CN104778334A

CN104778334A - 基于catia的铁路用简支桥梁三维模型创建方法

Info

Publication number: CN104778334A
Application number: CN201510205898.0A
Authority: CN
Inventors: 冯川
Original assignee: SIMUTECH Inc
Current assignee: SIMUTECH Inc
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2035-04-28
Also published as: CN104778334B

Abstract

本发明涉及三维建模技术，其公开了一种基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，以提高设计质量和效率。本发明首先制定数据命名规则，杜绝零件编号重复，在有了严格的数据命名规则后，为更好的设计，还需要清晰的数据结构划分；然后进行骨架的搭建，为后续设计提供精确参考信息；接下来利用已创建好的骨架信息，建立相应的参数、函数制作出各部位各类型的模板，然后调用这些模板完成模型建立，同时可以将各部位的工程量、尺寸测出挂在相应模型下，最后在CATIA工程图模块完成二维出图。本发明适用于铁路用简支桥梁三维模型的快速、准确创建，为实际施工提供技术指导。

Description

基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法

技术领域

本发明涉及三维建模技术，特别涉及基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法。

背景技术

简支桥梁存在抗震力弱的问题，若搭建在超高墩台上，在超外力作用下，存在安全性较低等问题。而勘测设计是搭建简支桥梁的最重要的环节之一，它是工程施工的主要依据；设计质量的优劣和设计效率的高低直接关系着工程的质量、安全和效益。

传统的二维设计，存在效率低下，知识复用性低，设计更改繁琐等缺点，运用先进的三维设计技术可以提高桥梁的设计质量和效率、优化设计流程、提升设计信息的共享程度和知识重用性，从而大大提高勘测设计企业的综合竞争力。而一套良好的设计流程可以更进一步提升设计效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，以提高设计质量和效率。

本发明解决上述施工过程中技术问题所采用的方案是：基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，包括以下步骤：

a.定义数据命名规则；

b.进行数据结构划分；

c.创建铁路桥梁空间左线水平投影曲线，完成桥梁骨架搭建，求得各部位控制点，为各部位模型提供准确的参考信息；

d.利用已创建好的骨架信息，建立相应的参数、函数制作出各部位各类型的模板，然后调用这些模板完成桥梁模型的建立；

e.对各部位工程量、尺寸信息进行统计；

f.基于建立的桥梁模型进行工程出图。

进一步的，步骤a中，采用结构树形式对桥梁各部位模型进行命名：

线路代码-阶段代码-区间代码-工点代码-专业代码-细部结构代码-流水编码-类型代码-版次。

进一步的，步骤c中，在创建铁路桥梁空间左线水平投影曲线之前首先创建据勘测设计得到的参考点，参考此点建立相应坐标系，开始绘制空间左线水平投影曲线；

所述铁路桥梁空间左线水平投影曲线包括直线、圆弧和缓和曲线；其中直线通过设计提供的长度方向绘制；圆弧则依据其起始点和上游曲线在此点的法线方向参考圆弧半径绘制得到；缓和曲线的创建方式包括：

运用缓和曲线公式，分别创建x、y关于l的方程曲线，用混合曲线功能将两条方程曲线拟合为一条关于x、y、l的三元方程曲线，将其投影到xy平面即可得到所求的缓和曲线；

其中所述缓和曲线公式为：

x = l - \frac{l^{5}}{40 R^{2} l_{s}^{2}};

y = \frac{l^{3}}{6 {Rl}_{s}} - \frac{l^{7}}{336 R^{3} l_{s}^{3}};

其中，R为圆曲线半径；l_s为缓和曲线长度；l为曲线上某一点的测地距离。

进一步的，所述创建铁路桥梁空间左线水平投影曲线，完成桥梁骨架搭建的方式为：

将所有创建好的空间曲线及平面曲线接合为一条平面曲线A，将此平面曲线A沿竖直方向拉伸出一个曲面A′，在CATIA中运用展开功能，将曲面A′展开成一个平面曲面A″，再参考平面曲面A″绘制高程沿里程变化曲线，然后运用传送功能将此变化曲线折叠回最初得到的曲面A″，得到一条缩小了1000倍的空间左线B，然后将此空间左线B和平面曲线A参考勘测设计得到的参考点放大1000倍，即得到真实比例的的空间左线B′和空间左线水平投影平面曲线B″。最后再将勘测设计所提供的桥墩控制点在平面曲线B″上绘制出来，并创建平面曲线B″在这些点处的法向平面系，然后求得法向平面系与空间左线B的交点系。

