基于CATIA高級知識工程在BIM橋梁鋼筋建模中的應(yīng)用

2016-11-27  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

本文以某項目為工程背景,針對該工程橋梁三維模型中橋墩鋼筋的創(chuàng)建過程,介紹CATIA高級知識工程在BIM橋梁鋼筋建模中的應(yīng)用。此應(yīng)用方法可快速創(chuàng)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜橋墩內(nèi)不同型號的鋼筋,較一般的三維建模方法來講更為快捷、方便,很大程度上提高了設(shè)計人員的工作效率,也為后續(xù)在虛擬施工仿真、施工工藝指導(dǎo)、施工信息化等方面提供了重要的基礎(chǔ)信息。

1 概述

達(dá)索CATIA V5系統(tǒng)是航空、汽車、機(jī)械及建筑等領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的CAD/CAM/CAE軟件系統(tǒng),其高級知識工程功能在國家體育場之鳥巢、水電工程之錦屏一級水電站、航天工程之波音飛機(jī)等都得到了很好的應(yīng)用。橋梁是跨越天然或人工障礙物而修建的建筑物,目前其二維圖紙是橋梁專業(yè)的習(xí)慣交付成果,二維出圖方式與建筑業(yè)相比更為復(fù)雜,加之橋梁設(shè)計與線路、地形和地質(zhì)結(jié)合緊密,很多地方二維圖紙表達(dá)方式更為明晰。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在橋梁施工方面,傳統(tǒng)的二維圖紙表達(dá)已經(jīng)很難滿足工程單位對橋梁建造質(zhì)量、施工安全以及后期運(yùn)維管理的需要;工程單位將充分利用電子計算機(jī)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)有效的管理,在施工技術(shù)中,將不斷引用新技術(shù)和高效率、高功能的機(jī)具設(shè)備,借以提高質(zhì)量、縮短工期、降低造價。

要利用三維的方式將其表達(dá)清晰,表達(dá)更為形象,并為建模信息模型(BuildingInformation Model—ing,BIM)提供更多的可取信息,更加要取決于三維建模的方式。當(dāng)然同多數(shù)計算機(jī)輔助設(shè)計(Comput—er AidedDesign,CAD)產(chǎn)品一樣,通過編程訪問CATIA(Computer-AidedThree-dimensional InteractiveApplication)對象利用進(jìn)程外的腳本,在CATIA運(yùn)行的情況下,外部程序可以通過操縱CATIA,創(chuàng)建、修改CATIA環(huán)境和幾何形體的數(shù)據(jù)來達(dá)到同一類型數(shù)據(jù)快速創(chuàng)建;但這一方法對于不精通編程語言的設(shè)計人員來講是比較困難的,CATIA內(nèi)嵌的PKT語言便可提供更加方便、快捷的創(chuàng)建方法。

2 CATIA高級知識工程技術(shù)

CATIA產(chǎn)品知識模板(Product KnowledgeTern—plate,PKT)允許用戶方便的和交互式的捕捉工程技術(shù)方法,以進(jìn)行高效的重用。PKT幫助企業(yè)共享最佳經(jīng)驗,避免因為現(xiàn)有設(shè)計太復(fù)雜或難以理解,而無法重現(xiàn)的設(shè)計所帶來的重復(fù)性勞動。不需要技能方面的編程資源,就可以實現(xiàn)上述功能,這樣就確保了企業(yè)中所有工程師都能參與到知識工程和捕捉中來。

對工作在擴(kuò)展供應(yīng)鏈中的企業(yè)而言,這將使他們能在不開放設(shè)計方法和規(guī)則內(nèi)部的智力資產(chǎn)的前提下,將設(shè)計數(shù)據(jù)傳遞給合作伙伴,而合作伙伴還能利用到這些內(nèi)在的知識。PKT允許交互式創(chuàng)建特征、零件和裝配模板,這些模板中包含幾何描述、關(guān)聯(lián)的參數(shù)和關(guān)系,以備相關(guān)重用。

3 鋼筋建模流程

為更加明確鋼筋創(chuàng)建過程,本文提出以下鋼筋創(chuàng)建流程(見圖1)。根據(jù)鋼筋創(chuàng)建流程,在創(chuàng)建或引用橋墩三維模型的骨架后,即可根據(jù)骨架創(chuàng)建各類鋼筋。創(chuàng)建某一型號鋼筋,需要針對這一型號鋼筋大樣進(jìn)行鋼筋輪廓設(shè)計,設(shè)計出該鋼筋的用戶特征;在設(shè)計用戶過程中,需要條理清晰,設(shè)計意圖明確,用最穩(wěn)定、最簡單的輸入條件創(chuàng)建出用戶特征;在定義用戶特征時需要定義好該鋼筋的型號標(biāo)識,輸出該鋼筋的形狀輪廓及主要構(gòu)件參數(shù),便于后續(xù)PKT語言調(diào)用該鋼筋用戶特征來生成鋼筋,更改鋼筋形狀輪廓或構(gòu)建參數(shù)。

