如何便捷的将桥梁平面设计成果转化为BIM模型

随着BIM技术在工程设计领域的深入应用，BIM软件的专业化开发需求也更加迫切。目前的普遍情况是，国内专业软件完成设计任务能力强，而处理BIM模型和信息能力弱；而国外BIM软件则正好相反。正所谓“国内软件上不了天，国外软件落不了地”。

BIM为工程行业带来了很多便利，但在实际应用过程中也存在着很多问题。主要有以下几个方面：第一，BIM属于新兴事物，从业人员大多都是刚刚接触不久，然而想要制定科学合理的BIM应用方案，必须要深入了解BIM的理论知识，掌握核心的BIM软件并熟练操作，还必须有足够的工程建设经验。第二，BIM技术应用规模受限。目前，很多规模不大的设计施工单位仍然采用传统的手绘图纸和平面CAD，再加上科技水平落后，管理模式陈旧，这种现象很难转变，使得BIM技术很难得到推广。第三，缺乏合适的工具，将设计人员生成的二维设计图纸转化为BIM模型，导致设计人员想要创建BIM模型时，必须重新进行设计。

针对上述BIM应用过程中的问题，有必要开发一款能快速完成桥梁建模的BIM软件。但从无到有开发一个BIM桥梁设计系统，需要调研、设计、开发、测试等一系列工作，时间和资金成本都很高。而开发基于桥梁专家系统的BIM模块，则会大幅缩减开发周期与成本。所以，我们以Revit为基础平台，通过分析公路桥梁工程的设计成果（桥梁专家系统的项目文件），实现批量快速化创建公路桥梁BIM模型，并绘制了系统架构图。

系统架构图

我们的设计思路，是以Autodesk Revit为基础平台，通过对桥梁专家系统的项目文件进行解析，利用数字化的桥梁工程信息，建立组件化编程模型，驱动Revit自动化建立桥梁BIM模型，并生成模型的几何和非几何属性信息。

桥梁专家系统是一款成熟的桥梁设计软件，经过多次修改与历次更新，现已支持创建各种常规桥梁，可以创建T梁、小箱梁、空心板等主梁和圆柱墩、方柱墩、薄壁墩、空心墩、U台、肋板台、承台分离式台、桩柱式台等多种墩台形式。

公路桥梁BIM设计系统，按照上述设计思路实施开发，采用符合习惯的输入方式，可以通过自动解析生成并输出三维模型以及BIM信息等。该软件用户界面比较简洁，上部为工具栏，左侧为项目树结构面板，中间为模型预览区。软件上手容易，操作简便，几乎没有学习成本。公路桥梁BIM设计系统通过采用Autodesk Revit二次开发技术、参数化模型设计、组件化编程等关键开发技术，使桥梁专家系统的平面设计成果，直接转化为BIM模型，解决了如何方便快捷的桥梁的平面设计成果转化为BIM模型的难题。 

参数化模型设计

参数化设计是Autodesk公司提出的课题，它不仅可使模型设计具有交互式功能，还使模型具有自动完善的功能。目前，它是设计领域内的一个重要的且待进一步研究的课题。在Autodesk Revit中，Revit族是某一类别中图元的类，是根据参数（属性）集的共用、使用上的相同和图形表示的相似来对图元进行分组。通过族可以实现参数化模型的创建。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统，可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，大大提高设计速度，并减少信息的存储量。

公路桥梁BIM设计系统中的图形参数化处理和设计过程如下：在对标准模型进行处理的过程中，首先对模型中几何元素的几何拓扑和约束关系进行分析，提取出模型中主要的定形、定位或装配尺寸作为自定义变量，即桥梁设计时的相关设计参数，并且建立起几何图形的尺寸、位置信息与这些设计参数之间的函数关系，实现参数与模型中的几何图形相互关联，完成模型参数化处理。

组件化编程模型

近年来，各大游戏引擎在开发过程中，普遍使用组件化编程模型。相比面向对象编程模型，可以更好地处理游戏中各类对象的动态组合和变化。通过借鉴组件化编程模型，可以解决桥梁上构主梁与下构桥墩之间动态组合难题。公路桥梁BIM设计系统的组件化编程模型，由节点、几何约束和参数三个类组成，每个节点就是一个组件，可包含多组几何约束；每个几何约束又可以包含一到多个参数。通过修改几何约束中的参数，使节点中的所有相关尺寸随之变动，从而实现自动更改整个模型。几何约束是在几何实体之间施加的约束关系，包括尺寸约束（如距离、长度等）和拓扑约束（如平行、垂直、重合等）。

一个BIM桥梁模型，是由一系列基本几何元素构成。这些基本几何元素包括点、直线、圆、圆弧及抛物线等。从设计图纸中提取一组几何约束或多组几何约束，并从几何约束中提取参数，从而构造一个有机的几何约束系统。通过这些集合约束系统，建立起组件化模型，实现桥梁构件之间的动态组合与变化。

中交二公院公路桥梁BIM设计系统，采用了本文所述的思路，在多个项目公路工程BIM设计项目中得到应用，并取得了良好的效果，极大地减少了桥梁建模所需的工作量。 

通过公路桥梁BIM设计系统的研发，解决了如何方便快捷地将桥梁平面设计成果转化为BIM模型的难题，最终实现了快速桥梁建模的目标。克服了手动建模耗时长、易出错的痛点，为BIM技术与现有设计软件相结合，提高设计效率提供了参考。相信通过进一步应用与探索，一定能更好地发挥BIM技术的优势，使之成为推动行业发展的新动力。