CN103942361A - 三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法及模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法及模块，该方法包括：根据承载结构和支撑管子确定所选用支吊架的型式，所述型式包括由生根点与自由点描述的支吊架图形；根据所述生根点的所在位置类别结合承载结构确定支吊架平面；在所述支吊架平面中，将按所述型式确定的边界线的交点定为自由点，所述边界线与支撑管子的截面相切；由所述自由点结合支吊架的型式在承载结构上确定支吊架的生根点；由各个自由点和生根点之间的距离关系计算支吊架的外形尺寸，由所述自由点和生根点的位置坐标计算支吊架所在的位置。本发明可以实现三维流程工厂设计中支吊架位置和尺寸的自动计算。

Description

三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法及模块

技术领域

本发明涉及计算机技术，具体涉及一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法及模块。

背景技术

支吊架是对管道起支撑和约束作用的支架和吊架的统称，在实际的流程工厂中，支吊架对于保证整个工厂中的管道和设备长期安全地运行具有非常重要的意义。在支吊架安装设计过程中，设计人员需要根据承载结构和支撑管子的几何和工程属性，计算支吊架的外形尺寸和安装位置，以实施具体的安装设计流程。

目前的流程工厂设计已普遍采用三维模型软件，在其设计的一部分——三维支吊架的设计过程中，需要设计人员人工计算支吊架的部分外形尺寸和安装位置。由于支吊架型式繁多，而且三维空间定位复杂，以人工计算的形式来进行三维模型软件中的支吊架设计不仅导致设计效率低下，而且错误率很高。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法及模块，本发明可以实现三维流程工厂设计中支吊架位置和尺寸的自动计算。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法，其特征在于，该方法包括：

根据承载结构和支撑管子确定所选用支吊架的型式，所述型式包括由生根点与自由点描述的支吊架图形；

根据所述型式中生根点的所在位置类别结合承载结构确定支吊架平面；

在所述支吊架平面中，将按所述型式确定的边界线的交点定为自由点，所述边界线与支撑管子的截面相切；

由所述自由点结合支吊架的型式在承载结构上确定支吊架的生根点；

由各个自由点和生根点之间的距离关系计算支吊架的外形尺寸，由所述自由点和生根点的位置坐标计算支吊架所在的位置。

优选地，所述支撑管子为外径为固定值的圆管，其在三维模型为直径为所述固定值的圆柱体。

优选地，所述型式还包括用于根据生根点和自由点确定支吊架结构的若干个已知或用户设定的参数。

优选地，所述生根点的所在位置类别包括梁侧、梁底、柱侧、柱中心和地面。

一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算模块，其特征在于，该模块包括：

支吊架型式确定子模块，用于根据承载结构和支撑管子确定所选用支吊架的型式，所述型式包括由生根点与自由点描述的支吊架图形；

支吊架平面确定子模块，用于根据所述生根点的所在位置类别结合承载结构确定支吊架平面；

自由点确定子模块，用于在所述支吊架平面中，将按所述型式确定的边界线的交点定为自由点，所述边界线与支撑管子的截面相切；

生根点确定子模块，用于由所述自由点结合支吊架的型式在承载结构上确定支吊架的生根点；

支吊架结构计算子模块，用于由各个自由点和生根点之间的距离关系计算支吊架的外形尺寸，由所述自由点和生根点的位置坐标计算支吊架所在的位置。

优选地，所述支撑管子为外径为固定值的圆管，其在三维模型为直径为所述固定值的圆柱体。

优选地，所述型式还包括用于根据生根点和自由点确定支吊架结构的若干个已知或用户设定的参数。

优选地，所述生根点的所在位置类别包括梁侧、梁底、柱侧、柱中心和地面。

（三）有益效果

本发明至少具有如下的有益效果：

本发明引入了支吊架中生根点和自由点的概念，根据承载结构和支撑管子自动计算这两种点的位置，从而以此确定整个支吊架的主体架构（位置和尺寸）；再配合预先确定好的支吊架型式，完成具体情形下三维支吊架设计。因此将本发明通过计算机程序或其他形式实施，就可以实现三维流程工厂设计中支吊架位置和尺寸的自动计算。与人工计算相比，本发明精度高、速度快，对于三维流程工厂设计而言可以提高设计效率，降低设计成本。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例中一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法流程图；