4 項目實例

以某號橋墩墩身頂部鋼筋創(chuàng)建為例,鋼筋的種類達(dá)30余類,鋼筋總數(shù)在數(shù)萬級以上,利用普通的三維建模方式非常耗時耗力,而且普通計算機(jī)難以承受這種建模結(jié)果;利用CATIA高級知識工程可順利解決這一建模問題,并且針對這些數(shù)量巨大的鋼筋只需一個模板,根據(jù)需要改變其形狀輪廓和鋼筋構(gòu)建參數(shù)即可快速創(chuàng)建結(jié)構(gòu)復(fù)雜橋墩內(nèi)不同型號的鋼筋。

4.1 鋼筋骨架

CATIA骨架設(shè)計是指對設(shè)計產(chǎn)品進(jìn)行充分理解和分解后,結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計流程運(yùn)用主要線框控制元素對整個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的總體控制,形成類似樹干狀的控制結(jié)構(gòu),并建立有效的參數(shù)信息傳遞框架及設(shè)計方法。將已建立的骨架模型中的草圖、設(shè)計基準(zhǔn)、幾何特征、相關(guān)參考等參考發(fā)布并復(fù)制到各零部件的設(shè)計中,這樣就可以將骨架模型中的信息共享到零部件中,從而實現(xiàn)各零部件設(shè)計所需的設(shè)計基準(zhǔn)等參考信息均來自同一個骨架模型。要創(chuàng)建墩身頂部鋼筋,可以根據(jù)該橋墩截面圖(見圖2、圖3)以及三維橋墩實體來確定鋼筋的骨架(見圖4)。在此過程中,注意鋼筋創(chuàng)建后與墩身最外層凈保護(hù)層的厚度需滿足設(shè)計要求。

圖2 某橋墩半正身截面圖

4.2 鋼筋用戶特征

CATIA產(chǎn)品知識模板將設(shè)計知識集成到創(chuàng)建的特征、零件、裝配模板中,通過使用正確的輸入和幾何參照對參數(shù)進(jìn)行修改,能很好地適應(yīng)各種需求,快速完成重復(fù)設(shè)計工作。

在鋼筋骨架確定后,即可創(chuàng)建各型號鋼筋。根據(jù)橋墩鋼筋布置圖中該部位的鋼筋大樣(見圖5),結(jié)合鋼筋骨架創(chuàng)建鋼筋的用戶特征(見圖6);在創(chuàng)建用戶特征過程中,需明確設(shè)計目標(biāo)以及簡化用戶特征的輸入條件,根據(jù)定義鋼筋骨架的基礎(chǔ)上合理創(chuàng)建本鋼筋大樣的用戶特征。

4.3 CATIA知識工程語句及鋼筋構(gòu)建成果

結(jié)合鋼筋骨架以及鋼筋用戶特征,參照橋墩鋼筋布置圖編寫該類鋼筋的PKT執(zhí)行語句如下文所示。在編寫調(diào)用鋼筋用戶特征語句過程中,要明確該類鋼筋的型號標(biāo)識和生成后在CATIA模型樹上放置的位置;完成各類鋼筋的用戶特征后,分別執(zhí)行對應(yīng)的PKT語句,生成該橋墩頂部鋼筋的三維模型(見圖7)。

圖7 某型號鋼筋三維模型圖

5 結(jié)語

本文結(jié)合工程實例中橋墩鋼筋模型的創(chuàng)建積極探索了CATIA高級知識工程在BIM橋梁中的應(yīng)用,結(jié)果表明CATIA高級知識工程有效地解決形狀類似、數(shù)量較多的三維模型的創(chuàng)建,形成了一套對不定數(shù)量的對象設(shè)計進(jìn)行特征自動構(gòu)建的設(shè)計方法,可以良好地為BIM技術(shù)研究及應(yīng)用提供重要的基礎(chǔ)信息。當(dāng)然是用這個設(shè)計方法可以快速構(gòu)建特征,如何來利用創(chuàng)建出來的特征以及統(tǒng)計這些特征的某些屬性(如:數(shù)量、重量、長度、類型等信息)在BIM技術(shù)中實現(xiàn)價值還得深入研究。

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