搜索基于CATIA高級(jí)知識(shí)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(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
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(jí)知識(shí)工程功能在國(guó)家體育場(chǎng)之鳥(niǎo)巢、水電工程之錦屏一級(jí)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(jì)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(duì)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(jì)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(jià)。
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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Comput—er AidedDesign,CAD)產(chǎn)品一樣,通過(guò)編程訪問(wèn)CATIA(Computer-AidedThree-dimensional InteractiveApplication)對(duì)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(guò)操縱CATIA,創(chuàng)建、修改CATIA環(huán)境和幾何形體的數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)到同一類型數(shù)據(jù)快速創(chuàng)建;但這一方法對(duì)于不精通編程語(yǔ)言的設(shè)計(jì)人員來(lái)講是比較困難的,CATIA內(nèi)嵌的PKT語(yǔ)言便可提供更加方便、快捷的創(chuàng)建方法。
2 CATIA高級(jí)知識(shí)工程技術(shù)
CATIA產(chǎn)品知識(shí)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(yàn),避免因?yàn)楝F(xiàn)有設(shè)計(jì)太復(fù)雜或難以理解,而無(wú)法重現(xiàn)的設(shè)計(jì)所帶來(lái)的重復(fù)性勞動(dòng)。不需要技能方面的編程資源,就可以實(shí)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(shí)工程和捕捉中來(lái)。
對(duì)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(kāi)放設(shè)計(jì)方法和規(guī)則內(nèi)部的智力資產(chǎn)的前提下,將設(shè)計(jì)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(shí)。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(guò)程,本文提出以下鋼筋創(chuàng)建流程(見(jiàn)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(hào)鋼筋,需要針對(duì)這一型號(hào)鋼筋大樣進(jìn)行鋼筋輪廓設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)出該鋼筋的用戶特征;在設(shè)計(jì)用戶過(guò)程中,需要條理清晰,設(shè)計(jì)意圖明確,用最穩(wěn)定、最簡(jiǎn)單的輸入條件創(chuàng)建出用戶特征;在定義用戶特征時(shí)需要定義好該鋼筋的型號(hào)標(biāo)識(shí),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(yǔ)言調(diào)用該鋼筋用戶特征來(lái)生成鋼筋,更改鋼筋形狀輪廓或構(gòu)建參數(shù)。
圖1 鋼筋建模流程圖
4 項(xiàng)目實(shí)例
以某號(hào)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(wàn)級(jí)以上,利用普通的三維建模方式非常耗時(shí)耗力,而且普通計(jì)算機(jī)難以承受這種建模結(jié)果;利用CATIA高級(jí)知識(shí)工程可順利解決這一建模問(wèn)題,并且針對(duì)這些數(shù)量巨大的鋼筋只需一個(gè)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(hào)的鋼筋。
4.1 鋼筋骨架
CATIA骨架設(shè)計(jì)是指對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行充分理解和分解后,結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程運(yùn)用主要線框控制元素對(duì)整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的總體控制,形成類似樹(shù)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(jì)方法。將已建立的骨架模型中的草圖、設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)各零部件設(shè)計(jì)所需的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)等參考信息均來(lái)自同一個(gè)骨架模型。要?jiǎng)?chuàng)建墩身頂部鋼筋,可以根據(jù)該橋墩截面圖(見(jiàn)圖2、圖3)以及三維橋墩實(shí)體來(lái)確定鋼筋的骨架(見(jiàn)圖4)。在此過(guò)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(jì)要求。
圖2 某橋墩半正身截面圖
圖3 截面網(wǎng)
圖4 橋墩鋼筋墩頂骨架圖
4.2 鋼筋用戶特征
CATIA產(chǎn)品知識(shí)模板將設(shè)計(jì)知識(shí)集成到創(chuàng)建的特征、零件、裝配模板中,通過(guò)使用正確的輸入和幾何參照對(duì)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(jì)工作。
在鋼筋骨架確定后,即可創(chuàng)建各型號(hào)鋼筋。根據(jù)橋墩鋼筋布置圖中該部位的鋼筋大樣(見(jiàn)圖5),結(jié)合鋼筋骨架創(chuàng)建鋼筋的用戶特征(見(jiàn)圖6);在創(chuàng)建用戶特征過(guò)程中,需明確設(shè)計(jì)目標(biāo)以及簡(jiǎn)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。
圖5 鋼筋大樣示意圖
圖6 某型號(hào)鋼筋用戶特征示意圖
4.3 CATIA知識(shí)工程語(yǔ)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(yǔ)句如下文所示。在編寫調(diào)用鋼筋用戶特征語(yǔ)句過(guò)程中,要明確該類鋼筋的型號(hào)標(biāo)識(shí)和生成后在CATIA模型樹(shù)上放置的位置;完成各類鋼筋的用戶特征后,分別執(zhí)行對(duì)應(yīng)的PKT語(yǔ)句,生成該橋墩頂部鋼筋的三維模型(見(jiàn)圖7)。
圖7 某型號(hào)鋼筋三維模型圖
5 結(jié)語(yǔ)
本文結(jié)合工程實(shí)例中橋墩鋼筋模型的創(chuàng)建積極探索了CATIA高級(jí)知識(shí)工程在BIM橋梁中的應(yīng)用,結(jié)果表明CATIA高級(jí)知識(shí)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(duì)不定數(shù)量的對(duì)象設(shè)計(jì)進(jìn)行特征自動(dòng)構(gòu)建的設(shè)計(jì)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(gè)設(shè)計(jì)方法可以快速構(gòu)建特征,如何來(lái)利用創(chuàng)建出來(lái)的特征以及統(tǒng)計(jì)這些特征的某些屬性(如:數(shù)量、重量、長(zhǎng)度、類型等信息)在BIM技術(shù)中實(shí)現(xiàn)價(jià)值還得深入研究。
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