技术领域
[0001] 本发明属于桥梁三维建模领域，具体地说，涉及一种基于Revit的预应力混凝土连续梁桥构件与钢筋一体化建模方法及系统。
相关背景技术
[0002] 预应力混凝土连续梁桥具有刚度大、变形小、整体性和抗震性能好的优点，在桥梁工程中得到广泛应用，由于，预应力混凝土连续梁桥的桥跨结构采用预应力混凝土建造，利用钢筋预张力的反力，可使混凝土在受载前预先受力，所以，其建模过程较为复杂，需要对桥梁各构件、钢筋及预应力钢筋进行细致的建模，导致传统手动建模速率低。随着信息技术的发展，传统的建模方式已经难以满足当今快速发展的需求。
[0003] 有鉴于此特提出本发明。
具体实施方式
[0079] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
[0080] 实施例一：
[0081] 请参阅图1‑16所示，在本实施例中提供了一种基于Revit的预应力混凝土连续梁桥构件与钢筋一体化建模方法，包括：
[0082] S1：根据图纸信息将各类桥梁按照其结构特点进行模块化分解，分解成相应的上部结构、下部结构以及其他构件；
[0083] S2：明确各构件的控制参数以及结构关系，控制参数包括尺寸、形状、材质和数量；
[0084] S3：使用Revit API函数中Point类和VS C#将界面轮廓角点用桥梁尺寸表示出来，再借助Revit API函数中newSweptBlend类和Extrusion类创建预应力混凝土连续梁桥各构件族并定义其参数；
[0085] 基于newSweptBlend函数创建箱梁族，具体方法如下：
[0086] S3.1.1：变截面参数转换：基于点、线、面的思想，将主梁截面尺寸信息转换为主梁截面内外轮廓角点坐标，依据Line.CreateBound()方法将交点坐标依次连接，进而勾勒主梁变截面轮廓；
[0087] S3.1.2：梁模型建模：针对变截面箱梁左右截面不同的结构特点，在VS平台进行快速建模时需要收集不同截面的参数信息，梁模型具体建模方法如下：
[0088] S3.1.2.1：按照方法变截面参数转换的过程，将左右不同截面控制点坐标通过截面尺寸信息表示出来，并进行连接生成截面轮廓；
[0089] S3.1.2.2：根据实际工程确定节块的长度并将梁中心线作为放样融合路径；
[0090] S3.1.2.3：将左右截面和梁中心线输入至SweptBlend类中NewSweptBlend()方法，该方法将通过放样融合路径以及左右截面的轮廓生成变截面箱梁模型；
[0091] S3.1.3：模型属性设置：采用FamilyParameter类中AddParameter()方法，将Revit软件自带材料属性与主梁模型绑定，实现主梁属性添加；
[0092] S3.1.4：模型交互界面展示：通过WPF窗口收集主梁参数信息，通过MVVM模型将主梁参数信息与Revit模型参数进行绑定，确保界面与模型之间的同步更新，实现一键生成式建模，梁模型创建效果如图2所示。基于Extrusion函数创建下部结构模型，具体方法如下：
[0093] S3.2.1：桩基础快速建模：桩基础模型主要分为承台和桩基两部分，其建模重难点在于桩位如何依据承台尺寸进行控制；通过判断桩基中心距和承台尺寸之间的大小关系来确定桩基位置，具体判断方法如下：
[0094] S3.2.1.1：计算桩基行列数：采用int()方法将承台尺寸与桩基中心距比值强制转换为整数，得出行列数，桩模型创建效果如图3所示；
[0095] S3.2.1.2：计算行列偏移量：通过承台尺寸减去桩直径乘以列数得出两侧间距，并采用判断语句判定，确保两侧间距不小于预设值；S3.2.2：柱式墩模型快速建模：在桩基础快速建模的基础上对柱式墩模型进行参数化建模，柱式墩模型创建效果如图4所示。S3.2.3：重力式桥墩模型快速建模：重力式桥墩建模难点在于对墩帽和墩身的连接，以及对墩身的划分建模，创建效果如图5所示。S4：通过钢筋尺寸和反三角函数创建的空间向量与Revit API中HermiteSpline类相结合生成光滑曲线，并借助Revit API中DirectShape类创建平面预应力钢筋族，采用测点的思想间接生成空间曲线点，借助Revit中Dynamo插件读取空间曲线点生成空间预应力钢筋族；
