基于BIM的桥梁模型自动化装配技术研究_韩婷婷.pdf

20231Building Construction160基于BIM的桥梁模型自动化装配技术研究韩婷婷 门 俊 刘 欣陕西建工机械施工集团有限公司 陕西 西安 710032摘要：在对桥梁工程结构特征相似性研究的基础上，针对手动建模工作量大、效率低等问题，提出了一种利用dynamo程序包实现桥梁模型自动化装配的方法。该方法采用excel表单存储构件装配参数、构件模型参数、路线坐标参数、里程桩号参数等，利用.dfy文件记录装配规则，并在计算机编程环境下利用python语言通过调用参数信息，实现对桥梁模型的自动化装配，使线性工程快速实现三维重建成为可能。关键词：三维重建；自动化装配；构件模型参数化；标准化中图分类号：TU17 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)01-0160-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.01.041Research on Automatic Assembly Technology of Bridge Model Based on BIMHAN Tingting MEN Jun LIU XinSCEGC Mechanized Construction Group Co.,Ltd.,Xian 710032,Shaanxi,ChinaAbstract:On the basis of the research on the structural feature similarity of bridge engineering,aiming at the problems of heavy workload and low efficiency of manual modeling,a method of automatic assembly of bridge models using dynamo package is proposed.This method uses excel form to store component assembly parameters,component model parameters,route coordinate parameters,mileage stake parameters,etc.The dfy files can record the assembly rules,and use python language to realize the automatic assembly of bridge models by calling parameter information in the computer programming environment,which makes it possible to quickly realize three-dimensional reconstruction in linear engineering.Keywords:3D reconstruction;automatic assembly;parameterization of component model;standardization息的提取，实现对桥梁模型构件的自动化装配。1 自动化装配总体架构设计1）装配路线设计：路线模型创建作为自动化装配的基础，利用Dynamo对坐标系统的友好支持，设计出集模型生成和编辑为一体的程序，该程序可以通过读取外部坐标文件生成路线模型，模型可按里程桩号进行任意分割，并对分割点进行独立编辑。以Dynamo为自动化装配基础，设计各装配构件的布设里程、主线线路、支线线路，通过主线、支线上里程桩号的位置来控制墩柱装配空间位置，完成对桥梁模型墩柱布设的一键生成，并对运行的.dfy文件（放置墩柱、路线生成、路线长度判断），生成快速建模包，推广应用。2）参数信息设计：参数信息设计的实现过程就是确定影响模型构件的主驱动参数，并以主驱动参数为中心在各参数间建立函数约束关系，最终将参数信息转化为模型图元，部分信息设置为参数信息的过程。参数化信息模型构件以模型存档信息并作为信息的载体，通过对模型某一参数信息的改变，自动完成模型相关部分的参变，从而实现信息对模型的驱动，完成参数化信息模型构件的创建。3）excel表单参数信息设计：excel表单用于存储装配桥梁工程各构件满足参数化设置要求，相似的形制特征及内部结构决定了桥梁工程的装配形式。桥梁模型的装配过程主要是处理构件尺寸关系及空间位置关系，通过excel中的构件名称与revit族文件的一致性准确获取目标构件，以里程桩号及线路坐标对构件位置进行准确定位，完成对桥梁模型的整体装配。由于手动装配速度过慢、装配误差偏大，故很多学者对自动化装配进行了大量研究1，主要集中在图形相似度研究、装配特征分析、装配关系描述等方面。以上研究较好地实现了对机械零件的组装2，提高了装配效率，而在桥梁模型自动化装配方面的研究工作较少。然而桥梁模型参数化的设置、构件化的装配以及特征化的组合方式决定了对构件实施自动化装配的必然性，故本文利用python语言以dynamo二次开发技术为基础，以里程起点和终点桩号、主路线的坐标控制构件装配位置，并通过族文件中构件实体的调用及装配表单中相应参数信作者简介：韩婷婷（1989），女，硕士，工程师。通信地址：陕西省西安市新城区金花北路406号（710032）。电子邮箱：收稿日期：2022-09-23数字建造DIGITAL CONSTRUCTION建筑施工第45卷第1期161过程中各构件的名称、里程桩号、参数信息及旋转角度等参数信息，在计算机编程环境下通过自动调用.xls文件的参数信息完成各参数名与参数值间的一一映射，最终确定各构件的装配坐标及装配顺序，完成路线建立、桥墩、桥台参数族布设及参数调整。