1、Word文檔 開放式BIM讓橋梁模型可復制 目前，為航空航天和機械工程師開發的簡單軟件解決方案，還未被土木工程師充分利用。在標準化的橋梁設計過程中，通過參數化建模的解決方案，可以提高利用BIM技術進行項目規劃的速度和質量。 本文展現了如何創建參數化、自適應的橋梁模型，并將其與當前的設計方法進行了比較。其目的是創建一個可多次用作模板的BIM模型，而不是為每個建設項目創建一個新的橋梁模型。這種方法對于標準化的橋梁設計尤其可行，由于這類橋梁的布置只在細節上有所變化，因此只需要較少的參數變化就可以完成設計。全參數化與自更新文檔相結合，可以快速分析和比較不同的設計方法。因此，可以將其用到更多的方面，以找

2、到滿意設計要求的最佳方案。 更快捷的初步設計 大路橋梁進行參數化自適應設計背后的核心思路，是為非特定項目而創建模型，并且可以作為同類型橋梁設計模型的模板，只需要轉變相應的參數就可以適應不同的設計要求。 在使用模板之后，初步設計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，從而可以進行更新和更改。為用戶供應實時的反饋，并告知他們轉變參數將會如何影響橋梁的外觀、建設成本和可持續性。 圖1 如何在初步設計中采納新的BIM流程，并將其應用到組合橋梁的模板模型中是本文討論的重點。圖1為一個在實際工程中使用相關建模應用程序的效果示例。其目的是建立一個參數化、自適

3、應的橋梁模型，該模型具有最大程度的預定義屬性，可作為模板用于多個項目，并能夠依據不同的橋位條件做準時的調整。該模型中還包括了橋梁的結構分析及其他文件(草稿、表格等)。與模型相關的全部文檔都會自動適應參數的變化而進行更新。參數也可以很簡單地修改以適應項目的需求，從而使初步設計過程更便捷、更快速、更少出錯。在圖形用戶界面中使用自定義參數后，用戶可以處理結果模型，并進行自定義參數的修改。圖2中展現了一個參數化定義的兩跨橋梁，在被布置到一段高速大路上時，可以依據地形條件自動調整橋跨布置。 圖2 對使用參數化、自適應的橋梁設計方法與目前的設計方法進行比較，發覺了使用參數化、自適應、隱式幾何描述的橋梁設計

4、方法的優缺點。例如，隱式幾何描述將結構對象的全部信息保存在分層結構歷史記錄中。與大多數BIM系統不同的是，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。簡單的CAD軟件供應的隱式幾何描述是創建橋梁模板模型，隨后進行個別修改及具體說明的必要條件。 創建一個可以用作模板的模型，首先會導致更高的工作負荷。然而，使用參數自適應的橋梁模型，當需要重復使用時就顯示出了巨大的潛力，為后續的使用節約了時間、削減了錯誤。這使其成為對標準化橋梁進行結構設計的有效選擇，但由于其應用范圍有限，不能用于個別特別橋梁的設計?？傮w而言，接下來，標準化橋梁的設計可以通過應用BIM，來滿意當今對更快、更便捷的設計

5、流程的需求，并解決當前在初步設計階段工作量增加的問題。自適應的BIM模型可以削減橋梁的規劃時間，為下一步的規劃過程做預備。因此，利用BIM進行設計不再需要大量的設計人員。此外，使用模板模型還可以提高設計質量。由于預先安排的結構屬性、參數邊界、自動分析文檔和設計警告，可以削減設計過程中消失錯誤的概率。 模板驅動建模的要求 對于橋梁這種受路線、地形約束限制的基礎設施，選擇自上而下的建模方法明顯是非常有利的，由于大多數構件需要在空間對齊，并由外部約束，例如交叉路線或已構建的基礎設施進行固定。 在初步設計中，需要一個不太具體的模型可以更簡單地適應不同的地形條件，并調整外形以適應不同的要求。因此，在定位