[0096] 基于CreateFormCurves类创建桥梁参数化钢筋族，在Revit软件中，钢筋的创建需要宿主模型，选择宿主位置线及相应坐标来确定钢筋位置，过程如下：
[0097] S4.1.1：获取箱梁位置线，在Revit软件中，梁的位置线可以通过梁的位置线来确定，梁的位置线就是梁上表面的中心线，通过梁上中心线可以确定箱梁的位置及两端坐标点；
[0098] S4.1.2：通过梁体位置线创建钢筋，创建完位置线后，对钢筋的创建，创建钢筋在已经创建的位置线基础上，根据位置线的路径来创建钢筋，同时定义钢筋的型号和弯钩参数，CreateFormCurves类各参数含义如表1所示。
[0099] 表1：CreateFormCurves类参数含义
[0100]
[0101] 为了方便用户批量创建同样的钢筋，使用SetLayoutAsFixedNumber()函数快速创建钢筋，该函数的各参数具体含义如表2所示。
[0102] 表2：SetLayoutAsFixedNumber()参数含义
[0103]参数 参数含义
NumberOfBarPositions 钢筋根数
arrayLength 钢筋分布长度
barOnNormalSide 钢筋是否在钢筋平面的同一侧
includeFirstBar 第一根钢筋是否显示
includeLastBar 最后一根钢筋是否显示
[0104] 基于HermiteSpline曲线创建平面预应力钢筋族，HermiteSpline曲线控制参数如图6所示，具体方法如下：
[0105] S4.2.1：曲线控制点收集：根据预应力钢筋图纸信息，将预应力钢筋端点和拐点坐标通过数学运算以及实际工程位置总结出来并集中收集到Excel表中；
[0106] S4.2.2：平面预应力钢筋模型快速建模，方法如下：
[0107] S4.2.2.1：首先将预应力钢筋直线段和曲线段拆分开，在VS平台中分别建模；
[0108] S4.2.2.2：将直线段或曲线段端点坐标与端点向量确定出来，对于直线段和曲线段交点处需用相同端点箱梁进而实现平滑连接；
[0109] S4.2.2.3：将端点坐标和向量输入至HermiteSpline曲线式中创建HermiteSpline曲线并作为预应力钢筋的中心线；
[0110] HermiteSpline曲线式如下：
[0111] H(t)＝(2t3‑3t2+1)p0+(t3‑2t2+t)T0+(‑2t3+3t2)P1+(t3‑t2)T1；
[0112] 式中，t代表参数；P0和P1代表曲线起点和终点；T0和T1代表曲线在P0和P1处的切线方向。
[0113] HermiteSpline曲线公式推导如下：
[0114] 位置插值：
[0115] 对于位置插值，假设H(0)＝P0，H(1)＝P1代入HermiteSpline曲线公式中得到H(0)＝P0，所以，第一项系数为1，其余为0。
[0116] 切线方向插值：
[0117] 对于切线方向，将H(t)关于t进行求导，并代入t＝0和t＝1，得到H`(0)＝1和H`(1)＝1。若想H`(0)＝1和H`(1)＝1，需要调整切线方向插值的部分，在原公式中乘以t使得t＝0时导数为T0，t＝1时导数为T1。
[0118] 由于预应力钢筋端点切线方向在实际工程中并不会直接给出，因此需要结合预应力钢筋尺寸和反三角函数来实现角度的创建，并将创建的角度值代入到XYZ()中创建切线向量。
[0119] S4.2.2.4：通过Arc.Create()方法创建预应力钢筋截面轮廓，并将该轮廓和HermiteSpline曲线传入至NewExtrusion()方法中实现预应力钢筋的创建，顶板束模型展示如图8所示，底板束模型展示如图9所示。基于Civil3D+Dynamo创建空间预应力钢筋族，具体方法如下：