4）装配信息的自动化提取：通过运行.dfy文件自动调用桥梁构件的参数化信息，自动提取相应构件，同时调用excel表单，定位各构件的空间装配位置，在平面位置、立面层高及装配坐标的控制下实现桥梁模型构件的自动化装配。如图1所示，通过调用.dfy程序、.xls文件的参数信息，以桥梁模型构件的自动化装配总体流程完成构件装配工作，同时实现对单体构件的完整性验证。载入快速建模包载入excel模板文件使用路线生成节点路线坐标表起、终点里程表路线曲线允许的长度误差使用路线长度判断节点是否符合要求否检查坐标表是是箱梁、桥面布设表使用箱梁、桥面铺设节点使用放置墩柱节点下部结构布设表使用旋转节点下部结构参数表使用桥台、墩柱调参节点旋转的角度图1 自动化装配总体流程示意2 构件信息的标准化研究信息的标准化强调的是彼此元素之间的关联性，是实现构件参数化建模最重要的一步，也是能否实现自动化装配的关键，其中信息的标准化包括几何信息及非几何信息的标准化，几何信息包括尺寸信息、空间位置信息、常量参数信息。非几何信息包括构件命名信息、材质信息、装配信息等。通过定义模型元素的主驱动参数为固定参数，细部驱动参数为可变参数，并在主驱动参数与细部驱动参数之间建立函数约束关系，实现通过修改主驱动参数完成对细部驱动参数的参变，最终实现全信息模型下构件的参变3-5。如图2所示（以墩柱的参数设置为例），将垫石间距、垫石高、盖梁长作为主驱动参数，其余参数设为细部驱动参数，通过调整主驱动参数完成对细部参数的调整，确保垫石高度根据盖梁的坡度自动调整。在参数化模型基础上，将构件的所有参数信息输入excel表单中的相应工作表中，并与参数模型形成参数联动 图2 墩柱的参数设置关系，任何调用此表单并利用.dfy快速建模包完成自动化装 配的构件，必须将参数信息与excel表单同步修改，否则将不能完成模型构件的自动化装配。3 自动化装配关键技术研究桥梁构件的自动化装配在Revit环境下进行，Dynamo可视化编辑程序为自动化装配图形数据库提供功能基础6-8，借助python语言强大的编程能力完成对“组装参数”调用及对各关键点快速建模包的开发。通过调用excel表单各构件参数，提取目标构件，并读取excel表单中主线路线坐标参数，来定位各构件的空间坐标、装配顺序。最终在计算机编程环境下完成对桥梁构件的自动化装配。其中主要包括：线路布置、装配参数设计及装配信息的自动化提取。3.1 excel表单参数信息设计excel表单作为程序的输入端口，承担着程序能否正确运行的重任，因此表单中的信息需包含程序运行所需的所有参数并以Sheet形式分类存储，如：模板表说明、起点终点桩号、主线路线、支线路线、墩柱桩号布设、桥墩参数调整、桥台参数调整、现浇箱梁轮廓等，每个Sheet中的参数根据项目实际可进行动态调整，涉及调参程序运行的Sheet，需保证对应族中的参数名和Sheet中的参数名保持一致，以单箱双室桥梁自动化装配过程中墩柱、桥台、箱梁的部分构件为例，设计excel表单参数信息，如表1所示。桥梁模型按照其构件的装配位置及构成形式可分为桥墩、桥台、桥面箱梁三大类。在构件的自动化装配过程中以主、支路线坐标和墩柱桩号布设坐标确定构件装配位置。一级坐标采用路线坐标点控制模型整体装配位置，以墩柱桩号定位桩点，同时结合构件的旋转角度完成对构件装配基点的准确定位。表1 excel表单参数信息设计单位：mm族名iziy垫石长垫石间距垫石高度盖梁上端长盖梁下部长盖梁变截面处高盖梁宽 盖梁高挡墙高点高挡墙高点宽挡墙低点宽挡墙宽墩柱间距墩柱半径墩柱高 桩径桩长一号桥墩 2280025001201210091006009001500600250350400600035090004001000二号桥墩 2280025001201230093006009001500600250350400600035095004001000三号桥墩 2280025001201250095006009001500600250350400600035093004001000四号桥墩 2280025001201250095006009001500600250350400600035080004001000五号桥墩 2280025001201250095006009001500600250350400600035087004001000韩婷婷、门俊、刘欣:基于BIM的桥梁模型自动化装配技术研究20231Building Construction1623.2 路线的创建及准确性验证提取路线坐标并将其录入excel标准表单中，其中X/Y/Z轴坐标点为固定装配基点，如图3所示，外部参数文件通过Data.Import excel函数将数据传入编写好的Python Script程序中进行运算并将结果分类导出至Revit中，来完成对桥梁路线的定位。以Dynamo程序提取excel表单中的路线参数，生成路线模型，如图4所示，并根据桥梁模型路线的空间位置关系，设置误差判断参数，同时借助python编程语言完成从路线平面位置到空间位置的校核与判断。图3 路线点的录入 图4 路线点的提取利用路线生成程序在自动生成路线过程中，通过输入三维坐标样本生成Nurbs（Non-Uniform Rational B-Splines）曲线模型，与路线设计时使用的曲线生成函数不同，故路线从二维图纸到三维模型的自动化创建过程中会产生长度误差。这个误差会根据Nurbs曲线的精度变化而变化，精度越高误差值越低。Nurbs曲线的精度会受到坐标样本的数量及Degree（度数）影响，本程序的Degree是默认值（Degree的值越高越圆滑），因此影响精度的主要因素是坐标样本数量，数量越多精确度越高。故根据模型精度要求，在使用路线生成程序后要用路线误差值判断程序对该路线模型精度进行校核，其原理是通过对模型曲线的长度和图纸中路线总长度进行比较，模型精度越高比较结果就越小，通过输入规范的误差数值，来判断结果是否在规范范围内。运行结果以颜色表现，如显示红色表示结果在规范范围以外，需检查输入的坐标是否有误或坐标数量过少需增加样本数