基于Dynamo的连续刚构桥自动建模及监控数据可视化*

孙东坡

(中铁十九局集团华东工程有限公司，浙江 余姚 315499)

连续刚构桥受力较复杂，目前大部分连续刚构桥建模均利用有限元软件来实现，如ANSYS，MIDAS、桥梁博士等，但这些有限元软件无法实现自动建模，同时桥梁受力状态的监控数据也无法实现可视化。近年来，国内外学者提出了基于BIM技术的二次开发来实现桥梁监控数据的可视化，并取得了一定研究成果，但对于连续刚构桥自动建模及监控数据可视化的研究相对较少。为此本文提出利用Dynamo软件对Revit进行二次开发，实现连续刚构桥自动建模，确定施工监控数据与模型的关联方式，研究主梁线形监控可视化与应力监控可视化2大模块的可视化方式。

1.1 自动建模流程

通过Excel，录入连续刚构桥关键数据，以单箱梁为例，横截面数据包括梁高度、底板厚度、腹板厚度、顶板厚度及倒角尺寸；
纵截面数据包括里程及各梁段长度。“梁序号/名称”自动建模时的意义为起始截面，相应行数据的意义为该截面尺寸，且为方便自动建模与之后施工监控部分数据的处理，各梁段梁名称格式要统一，如“1号墩-10号块-小桩号”。

通过Dynamo软件对Excel表格中数据进行处理，实现自动建模。可采用的建模方式有2种：①通过几何方式，定点、连线、成面、成体的方式编辑Dynamo；
②通过自建族方式及限制参数的方法，批量创建模型，以达到自动建模的目的。前一种方法优点在于可使模型抛物曲线更光滑，而后者则是以直代曲，但缺点在于模型不利于赋予参数，且操作自由度低，易遇到各类问题。2种建模方式分别如图1，2所示。

图1 几何法自动建模示例

图2 自建族法自动建模示例

1)Excel数据导入Dynamo软件 Excel数据导入Dynamo软件会产生空值，需用“List.Clean”节点处理。利用“List.Deconstruct”节点拆分各列值，包括起始里程、里程、箱梁长度、梁序号/名称、梁高度、底板厚度、顶腹倒角、底腹倒角。通过一定运算统一单位，由于录入时，部分为m，mm，而在BIM模型中使用cm更合适，也更贴合于实际项目。

2)字符拆分处理 如顶腹倒角数据为200× 40，属于字符型数据，需通过“String.Split”节点将数据拆分为200，40。

3)自动建模及数据处理 Revit自建梁族参数调整好后，确定点位置，通过“FamilyInstance.ByPoint”节点在相应点批量放置自建族，通过“Element.SetParameterByName”节点赋予参数的同时即可完成自动建模。

1.2 自动建模实例

以某实际连续刚构桥为例，主桥共3跨，跨度分别为50，80，50m，为预应力混凝土连续刚构桥，箱梁断面采用单箱单室直腹板断面，箱梁顶板宽16.5m、底板宽8.75m、悬臂长度3.875m。箱梁高度与一般情况下的梁高计量方法相同(箱梁顶面至底面距离)，箱梁根部梁高为5.0m，跨中及边跨合龙段、边跨现浇段梁高处截面变为2.5m，其余梁底下缘按1.8次抛物线变化。0号块底板厚100cm，各梁段底板厚从悬臂根部(1，2号墩0号块)至悬浇(跨中合龙段或边跨合龙段)最大悬臂由80～32cm按1.8次抛物线变化，跨中及边跨合龙段底板厚为30cm，边跨现浇段底板厚由30～80cm线性变化。对于箱梁顶板厚度，0号块为50cm，其余为30cm。对于箱梁腹板厚度，0号块为110cm，1～4号梁段腹板厚度为85cm，6～7号梁段腹板厚度为70cm，9～10号梁段腹板厚度为50cm，5号梁段腹板厚度由85～70cm按线性变化，8号梁段腹板厚度由70～50cm按线性变化，现浇段腹板厚度为80cm。1，2号墩采用双薄壁墩，2个薄壁截面尺寸相同，均为纵截面方向长1.3m，横截面方向长8.75m，2个薄壁中心距为2.4m。承台厚度为4.0m，基础采用10根直径为1.8m钻孔灌注桩，主墩桩基按摩擦桩设计。该连续刚构桥施工监控组进场时，施工方已进入到2号块施工，因此，后续施工监控数据会从2号块开始，采用挂篮施工。某连续刚构桥导入Dynamo软件中的Excel部分数据如图3所示，自动建模效果如图4所示。

图3 某连续刚构桥Excel数据

图4 某连续刚构桥自动建模效果

2.1 主梁线形及应力监控测点布置

2.1.1线形监控测点布置

在每个施工节段上布置2个对称的高程观测点和1个轴线高程观测点，不仅可测量箱梁挠度，还可同时测量箱梁是否发生扭转变形。各节段标高测点平面及横断面布置如图5所示。

图5 标高测点平面及横断面布置

2.1.2应力监控测点布置

由于施工监控组进场时，施工方已进入2号块施工，因此，应力监控从最靠近0号块的2号块开始，选取2号块前段(C，D，H，I截面)、6号块前段(B，E，G，J截面)、边跨合龙段(A，K截面)、中跨合龙段(F截面)处布置应力监测断面，传感器布置在各截面上，如图6所示。