[0120] S4.3.1：根据图纸信息，把空间曲线预应力钢筋平弯和竖弯图分解成多个线段，并且把线段的起点和终点坐标收集到Execl表中；
[0121] S4.3.2：在Civil3D中用生成路线和纵断面的方法，把预应力钢筋的平弯和竖弯曲线画出来；
[0122] S4.3.3：在Civil3D中通过路线和纵断面相结合生成道路并且导出由测站点生成的坐标点报告；
[0123] S4.3.4：使用Dynamo读取导出的坐标点报告生成空间曲线预应力钢筋，Dynamo读取坐标点流程如图10所示，部分空间预应力钢束模型如图11所示。
[0124] S5：通过VS平台的WPF窗口中添加控件用于控制桥梁构件参数，在WPF窗口中ViewModel类和INotifyPropertyChanged接口实现了数据绑定功能；
[0125] S6：调试程序并依托于某特大桥对该方法进行应用与展示。
[0126] 为分析所提及预应力混凝土连续梁桥快速建模方法的可行性及快速建模程序的有效性，以某特大桥为例开展应用研究，该桥为单箱单室预应力混凝土连续梁，跨径布置为(85+160+85)m，具有直腹板、变截面、变高度、箱梁顶部具有双向横坡和各节段截面高度、底板厚度等按照1.8次抛物线变化的特点(如图12所示)，具体方法如下：
[0127] S6.1：通过预应力混凝土连续梁桥各构件的几何参数和拉伸、放样等建模函数，将桥梁上部结构、下部结构以及钢筋的快速建模过程编译出来；
[0128] S6.2：通过WPF创建用户对接窗口，并于桥梁各构件建模过程进行对接；
[0129] S6.3：Revit软件要求编译出快速建模Ribbon区，并通过.dll文件的形式将快速建模程序载入到Revit软件中，并按照图纸中实桥的几何信息将模型快速建出。
[0130] 实施例二：
[0131] 请参阅图1‑16所示，在本实施例中提供了一种基于Revit的预应力混凝土连续梁桥构件与钢筋一体化建模系统，包括：
[0132] 分解模块：分解模块用于根据图纸信息将各类桥梁按照其结构特点进行模块化分解，分解成相应的上部结构、下部结构以及其他构件；
[0133] 构件明确模块：构件明确模块用于明确各构件的控制参数以及结构关系，控制参数包括尺寸、形状、材质和数量；
[0134] 梁桥构件族创建模块：梁桥构件族创建模块用于使用Revit API函数中Point类和VS C#将界面轮廓角点用桥梁尺寸表示出来，再借助Revit API函数中newSweptBlend类和Extrusion类创建预应力混凝土连续梁桥各构件族并定义其参数；
[0135] 梁桥钢筋族创建模块：梁桥钢筋族创建模块用于通过钢筋尺寸和反三角函数创建的空间向量与Revit API中HermiteSpline类相结合生成光滑曲线，并借助Revit API中DirectShape类创建平面预应力钢筋族，采用测点的思想间接生成空间曲线点，借助Revit中Dynamo插件读取空间曲线点生成空间预应力钢筋族；
[0136] 控件添加模块：控件添加模块用于通过VS平台的WPF窗口中添加控件用于控制桥梁构件参数，在WPF窗口中ViewModel类和INotifyPropertyChanged接口实现了数据绑定功能；
[0137] 应用展示模块：应用展示模块用于调试程序并依托于某特大桥对该方法进行应用与展示。
[0138] 该方法与系统在特定大桥项目中得到应用与验证，展示了其实用性和有效性。
[0139] 实施例三：
[0140] 测试结果如图13所示，该图展示了由快速建模程序生成的连续梁桥上部结构：图13(a)展示了部分号块和0号块的细节，并且清晰展示出上部结构直腹板、变截面变高度、箱梁顶部具有双向横坡的特点；而图13(b)展示了主桥箱梁变截面箱梁建模界面，从界面中可以看出使用者只用将两个不同的界面参数输入进去即可，并不用手动创建，大幅度提高了建模速率，通过上述结果可以证明快速建模程序克服了因预应力混凝土连续梁桥上部结构繁多且复杂造成的建模速率缓慢的问题，实现了连续梁桥上部结构的快速建模。