6、和外形擬合方面需要有很強的敏捷性。同時，與此相關的信息，例如技術規范、圖紙、結構分析、工程量統計、概預算、施工進度表和可持續性，可以直接來自模型的屬性。 隱式CAD的自適應力量 對模型的更改主要在于掌握組件，掌握組件應包含在初步設計中需要調整的全部相關參數和特征。其他重新加載的對象會自動適應由關聯效應引起的變更。但應防止雙向關聯，由于這樣會導致加載時間的增加和幾何圖形的過時。 然而，在整個建模過程中修改相關幾何外形時，這種可以自動適應特別邊界條件的屬性也具備高度的敏捷性。為此，需要簡單的隱式幾何建模技術，即使在初步的模板模型建完后，這些技術仍舊具有完整的參數和特性。 模板驅動設計 該模板包含一

7、組相關的參數和特征，在建模過程中需要進行修改。全部的幾何信息都存儲在掌握文件中，而屬性則直接應用于對象。討論表明，為避開設計過程中的沖突，模板設計必需由工程師提前制定好。 在模板中也可以通過插入單獨的值、給定的值、函數/規章來更改這些參數。應設置上、下邊界條件，保證合理的求解值和質量數據。集成的Product Template Studio供應了一種快速而簡潔的方法，可以很簡單地將模型插入到項目文件中之后，馬上更改橋梁的參數。它指導用戶完成第一次插值過程，并對參數要求的狀態給出實時反饋，確保全部值都是正確的，并給出修改建議。 但是，有一些對象需要做大量的預備工作才能實現自動化。其中之一是對數字

8、地形模型的自適應。由于橋臺、基礎和施工場地的自適應變化數據量巨大，可能使整個自動化效率降低。因此，建議在后期處理和細節中手動調整它們。此外，依據給定的數據，可以導入梯度，也可以使用該接口創建梯度。 模板應用程序 可以通過用戶界面輕松地將模板插入到新項目中。這種插入方式可以防止一開頭就可能消失的錯誤，并允許不熟識模板的人使用。該接口要求輸入主要參數（例如跨度、橫截面類型)，并檢查輸入參數是否存在可能的沖突，以防止不正確地插入到項目文件中。 數據管理 全部信息通過屬性和幾何信息直接應用于模型本身。模型信息被不斷地提取并以軟件中立的格式存儲，例如圖紙、表格和文本，對于任何參加項目的人來說都很簡單閱讀

9、到這些信息。這個過程是單向的，意味著全部的信息都是從模型中提取出來的，對文檔的更改不會影響模型本身。這將極大地削減可能產生的錯誤，例如錯誤命名的屬性和冗余信息，這些可能會在分析過程中導致問題。 模型信息的提取不僅為設計人員、客戶供應了簡潔的分析和項目概述，還改進了數據管理模式。有了這個功能，設計師可以快速嘗試不同的設計，并得到關于它們如何影響屬性、橋梁的可持續性等即時的反饋。 存在的問題 模型設計中的自動化并非沒有問題。當轉換到一種新的設計方法時，工程師們可能需要一段時間去適應。在開頭建模前，使用程序化的方法需要進行很多預備工作。與常規的邊界表示方法不同，程序化的方法需要創建具有正確屬性的對象

10、，而參數化、自適應設計的創建，則要求用戶提前考慮構件特性的建模挨次，以及它們之間的關聯方式。 由于對橋梁參數的更改，也迫使軟件需要重新計算全部受影響的對象，因此必需確保這種更改操作是根據正確的挨次進行的，以防止循環關聯。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。 雖然當前的軟件，單獨的數據交換格式還不能交換方法和信息，但該模板是可用的一個軟件產品。而不能交換方法和信息這個缺點至少可以通過提取常量數據，部分抵消。 提高初步設計的效率 創建模板要比創建非關聯模型慢得多，然而使用模板模型有許多優