图6 应力监控测点布置

2.2 主梁线形及应力监控数据处理

2.2.1Excel数据提取及Revit模型数据提取至Dynamo软件

Revit模型中数据均通过“Parameter.ParameterByName”节点提取，主要包括梁段名称及各族位置数据。通过“String.Remove”节点对字符格式调整。从Revit提取模型信息时，提取出的数据按自动建模时建模顺序排列，而线形监控数据与其顺序、涉及的梁段均不同，因此，需通过一定处理，使数据相互匹配。以模型数据顺序为基准，将线形监控数据进行逐个比对，利用“List.ContainsItem”节点筛选出线形监控数据中涉及到的梁段，利用“If”节点、“List.Reverse”节点返回正确顺序的值。

2.2.2应力监控数据筛选分类

与线形监控不同的是，应力监控需改动数据的节段较少，55个梁段中只有11个节段(1号墩-2号块-大桩号、1号墩-2号块-小桩号、1号墩-6号块-大桩号、1号墩-6号块-小桩号、1号墩-边跨合龙段、中跨合龙段、2号墩-边跨合龙段、2号墩-2号块-大桩号、2号墩-2号块-小桩号、2号墩-6号块-大桩号、2号墩-6号块-小桩号)，因此，所有数据可置于Excel同一工作表内处理。通过“String.Contains”节点与“List.FilterByBoolMask”节点数据区分为1号墩、中跨合龙段、2号墩数据。

筛选应力监控数据并调整顺序，以匹配Revit模型中数据顺序。上一步筛选完成后，继续将应力监控数据按“工况”进行筛选并排序。

2.3 监控数据与BIM模型数据关联

数据处理完成后，通过简单的自建族，赋予监控数据。所包含的参数与Excel中参数相同，包括监测梁段、测点编号、浇筑前标高、浇筑后标高、张拉后标高、浇筑前后差值、张拉前后差值、张拉前后理论计算差。线形监控自建族及参数如图7所示。

图7 线形监控自建族及参数

应力监控数据直接关联至相应梁段中，且分为顶板和底板，自建族中也应按顶板和底板将12种工况排列，将外部数据赋入模型内部，应力监控自建族及参数如图8所示。

图8 应力监控自建族及参数

3.1 主梁线形监控可视化

对处理好的数据进行筛选，通过双If结构判定3种颜色的赋予情况，并通过“Element.OverrideColorInView”节点赋予测点红、橙、绿3种颜色，实现主梁线形监控可视化。按图6中测点布置，在相应位置放置“监测点族”，自建族向上偏移一定距离，防止与模型重合的同时可具有一定操作性。

对数据进行一定处理，按颜色辨别合格与否，按设置数值或规范将数据分为3个等级，合格、中等、不合格，分别对应绿色、橙色、红色，其中合格与否的判定主要通过“张拉前后差值”一栏是否符合“张拉前后理论差值”一栏中的数值，而中等的判定则是将“张拉前后差值”精确到0.1后是否与“张拉前后理论差值”相等，若相等则为橙色，这样可避免特殊测点数据被忽视。

该连续刚构桥1，2号墩线形监控可视化效果分别如图9,10所示，各测点合格与否显而易见。

图9 1号墩线形监控可视化效果

图10 2号墩线形监控可视化效果

3.2 主梁应力监控可视化

对处理好的数据进行筛选，对于每个测控截面(测控梁段)，各种工况下均符合要求才判定为合格。编码思路为各工况下符合要求则返回布尔值ture，且所有工况下均返回ture值时，该梁段输出ture值，表示合格。

在颜色判别及赋予部分利用“Element.GetParameterValueByName”节点，完成开关可视化选项卡的功能，利用“Element.OverrideColorInView”节点完成颜色赋予，实现主梁应力监控可视化。

由于应力点在内部，无法直观地看出来，可在BIM模型中，通过相应梁段颜色变化，来实现应力监控数据可视化。应力监控数据较重要，因此只有合格与不合格两种等级，分别通过绿色和红色进行可视化，区分应力情况，如图11所示。

图11 应力监控可视化效果

线形监控可视化可通过删除“监控点族”来取消可视化效果，但应力监控可视化通过改变梁段颜色来实现可视化效果，需关闭可视化选项卡。在自动建模时使用的参数梁中添加“应力监控数据可视化”一栏来开启和关闭可视化效果。由于要应用到所有梁，则选择“类型”，而不选择“实例”。关闭应力监控可视化后，将以灰色显示，可辅助梁段之间的区分。

1)利用Dynamo软件对Revit进行二次开发，比较几何法自动建模及自建族法自动建模两种方法，并引入工程实例验证了自建族法自动建模可行性。

2)研究了施工监控数据在Excel，Dynamo中的处理方法，确定了施工监控数据与模型的关联方式，并实现了数据与模型关联。

3)从可视化方式和实现相应可视化方式的Dynamo编码2部分进行探讨研究，确定线形监控通过放置自建族并覆盖颜色可视化，而应力监控通过直接覆盖箱梁颜色可视化。

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