图2和图3是本发明一个实施例中生根点所在位置类别与支吊架平面对应关系示意图；

图4是本发明一个实施例中简化的流程工厂模型示意图；

图5是本发明一个实施例中所选型式对应参数化图形描述文件的图形化示意图；

图6是本发明一个实施例中计算自由点的示意图；

图7是本发明一个实施例中计算生根点的示意图；

图8是本发明一个实施例中一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算模块的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例提出了一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法，参见图1，该方法包括：

步骤101：确定承载结构、支撑管子和所选用支吊架的型式；

步骤102：根据承载结构和所选用支吊架的形式计算支吊架平面；

步骤103：在所述支吊架平面中，将按所述型式确定的边界线的交点定为自由点，所述边界线与支撑管子的截面相切；

步骤104：由所述自由点的位置结合支吊架的型式在承载结构上确定支吊架的生根点；

步骤105：由各个自由点和生根点之间的距离关系计算支吊架的外形尺寸，由所述自由点和生根点的位置坐标计算支吊架所在的位置。

本方法的应用场景为三维流程工厂设计中的三维支吊架设计。本方法具体来说就是要在已知承载结构（起承载作用的结构）和支撑管子（被承载的工厂管路）的情况下，在已有的三维流程工厂模型中构建指定型式的支吊架三维模型，其主要包括三维支吊架的位置、形状和尺寸的计算。

这里所说的“型式”具体指支吊架的类型，每一个型式都对应一个由多个参数描述的支吊架图形，所用参数的内容包括对生根点和自由点的描述（包括其在实体结构中的位置、对承载结构或支撑管子的类型或位置要求等等），和表示图形中各个尺寸的变量（在一定范围内可变的尺寸参量，也可以由生根点和自由点坐标计算得到）和常量。这里所说的生根点为支吊架生根于承载结构的位置点，自由点是在所述支吊架平面中，按型式确定的与支撑管子的截面相切的边界线的交点。一般在实施过程中，会将所有可能用到的型式以支吊架数据库的形式存储在计算机中。而支吊架数据库是以行业公知的支吊架标准图集为基础，将其参数参量化描述而预先生成的，其属于现有技术，是本领域技术人员容易实现的，在此不再赘述。

另外，在对生根点的描述中包括生根点的类型，也就是生根结构的类型，或者说其在承载结构上的位置类型。比如，承载结构主要包括梁和柱，根据材质又分为钢结构梁、钢结构梁柱、混凝土梁和混凝土梁柱，其中混凝土梁柱一般为方形柱状型式，钢结构梁柱均有标准的截面型式。在确定了承载结构的前提下，可以从梁、柱的三维模型中提取到有界平面作为生根面，所述生根点须为生根面上的一点。

首先，在步骤101中，所述确定承载结构、支撑管子是在确定具体的问题情景，其主要包括确定需要被承载的支撑管子和对应的承载结构，具体包括两者的相对位置关系、具体的承载位置和承载结构可提供的生根面类型。在本发明中，被承载的支撑管子被限定为外径一定的支撑管子（三维模型一般设定为圆柱体），以适应所述三维流程工厂这一应用场景。另一方面，确定所述所选用支吊架的型式是在指定这一情景下所选用支吊架的型式，从而具体的应用问题就确定了，而所需要求解的就是所选用支吊架的各个生根点和自由点的位置，即其在三维模型中的坐标。

在求解问题时，首先需要计算的是所选用支吊架在三维模型中所在的平面，其生根点和自由点都在该平面上，称为支吊架平面。其定义为支吊架局部坐标系中的YOZ平面，为支吊架支撑管子的区域所在的平面，一般垂直于支撑管子。步骤102实际解决的就是这一问题。一般情况下，在确定了承载结构和生根点所在位置类别（包括在支吊架型式中）后，支吊架平面的确定是本领域内技术人员容易实现的。比如出于工程方面考虑，在未设定具体承载位置时一般会取承载结构几何体或几何面的中心点或中心线、以及与支撑管子轴线垂直的平面作为确定支吊架平面的几何要素。在获得支吊架平面后，可以相应计算出支吊架坐标系。下表1给出了几种常见的生根点所在位置类别（型式中有所定义）对应的支吊架平面，其生根点所在位置类别与支吊架平面对应关系示意图参见图2。

