馬佰鈺 王子茹

(大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116024)

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·計算機技術(shù)及應(yīng)用·

基于Revit斜拉橋建模研究

馬佰鈺 王子茹*

(大連理工大學(xué)建設(shè)工程學(xué)部，遼寧 大連 116024)

采用Revit API類庫在Revit平臺上進行二次開發(fā)，并結(jié)合JTG D65—01—2007公路斜拉橋設(shè)計細(xì)則，按照橋梁構(gòu)件類型，在Revit視圖中通過參數(shù)化建模，生成了斜拉橋各部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型，該研究為斜拉橋三維可視化設(shè)計提供了新方法。

Revit，二次開發(fā)，斜拉橋，參數(shù)化設(shè)計

斜拉橋是將主梁用許多拉索直接拉在索塔上的一種橋梁。由于其受力性能好等特點，在橋梁工程中得到了越來越多的應(yīng)用。目前的橋梁設(shè)計一般側(cè)重于橋梁結(jié)構(gòu)的分析和計算，大都缺乏對橋梁設(shè)計成果的三維直觀表現(xiàn)。文獻[1]通過對AutoCAD進行二次開發(fā)編寫了參數(shù)化橋梁建模程序。文獻[2]采用VC++融合OpenGL的圖形技術(shù)參數(shù)化建模，完成了斜拉橋主要單元的模型構(gòu)建?，F(xiàn)階段Revit軟件正在應(yīng)用于建筑行業(yè)，但用于橋梁的不多，應(yīng)用于橋梁設(shè)計的Revit建模主要依賴于菜單欄命令，需要逐步進行，操作繁瑣，工作量大且易出錯。Revit具有強大的二次開發(fā)功能，應(yīng)用Revit API可以有效解決這個問題。

本文在已有研究成果基礎(chǔ)上，結(jié)合斜拉橋結(jié)構(gòu)的特點和BIM技術(shù)的優(yōu)勢，以斜拉橋的索塔為例，應(yīng)用Revit API實現(xiàn)具有對索塔的快速建模功能，使之快速生成多種形狀的斜拉橋索塔以及其他構(gòu)件。使用參數(shù)化建模的方式提高了索塔建模的準(zhǔn)確性和設(shè)計效率。

1 Revit二次開發(fā)流程

本文基于Visual Studio 2010集成開發(fā)平臺，使用C#編程語言，通過API接口對建模功能實現(xiàn)擴展。程序開發(fā)主要分成建模功能的實現(xiàn)及用戶界面的生成。

1.1 程序開發(fā)流程

Revit二次開發(fā)需要遵循API的應(yīng)用流程[3]，程序設(shè)計步驟如圖1所示[4]。創(chuàng)建模型的過程在Execute()方法里實現(xiàn)。通過XYZ()確定節(jié)點坐標(biāo)，MakeLine()函數(shù)創(chuàng)建線段，再通過NewSweptBlendForm()和NewExtrusionForm()函數(shù)來實現(xiàn)放樣融合和拉伸命令，完成元模型的建立。

1.2 界面生成及插件模塊設(shè)計

首先創(chuàng)建自定義按鈕，需要通過IExternal Command接口派生類來實現(xiàn)兩個接口：OnStartup和OnShutdown。在這個接口函數(shù)里創(chuàng)建需要的Ribbon控件，可以在“附加模塊”選項卡中添加下拉菜單和按鈕功能，在Revit啟動時，點擊按鈕生成對話框輸入?yún)?shù)生成模型。

該插件共定義六種常用斜拉橋常用部分模型類，包括：主梁、索塔、橋墩、橋臺、橋索、欄桿(如圖2所示)。在用戶界面中創(chuàng)建六組下拉菜單(如圖3所示)，每組菜單中包含一到兩種斜拉橋各部分的不同種類，用戶通過輸入控制參數(shù)來生成模型。

2 斜拉橋各部分模型構(gòu)建

2.1 建模思想

任何三維模型都可以分解為點、線、面、體等多個層次。兩點確定直線，線和線確定面，面和面圍成體，因此點是最基本、最關(guān)鍵的幾何元素。本文以斜拉橋索塔為例研究其建模過程。斜拉橋索塔是由塔座、塔身和塔頭三部分組成，先確定關(guān)鍵點的坐標(biāo)，由點連成線，通過線生成面，通過融合和拉伸命令最大程度擬合斜拉橋索塔外形輪廓。

如圖4所示，本程序根據(jù)斜拉橋索塔的結(jié)構(gòu)幾何特點[5]，確定建立斜拉橋索塔模型所需的主要控制參數(shù)有塔角距(C1)、塔腳處截面長度(L1)等。

2.2 參數(shù)化建模

1)點坐標(biāo)變換及模型生成方法。根據(jù)規(guī)范雙塔斜拉橋索塔高與主跨比宜選用0.18～0.25，獨塔斜拉橋的塔高與主跨比宜選用0.30～0.45，并宜使邊索與水平線夾角控制在25°～45°左右，首先通過四個點坐標(biāo)創(chuàng)建塔座下截面，再通過傾角確定上截面的點坐標(biāo)。