进一步的，步骤e中，运用CATIA自带功能，测量得到各部位相关工程量、尺寸信息。

进一步的，步骤f中，所述基于建立的桥梁模型进行工程出图的方式是：

在CATIA的工程制图模块投影得到工程二维图纸。

本发明的有益效果是：

1)为铁路用简支桥梁三维模型创建创造了一套科学有序的管理和设计方案，为桥梁设计提供了一条简明的思路；

2)其中数据命名规则定义有利于数据的管理查询，并且能够杜绝在后续设计中零件编号重复的情况发生；

3)数据结构划分使数据结构形成一个规则的系统，它可以在模型树上将不同专业区分开来，使数据管理更加方便，模型建立流程更加清晰；

4)运用骨架设计思想结合参数化、函数化、模板化可以大大提升知识复用性，从而提高设计效率。后续建立的模型均和骨架信息关联，如果发生设计线路等设计更改，只需要更改骨架信息和相关参数，更新后就可以得到新的三维模型。模型创建好后可根据模型快速查询相关工程量、尺寸等信息。

5)利用三维模型可直接在CATIA工程图模块投影得到二维图纸，方便快捷。

附图说明

图1为本发明的铁路用简支桥梁三维模型创建方法流程图；

图2为采用结构树形式命名结构示意图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，以提高设计质量和效率。本发明首先制定数据命名规则，杜绝零件编号重复，在有了严格的数据命名规则后，为更好的设计，还需要清晰的数据结构划分；然后进行骨架的搭建，为后续设计提供精确参考信息；接下来利用已创建好的骨架信息，建立相应的参数、函数制作出各部位各类型的模板，然后调用这些模板完成模型建立，同时可以将各部位的工程量、尺寸测出挂在相应模型下，最后在CATIA工程图模块完成二维出图。

下面结合附图及实施例对本发明的方案作更进一步的描述：

如图1所示，本发明中的铁路用简支桥梁三维模型创建方法包括以下步骤：

A.定义数据命名规则；

B.进行数据结构划分；

C.创建骨架，求取各部位控制点：

即，创建铁路桥梁空间左线作为骨架，求得各部位控制点，为各部位模型提供准确的参考信息；

D.制作各部位的模板，调用模板完成模型建立：

即：利用已创建好的骨架信息，建立相应的参数、函数制作出各部位各类型的模板，然后调用这些模板完成桥梁模型的建立；

E.对各部位工程量、尺寸信息进行统计；

F.基于建立的桥梁模型进行工程出图。

实施例：

针对上述每一个步骤的具体实例如下：

A.定义数据命名规则；

对于数据命名规则我们提出了以下数据命名的原则：

(1)使CATIA文件获得唯一存储标识(PartNumber、文件名)；

(2)便于共享、可识别和使用；

(3)在保证设计需求的情况下，减少数据的冗余；

(4)便于追朔和进行版本的有效控制；

(5)便于识别同一部件模型的不同状态；

(6)文档名称与零件编号(PartNumber)名称一致；

(7)文件名只允许包含26个大写英文字母、10个阿拉伯数字及英文中划线“-”组成；

(8)结构树命名由33个字符(含8个中划线“-”)组成。

结构树命名规则示意参见图2，其各段代码释义如下：

(1)线路代码：3个字符，原则以线路名称的拼音首字母缩写表示，有重复编码时可以用数字替换；

(2)阶段代码：1个字符，如规划阶段、可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段、运营维护阶段可分别用不同的代码代替；

(3)区间代码：2个字符，依据实际线路进行站与站之间的区间划分和编码；

(4)工点代码：2个字符，依据具体线路，具体区间进行工点划分和编码；

(5)专业代码：2个字符，如线路、路基、桥梁、隧道、地质等；

(6)细部结构代码：6个字符，每2个字符代表一个层级，合计3个层级，字符由26个大写英文字母、10个阿拉伯数字组成。细部结构代码由专业内部确定，专业代码应分层分级定义，除了能反应结构的隶属或层次关系，还应反应结构的空间关系，例如里程从小到大、高程从搞到低、结构从外到内等规律；

(7)流水编码：用于区分在不同里程上的相同区间相同部件，递升编号；

(8)类型代码：2个字符，区分文件用途类型，如骨架-SK、二维图-2D、三维模型-3D等。

(9)版次：代表修改版次。

依据方便数据查询与管理的命名原则，模型命名的规则可根据实际项目进行相应的简化，并不要求严格按照规范命名。

B.进行数据结构划分：

首先建立项目总装配节点，在总装配节点下建立零件级别的总体骨架信息。从桥梁的角度讲，结构化分是按照专业或者具体结构划分，如大桥包含了地质、桥台、桥墩、梁、基础、承台、桥面系等结构。因此其模型结构的就可依据模型结构划分进行搭建。如在总装配节点下建立桥台子装配，再在桥台子装配下建立零件级别子骨架，再依据子骨架信息建立桥台具体模型；其它结构模型建立方法类同。