11、點。首先，由于創建模型只需要修改初始模板模型的參數，因此可以節約大量的時間。與傳統的規劃過程相比，常規BIM階段的概念設計和初步設計階段，通常需要做更多的工作。使用模板可以將第一規劃階段的工作削減到最少。 與傳統的規劃過程不同的是，在傳統的規劃過程中，初步設計的后續利用率不高，而在BIM流程中，初步設計在信息流中沒有任何中斷，這節約了規劃的時間。 另外，為了削減BIM應用中通常會消失的規劃誤差，這種方法進一步削減了誤差率。由于預先安排的屬性，削減了當輸入邊界條件時，幾何圖形的錯誤信息。 除了控件程序庫中的對象，大多數創建的對象之間沒有任何關聯，易于分別。因此可以同時在多家公司和工程師之間安排已

12、創建的對象，而不必擔憂沖突。這也削減了規劃時間，保證了更快的模型創建和后續過程。 參數自適應橋梁模板 圖紙作為衍生品 主橋上部結構的仿真模型、二維圖紙、三維有限元分析及裝配組件等全部的信息，都在主控模型中進行存儲和維護。 在三維設計中，圖紙不再是主要產品，而是三維模型的衍生品。通過在模型中定義一個剖切面，然后將其放置在二維平面上，就可以得到圖紙。當把圖紙文件向上定位到層次結構時，它們就與模型關聯在一起了。主控模型到從屬模型的關聯是單向的，因此必需在主控模型中進行更改。 為了進一步實現自動化,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,為后續的

13、生產過程、物流和安裝供應信息。在由模型驅動的預制混凝土構件和所需的施工挨次中,這些屬性被安排給各個主部件,并通過產品制造信息(PMI)進行可視化。 目前軟件單獨的數據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軟件產品。 嵌入式結構分析 建筑信息模型（BIM）的技術背景是，將三維構件、語義數據、圖紙和仿真等對象連接在一起的關系數據庫。BIM是一個模型驅動的過程，因此主控模型概念在CAD/CAM軟件應用中是一種常見的技術。 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邊界條件、屬性，便于后續的有限元分析(FEA)。 在自動生成的有限元網格基礎上

14、，將鋼梁的拱度計算集成到模型中。將得到的撓度圖加載回主控模型中，得到鋼梁的抱負預拱度，與模型的其余部分一樣，計算自適應參數的變化。還可以考慮使用迭代步驟將預標注添加到流程中，由于幾何元素不需要修改后，這樣做可以節省時間。 生成的有限元網格為通用的四周體網格，相比于其他網格，這種網格有一個較大的優勢，就是有時可以不需要再定義網格相關的邊界條件，因此也不會因幾何參數變化而導致消失網格計算特別的風險。通過在主控模型中計算恒載作用力，并將其作為參數添加到分析計算中，使全部的力和邊界條件都作用于幾何體本身，而不是網格，以保持模型的適應性。 可持續性 BIM還可用于快速評估不同橋梁類型的可持續性，并即時反

15、饋評估結果。在本討論中，兩種不同的主梁類型，焊接型鋼與軋制型鋼?？梢园l覺，不同的梁型對環境的影響很小，焊接鋼梁由于其優化的外形，表現稍好。 標準化結構的將來 利用即將到來的數字化手段，例如面對對象的建模、基于web服務器架構的數據互聯、自動化制造等，開發數據結構模型驅動設計的新流程。將參數化模板程序與隱式建模技術相結合，使各種工程信息在整個項目生命周期內的安排及使用，不再消失冗余。讓模型數據可重復使用，而不再隱蔽在文檔中。 可以設想，在將來用BIM創建標準化結構將變得越來越重要。基于BIM的模板模型可以重復使用，并在整個項目過程中被不斷優化。利用這種設計方法可以最大限度地削減誤差，提高規劃的速度。 必需