表1常见生根点所在位置类别对应的支吊架平面

支吊架平面确定以后，在该平面上取承载结构和支撑管子的截面，并根据所选的支吊架型式选取一个可以包含全部支撑管子截面的最小边界。其形状应符合支吊架型式的规定，而构成边界图形的边界点，也就是与支撑管子截面相切的两条边界线的交点，就是所要求解的自由点。这一步骤也就是步骤103所说的将支撑管子在所述支吊架平面的边界点定为支吊架的自由点。

在步骤104中，根据自由点的位置坐标就可以获取生根点的坐标。其依据在于绝大多数支吊架的生根点在支吊架坐标系下，某个坐标轴上的坐标会等于一个自由点在该坐标轴上的坐标；而且生根点按照支吊架型式的定义，其应该在承载结构上。从而利用已得到的自由点向承载结构上的生根点所在有界平面的投影，其中就必然有满足该支吊架型式全部要求的生根点，通过对应的几何计算就能得到生根点的位置坐标。

确定了所有生根点和自由点后，支吊架的位置、形状和一些尺寸就被固定下来了（当然可能还存在一些型式中定义的变化参量，其不属于该情景下需要自动计算的范围，按照对应要求单独处理或按照默认情形进行处理即可）。步骤105实际上就是在进行具体的支吊架的参数计算——由各个自由点和生根点之间的距离关系可以计算得到支吊架的外形尺寸，由所述自由点和生根点的位置坐标可以计算得到支吊架所在的位置。

至此，本实施例提出的方法就完成了对三维流程工厂设计中支吊架位置和尺寸的自动计算，由于整个计算流程可以通过程序或其他形式的设计来自动完成，故可以极大地提高设计效率。

下面以一个具体情景的支吊架自动计算过程为例，来进一步说明本实施例提出的方法。参见图4，图中是一个简化的流程工厂模型，其主要包括建筑物、支撑管子、设备和支吊架等。下面就以图中右侧的支吊架为目标演示支吊架的自动计算过程，包括：

1、确定支吊架型式

通过交互界面从预先设定好的数据库中选择出对应的型式，该型式对应参数化图形描述文件的图形化示意图参见图5，该型式规定了所有关于该支吊架形状和尺寸的参数和参量，其中就有一些长度尺寸参量（如图中H1、L1等），和对该支吊架生根点和自由点的定义，包括生根点的类型（对应表1中的“梁侧”）、和对生根点与自由点与实体结构位置关系的描述。也就是记录了支吊架的三维图形如何绘制，以及其中“点”（生根点和自由点）和“尺寸“的定义。

2、确定承载结构和支撑管子

参见图1，该情景下的承载结构为建筑物的横梁，而支撑管子为其下方与横梁垂直的管子（图中只有一条支撑管子，下面计算时假设由有三条在不同高度上设置的三条平行管作为支撑管子）。

在三维模型中，该建筑物的混凝土梁抽象为一长方体，其表面上有六个有界平面（截取横梁的一段）。支吊架型式确定后，可以确定是生根于梁的底面或侧面（在生根点的描述中有说明），就可以进一步减少可用生根面的范围。所选支吊架应生根在梁测，则生根面为法向平行于Y轴的两个面。支撑管的三维模型为圆柱体，其具有数值已知的直径。

3、计算支吊架平面

根据所选型式中的生根点所在位置类别结合承载结构计算支吊架平面，在这里支吊架平面即为生根面所在的平面，也就是梁侧面所在平面。

4、计算自由点

在上面得到的支吊架平面中，在求得承载结构与支撑管子在支吊架平面上的截面后，取得可以包含全部支撑管子截面的最小边界。按所选型式，最小边界应该为除去一条边的矩形，这里找到的边界线如图6中的虚线所示。而边界线之间的交点就是所要找的自由点，图中也已经标明。可见，得到的边界点为与支撑管子截面圆相切的两条边界线的交点。