C.创建骨架，求取各部位控制点：

考虑到CATIA图形尺寸显示范围限制，先将所有尺寸依据所选参考点缩小1000倍，待骨架绘制完成后，在依据此点放大1000倍，即可得到真实比例的骨架。

首先创建据勘测设计得到的参考点，参考此点建立相应坐标系，开始绘制空间左线水平投影曲线。空间左线水平投影曲线可能会由一系列的直线、圆弧、缓和曲线构成。直线通过设计提供的长度方向绘制。圆弧则依据其起始点和上游曲线在此点的法线方向参考圆弧半径绘制得到。缓和曲线的公式是 (R为圆曲线半径；l_s为缓和曲线长度；l为曲线上某一点的测地距离)，在其起始点依据上游曲线在此点的切线和法线方向创建关于x、y、l的三维坐标系，然后分别创建x、y关于l的方程曲线，用混合曲线功能将两条方程曲线拟合为一条关于x、y、l的三元方程曲线，将其投影到xy平面即可得到所求的缓和曲线。将所有创建好的空间曲线及平面曲线接合为一条平面曲线A，将此平面曲线A沿竖直方向拉伸出一个曲面A′，在CATIA中运用展开功能，将曲面A′展开成一个平面曲面A″，再参考平面曲面A″绘制高程沿里程变化曲线，然后运用传送功能将此曲线折叠回最初得到的曲面A″，得到一条缩小了1000倍的空间左线B，然后将此空间左线B和平面曲线A参考勘测设计得到的参考点放大1000倍，即得到真实比例的的空间左线B′和空间左线水平投影平面曲线B″。最后再将勘测设计所提供的桥墩控制点在平面曲线B″上绘制出来，并创建平面曲线B″在这些点处的法向平面系，然后求得法向平面系与空间左线B的交点系。至此骨架搭建完毕，将其发布，即可在各部位模型构建中得到引用。

D.制作各部位的模板，调用模板完成模型建立:

参考所得到的骨架信息，再参考一定的方向通过偏移功能，创建相应部位参考信息。如桥墩，参考交点系，沿竖直方向根据承台、桩基、墩体等部位的位置信息偏移相应距离，得到新的控制点，然后通过这些点创建相应的的平面，再在这些平面上创建各部位草图轮廓，最后得到模型，并创建模板，其它桥墩直接调用后，修改相关参数即可得到相应模型。其它部位如桥台、梁等创建方法同上。最后得到桥梁模型。

E.对各部位工程量、尺寸信息进行统计：

运用CATIA自带的测量功能测出各部位体积、用量挂在相应模型下，以供后续查询使用。

F.基于建立的桥梁模型进行工程出图:

结合CATIA工程图模块，通过投影、剖切等方法得到相关二维图纸。

通过以上介绍的桥梁建模实施流程和具体方案，大大提高了设计效率，使模型数据系统化，为后期查询管理提供很大的便利。而且通过缓和曲线的方程组，在CATIA中轻松地精确绘制出了复杂的三维空间曲线—缓和曲线，解决了传统设计方法复杂、繁琐的问题。

Claims

1.基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.定义数据命名规则；

b.进行数据结构划分；

e.对各部位工程量、尺寸信息进行统计；

f.基于建立的桥梁模型进行工程出图。

2.如权利要求1所述的基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，其特征在于，步骤a中，采用结构树形式对桥梁各部位模型进行命名：

3.如权利要求1所述的基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，其特征在于，步骤c中，在创建铁路桥梁空间左线水平投影曲线之前首先创建据勘测设计得到的参考点，参考此点建立相应坐标系，开始绘制空间左线水平投影曲线；

其中所述缓和曲线公式为：

x = l - \frac{l^{5}}{40 R^{2} l_{s}^{2}};

y = \frac{l^{3}}{6 {Rl}_{s}} - \frac{l^{7}}{336 R^{3} l_{s}^{3}};

4.如权利要求3所述的基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，其特征在于，所述创建铁路桥梁空间左线水平投影曲线，完成桥梁骨架搭建的方式为：

5.如权利要求1-4任意一项所述的基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，其特征在于，步骤e中，运用CATIA自带功能，测量得到各部位相关工程量、尺寸信息。

6.如权利要求1-4任意一项所述的基于CATIA的铁路用简支桥梁三维模型创建方法，其特征在于，步骤f中，所述基于建立的桥梁模型进行工程出图的方式是：

在CATIA的工程制图模块投影得到工程二维图纸。