CN105608294A - 一种幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法 - Google Patents

Abstract

一种幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法，包括获得初步测量点数据：利用最优算法确定板块弯弧半径：之后进行板块找形运算，得到玻璃加工模型。本发明选择保留理论空间模型生成逻辑，控制造型关键约束数据如分格水平标高，单位区间内分格份数。根据钢结构的实际状态调整分格尺寸，使每一根幕墙分格线能同主体结构异形的变化趋势保持一致，在视觉上保持原始建筑的设计意图的前提下，由于调整后的分格线与现实中结构的贴近。安装误差也得到大幅降低。

Description

一种幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法

技术领域

本发明涉及建筑幕墙设计与施工，具体说是一种幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法。

背景技术

在一些异形幕墙工程中常出现异形结构，异形主体结构的问题在于很难约束自身的施工、卸载等误差，误差范围可能在几十到几百毫米。然而幕墙系统为精密的构件配合关系，误差需要控制在毫米级。通常在此种情况下，会采用在主体结构上搭建次龙骨的方式来吸收掉主体结构的误差。但对于一些通透性要求较高的工程，搭建次龙骨的方式是不被接受的。此时，如果幕墙表皮完全按照理论三维模型实施，现场的误差将导致板块无法安装。假如完全依照现场的状态测量反尺，则会使建筑外观走形。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法，针对于结构偏差大，无次龙骨调节吸收误差的的异形工程，提出了一种理论与实际相结合的方案，找到二者间的平衡点。

所述幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法，其特征在于，包括按照如下顺序进行的步骤：

第一步、获得初步测量点数据：

模拟现实状态或现场测量单曲弯弧板块的测量点之间的直线距离，以单曲弯弧板块的外表面分格点作为测量点，得到两两测量点间的反馈尺寸；其中，平行于弯曲柱面的轴向设置菱形板块的一条对角线e0或三角形板块的一条底线e0，获取对角线e0或底线e0一侧的测量点M到该对角线e0或该底线e0两端的直线段a0、b0的直线距离尺寸，对于菱形板块，获取菱形板块该对角线e0另一侧的测量点到该对角线e0两端的直线段c0、d0的直线距离尺寸；

第二步、确定板块弯弧半径：

利用随机优化算法从随机解出发，通过迭代寻找最优解，以单曲弯弧板块的弯弧半径作为变量，在不同板块变量独立变化下，以与原始曲面的误差和单曲弯弧板块缝间高度偏差的极小值作为优化方向，对每一块单曲弯弧板块的弯弧半径进行最优解运算，使拟合曲面在最贴近原始造型的情况下，不同弯弧半径的单曲弯弧板块缝间高度差最小；

第三步、根据板块弯弧半径进行板块找形运算，得到玻璃加工模型：

其步骤为：

一)、利用板块弯弧半径在一平面上绘制标准圆，垂直拉伸为标准圆柱；

二)、对于菱形板块，在所述标准圆柱的圆柱面上重合母线以第一步中的所述对角线e0或所述底线e0的长度确定一条线段e；

对于三角形板块，在所述标准圆柱的圆柱面上重合母线以第一步中的所述底线e0的长度确定一条线段e；

三)、在线段e一侧，以从第一步中获得的对应的一侧直线段a0、b0的尺寸作为两条玄长，与线段e一同构成三角形，确定三角形所述底线一侧的顶点与所述标准圆柱面重合时的一个三角形的两边a、b；

对于菱形板块，同样确定出线段e另一侧的与所述标准圆柱面重合的另一个三角形的顶点，以及与所述标准圆柱面重合的一个三角形的两边；

四)、将确定的三角形的两边a、b垂直投影到所述标准圆柱面上，用以裁剪柱面多余部分作为板块的装饰面；

五)、根据设计尺寸加厚所述装饰面，得到单曲弯弧板块的玻璃加工模型。

在第二步中，单曲弯弧板块的弯弧半径按下述步骤确定：

A、选取运算单元：

观察分析整体造型，选取能通过旋转阵列无重复复原原始造型待分析区域的板块单元作为随机优化算法的运算单元，以降低整体运算量；

B、获取运算单元内原始双曲菱形弯弧方向的剖面线作为运算输入弧线；

C、定义变量：

以三点定弧的方式将B中输入弧线拟合为标准圆弧，其中选取B中输入弧线的起点及终点作为目标拟合圆弧的起点和终点，第三点的位置则作为变量可在输入圆弧除开起点及终点位置上任意移动；

D、拟合柱面的生成：

以拟合的圆弧沿着垂直于圆弧自身平面的方向形成柱面，并将原始板块边界投影至新生成的柱面上，剪切多余部分，获得拟合后的标准单曲板块。

作为实施例，所述随机优化算法为遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法、蚁群算法之一种。但并不排除其他随机优化算法。

本发明选择保留理论空间模型生成逻辑，控制造型关键约束数据如分格水平标高，单位区间内分格份数。根据钢结构的实际状态调整分格尺寸，使每一根幕墙分格线能同主体结构异形的变化趋势保持一致，在视觉上保持原始建筑的设计意图的前提下，由于调整后的分格线与现实中结构的贴近。安装误差也得到大幅降低。