例如：下截面A1點坐標(biāo)為(C1/2-L1/2，0，0);

上截面A點坐標(biāo)為((C1/2-L1/2+L1+H1×k1/180)-L2,0,H1)。

其中，k1=tan(PI×(A1-90)/180),如圖5所示。

通過makeline()方法使這兩個點生成一條線段，依次創(chuàng)建截面的四個坐標(biāo)點，由線生成面，使用放樣融合命令NewSweptBlendForm()生成體。

塔頭部分使用拉伸命令NewExtrusionForm()生成體。三個部分組合在一起生成索塔模型。

2)參數(shù)傳遞。把控制參數(shù)與生成對話框中的參數(shù)一一對應(yīng)，通過輸入不同的參數(shù)，生成不同形狀的索塔模型。

3)索塔族的創(chuàng)建與對構(gòu)件賦材質(zhì)。Revit針對常用構(gòu)件提供族的功能。開發(fā)一個面向?qū)ο蟮臉蛄汗こ蘎evit建模系統(tǒng)。在Revit系列軟件里就是族的概念。

索塔族的創(chuàng)建與對構(gòu)件賦材質(zhì)步驟如下：

a.將生成的內(nèi)建模型保存為內(nèi)建族；

b.選中內(nèi)建族，在屬性欄中選材質(zhì)，出現(xiàn)關(guān)聯(lián)族參數(shù)窗口；

c.添加參數(shù)并命名；

d.點擊族類型，就可以給體量加材質(zhì)。

3 應(yīng)用實例

以某地斜拉橋索塔為例，根據(jù)《公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范》及以往設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)構(gòu)模型初選如下：塔腳距為5.4 m，塔腳處截面長度和寬度分別為1.2 m和2.2 m，塔腳到墩頂?shù)木嚯x8.4 m，塔座傾角100°,墩頂?shù)街袡M梁的距離15 m，塔身傾角81°，墩頂處截面長度和寬度分別為1.2 m和2.2 m，塔身中橫梁處截面長度和寬度分別為1.2 m和2.2 m，墩底橫梁高1.6 m，墩底下橫梁寬度2.2 m，中橫梁到塔頸的距離10 m，塔頸截面長度和寬度分別為1.2 m和2.2 m，塔頭截面長度和截面寬度分別為1.4 m和2.2 m，塔頸高1 m，塔頭高1 m。啟動Revit 2014，新建概念體量。在“附加模塊”選項板上選擇加載完成的索塔插件，點擊“索塔”。將設(shè)計參數(shù)輸入彈出對話框。圖6為塔座參數(shù)輸入對話框。

待程序運行加載后生成索塔模型如圖7所示。按此方法完成其他構(gòu)件的建模，從而實現(xiàn)整橋的可視化表達。

該模型還可以通過“族編輯器”載入到項目中，進而可生成施工圖，完成設(shè)計(本文略)。

4 結(jié)語

本文結(jié)合斜拉橋各結(jié)構(gòu)模型的特點，介紹了在Revit平臺上斜拉橋參數(shù)化建模的流程及關(guān)鍵技術(shù)，并以典型索塔為例，實現(xiàn)了斜拉橋索塔結(jié)構(gòu)的快速建模，按此方法，可以快速實現(xiàn)對其他構(gòu)件的建模，最后實現(xiàn)大橋的整體三維表達。該方法與以往建模方法相比，具有設(shè)計速度快，能提高設(shè)計效率的特點。本項研究為BIM技術(shù)在橋梁設(shè)計上的應(yīng)用作了有益的探索。

[1] 陳一駿,王月華,曹 菲,等.橋梁虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的設(shè)計[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2005(8)：100-103.

[2] 扈春霞,王子茹.基于OpenGL的參數(shù)化斜拉橋三維可視化的研究[J].江漢大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008(2):47-49.

[3] Autodesk Asia Pte Ltd.Autodesk?Revit?二次開發(fā)基礎(chǔ)教程[M].上海:同濟大學(xué)出版社,2015:27-35.

[4] 丁曉宇，王子茹.基于Revit二次曲面網(wǎng)殼參數(shù)化建模的研究[J].山西建筑，2016,42(15):256-258.

[5] 扈春霞.斜拉橋三維可視化的研究[D].大連:大連理工大學(xué),2008.

Realize parametric modeling of cable-stayed bridge based on Revit

Ma Baiyu Wang Ziru*

(FacultyofInfrastructureEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)

The paper carries out secondary development by applying Revit API library and Revit platform, combines with JTG D65—01—2007HighwayCable-StayedBridgeDesignSpecifications, carries out parametric modeling in Revit view according to bridge component types, and develops the cable-stayed bridge structure component model, which has provided new methods for the cable-stayed bridge three-dimensional visualization design.

Revit, secondary development, cable-stayed bridge, parametric design

1009-6825(2017)11-0257-02

2017-02-08

馬佰鈺(1989- )，女，在讀碩士

王子茹(1955- )，女，博士，博士生導(dǎo)師，教授

TP317.4

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