度模拟与管理中BIM标准的研究[J].中国市政工程，2014(06):82-84+101-102.

BIM技术是未来的趋势，学习、了解掌握更多BIM前言技术是大势所趋，欢迎更多BIMer加入BIM中文网大家庭（http://www.wanbim.com），一起共同探讨学习BIM技术，了解BIM应用！