5、计算生根点

参见图7，与上文所叙述的一致，在支吊架平面上将自由点向承载结构上的提取的有界平面也就是生根面进行投影计算，就得到了多个可能是生根点的点的坐标。再结合该支吊架型式中对生根点的定义和描述，可以判断出图中偏左的点为所要计算的生根点。

6、计算位置和尺寸

支吊架的插入位置可以根据生根点的坐标计算，支吊架的尺寸可以根据生根点与自由点或自由点之间的距离计算。将计算得到的参数代入到所选的支吊架型式，就完成了该三维支吊架的设计。

自此就自动计算出了如图1所示的三维支吊架。可见，本发明实施例提出的方法自动完成了支吊架设计中的多项计算，极大的减少了三维流程工厂设计软件中支吊架设计人员的工作量，可以提高设计人员的设计效率，降低设计成本。

实施例2

本发明实施例提出了一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算模块，参见图8，该模块包括：

支吊架型式确定子模块801，用于根据承载结构和支撑管子确定所选用支吊架的型式，所述型式包括由生根点与自由点描述的支吊架图形；

支吊架平面确定子模块802，用于根据所述生根点的所在位置类别结合承载结构确定支吊架平面；

自由点确定子模块803，在所述支吊架平面中，将按所述型式确定的边界线的交点定为自由点，所述边界线与支撑管子的截面相切；

生根点确定子模块804，用于由所述自由点结合支吊架的型式在承载结构上确定支吊架的生根点；

支吊架结构计算子模块805，用于由各个自由点和生根点之间的距离关系计算支吊架的外形尺寸，由所述自由点和生根点的位置坐标计算支吊架所在的位置。

所述模块用于执行如实施例1所述的三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法，从而其具有对应的结构、功能和有益效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算方法，其特征在于，该方法包括：

根据承载结构和支撑管子确定所选用支吊架的型式，所述型式包括由生根点与自由点描述的支吊架图形；

根据所述型式中生根点的所在位置类别结合承载结构确定支吊架平面；

在所述支吊架平面中，将按所述型式确定的边界线的交点定为自由点，所述边界线与支撑管子的截面相切；

由所述自由点结合支吊架的型式在承载结构上确定支吊架的生根点；

由各个自由点和生根点之间的距离关系计算支吊架的外形尺寸，由所述自由点和生根点的位置坐标计算支吊架所在的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑管子为外径为固定值的圆管，其在三维模型为直径为所述固定值的圆柱体。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述型式还包括用于根据生根点和自由点确定支吊架结构的若干个已知或用户设定的参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生根点的所在位置类别包括梁侧、梁底、柱侧、柱中心和地面。

5.一种三维流程工厂设计中支吊架的自动计算模块，其特征在于，该模块包括：

支吊架型式确定子模块，用于根据承载结构和支撑管子确定所选用支吊架的型式，所述型式包括由生根点与自由点描述的支吊架图形；

支吊架平面确定子模块，用于根据所述生根点的所在位置类别结合承载结构确定支吊架平面；

自由点确定子模块，用于在所述支吊架平面中，将按所述型式确定的边界线的交点定为自由点，所述边界线与支撑管子的截面相切；

生根点确定子模块，用于由所述自由点结合支吊架的型式在承载结构上确定支吊架的生根点；

支吊架结构计算子模块，用于由各个自由点和生根点之间的距离关系计算支吊架的外形尺寸，由所述自由点和生根点的位置坐标计算支吊架所在的位置。

6.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述支撑管子为外径为固定值的圆管，其在三维模型为直径为所述固定值的圆柱体。

7.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述型式还包括用于根据生根点和自由点确定支吊架结构的若干个已知或用户设定的参数。

8.根据权利要求5所述的模块，其特征在于，所述生根点的所在位置类别包括梁侧、梁底、柱侧、柱中心和地面。