[0141] 测试结果如图14所示，该图展示了由快速建模程序生成的连续梁桥下部结构模型。通过以上建模步骤，实现了桥梁下部结构桥墩‑承台‑桩基一体化族的创建，为适应同类型的工程本文通过WPF技术创建出可视化窗口并把桥梁下部结构控制参数展示在界面中，通过用户的输入进行实时收集，然后类库中的代码通过读取相应的数据来进行创建模型，跟传统的手动建模比起来，快速建模程序克服了因桩基个数繁多且需手动布置导致的建模效率低等问题，大幅度的提高了建模速率。
[0142] 快速建模程序将桥梁模型创建出来后，通过快速建模程序中的“自动配筋”功能，将桥梁构造钢筋进行创建以及布置。然后通过Civil3D和Dynamo相结合完成预应力钢筋族和空间曲线预应力钢筋的创建，最后通过读取Execl数据将预应力钢筋族进行布置，结果如图14所示。
[0143] 测试结果如图15所示，该图展示了由快速建模软件生成连续梁桥构造钢筋模型。从图中可以看出由于钢筋量非常大，所以布置及绘制钢筋的工作量很大，通过创建出可视化窗口并把桥梁构造钢筋控制参数展示在界面中，通过用户的输入进行实时收集，然后类库中的代码通过读取相应的数据来进行创建模型，并且可以通过识别桥梁模型进行快速布置，跟传统手动创建钢筋相比，快速建模程序节省了因布置钢筋而产生的大量时间。
[0144] 测试结果如图16所示，该图展示了通过快速建模软件生成的预应力钢筋模型。通过创建出可视化窗口并把桥梁预应力钢筋控制参数展示在界面中，通过用户的读取Execl进行实时收集，然后类库中的代码通过读取相应的数据来进行创建模型并布置。跟传统手动建模相比，快速建模程序实现了空间预应力钢筋的创建以及大幅度提升了预应力钢筋的建模速率。
[0145] 由表3可知，通过Revit传统建模方法对预应力混凝土连续梁桥进行建模会耗费大量时间，运用预应力混凝土连续梁桥快速建模程序可将建模时间提升80％以上，证明了本文所提出的基于Revit与VS C#的连续梁桥快速建模方法克服了因传统的手动建模导致了桥梁BIM模型建模过程中出现的效率低问题，并且通过实例可以看出本文提出的预应力混凝土连续梁桥快速建模程序具有一定的稳定性和适用性，具有良好的工程实用性。
[0146] 表3：桥梁各构件族建模时间对比表
[0147]
[0148] 此方法基于Revit API函数、VS C#编程和WPF窗口，利用几何尺寸和三维向量来表示构件几何特征的三维空间坐标点，运用三维空间坐标点将桥梁各构件截面勾勒出来并借助RevitAPI函数和C#语言实现桥梁各构件及钢筋的快速建模，并运用HermiteSpline曲线和空间向量来创建平面预应力钢筋族，同时，通过WPF编写快速建模程序窗口，实现人机交互，此方法解决了因预应力混凝土连续桥梁构件、钢筋数目繁多等问题导致了传统的手动建模速率低的问题并且借助此方法与Civil3D相结合克服了Revit中不能创建空间曲线预应力钢筋的问题；
[0149] 利用Revit API和VS C#进行预应力混凝土连续梁桥程序开发，采用newSweptBlend、Extrusion、CreateFormCurves和HermiteSpline曲线实现了预应力混凝土连续梁桥中变截面箱梁、下部结构、构造钢筋和平面预应力钢筋的快速建模，解决了预应力混凝土连续梁桥建模过程中各构件、钢筋及预应力钢筋因参数化建模效率低且缺乏良好交互界面的问题；
[0150] 效仿Civil 3D软件中道路测点的思想，将空间预应力钢筋平弯和竖弯比作道路平面图和立面图，通过在Civil 3D中生成道路的方式创建空间曲线，并生成空间曲线测站点，利用Revit软件中Dynamo插件读取测站点的形式实现了空间曲线预应力钢筋在Revit平台中的创建，解决了Revit软件中创建空间预应力钢筋困难的问题，该方法与系统在特定大桥项目中得到应用与验证，展示了其实用性和有效性。
[0151] 本发明不局限于上述实施方式，任何人应得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