附图说明

图1是菱形板块排列状态示意图，

图2是板块关键点拟合示意图，

图3是拟合成型的板块形状示意图，

图4是施工幕墙实施例，

图5是板块测量点实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：如图1所示为本发明幕墙板块拼装状态，图中为竖向弯曲一个实施例，图中的标示数字为竖向弯曲后通过本发明技术方案拟合后的弯曲半径的计算结果，整体的幕墙效果见图4。而在本发明技术方案之前，板块安装造成的拼接缝隙和高度边沿误差远超过标准要求，假如完全依照现场的状态测量反尺，则会使建筑外观走形。本发明方案以下述步骤可以大幅降低安装误差，较好的完成建筑外观的设计意图。

本发明方案的板块设计实现实施例的过程如下：

一、获得初步测量点数据：

现场测量单曲弯弧板块的测量点之间的直线距离，以单曲弯弧板块的外表面分格点作为测量点，测量两两测量点间的反馈尺寸。

任意弯曲都可以细化为局部误差范围内的柱面弯曲面的拼合，任意柱面弯曲都可以由局部为菱形的柱面弯曲面或局部为三角形的柱面弯曲面组合而成。

因此，如图5，可以在现场平行于局部柱面弯曲的轴向取菱形板块的一条对角线e0，获取对角线e0一侧的测量点M到该对角线e0两端的直线段a0、b0的直线距离尺寸，以及对角线e0另一侧的测量点到该对角线两端的直线段c0、d0的直线距离尺寸。

二、确定板块弯弧半径：

利用随机优化算法从随机解出发，通过迭代寻找最优解，以单曲弯弧板块的弯弧半径作为变量，在不同板块变量独立变化下，以与原始曲面的误差和单曲弯弧板块缝间高度偏差的极小值作为优化方向，对每一块单曲弯弧板块的弯弧半径进行最优解运算，使拟合曲面在最贴近原始造型的情况下，不同弯弧半径的单曲弯弧板块缝间高度差最小。

单曲弯弧板块的弯弧半径以下述步骤确定：

A、选取运算单元：

观察分析整体造型，选取能通过旋转阵列无重复复原原始造型待分析区域的板块单元作为随机优化算法的运算单元，以降低整体运算量；

B、获取运算单元内原始双曲菱形弯弧方向的剖面线作为运算输入弧线；

C、定义变量：

以三点定弧的方式将B中输入弧线拟合为标准圆弧，其中选取B中输入弧线的起点及终点作为目标拟合圆弧的起点和终点，第三点的位置则作为变量可在输入圆弧除开起点及终点位置上任意移动；

D、拟合柱面的生成：

以拟合的圆弧沿着垂直于圆弧自身平面的方向形成柱面，并将原始板块边界投影至新生成的柱面上，剪切多余部分，获得拟合后的标准单曲板块；

E、算法计算优化方向的确定：

通过遗传算法迭代计算不同板块变量独立变化下的、运算单元中已拟合单曲板块上多个特征点与原始曲面的距离的平均值，以及拟合后标准板块和相邻板块边界的缝间高差的平均值，将以上两组平均值求和值的最小化作为遗传迭代计算的最终运算方向；取运算单元中每个拟合板块的弯弧半径作为实际施工用最优板块的半径组合，让单曲板块在贴近原始造型的情况下使缝间高差降到最低。

由此可获得各个板块的弯曲半径，如图1实施例中所标记的尺寸为弯曲轴横向设置的各板块弯曲半径。

三、根据板块弯弧半径进行板块找形运算，得到玻璃加工模型：

其步骤为：

一)、利用板块弯弧半径在第一平面上绘制标准圆，垂直拉伸为标准圆柱；

二)、如图2，对于菱形板块，在所述标准圆柱的圆柱面上重合母线以第一步中的所述对角线e0的长度确定一条线段e；

三)、在线段e一侧，以从第一步中获得的对应的一侧两条直线段a0、b0的尺寸作为两条玄长，与线段e一同构成三角形，确定三角形所述底线一侧的顶点与所述标准圆柱面重合的一个三角形的两边a、b；

对于菱形板块，同样确定出线段e另一侧的与所述标准圆柱面重合的另一个三角形的顶点，以及与所述标准圆柱面重合的一个三角形的两边；

四)、将确定的三角形的两边a、b垂直投影到所述标准圆柱面上，用以裁剪柱面多余部分作为板块的装饰面；

五)、根据设计尺寸加厚所述装饰面，得到单曲弯弧板块的玻璃加工模型，如图3。

本方案在武汉光谷国际网球中心工程项目中得到了效果的实际验证。其立面点式玻璃幕墙主体结构为异形钢结构，经现场复测，其因施工及卸载变形造成的误差为62.62～328.99mm。为了建筑的通透效果不允许增设次龙骨。玻璃夹具的设计误差调节范围为-25～30mm，远不足以吸收工程实际误差。

理论模型中幕墙在同一标高的一周圈板块的尺寸完全相同。选取分格标高32162mm的理论模型数据与现场复测实际同一标高一周圈的板块尺寸数据做对比分析。

板块成型的主要约束尺寸a,b,c,d,e(标记见图2)如下表所示。

按照传统理论数据生成板块，将因无法适应结构误差而无法实现现场安装。通过本专利介绍方案的应用，武网工程得以顺利完成，整体效果如图4所示。

Claims (3)

1.一种幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法，其特征在于，包括按照如下顺序进行的步骤：

第一步、获得初步测量点数据：

模拟现实状态或现场测量单曲弯弧板块的测量点之间的直线距离，以单曲弯弧板块的外表面分格点作为测量点，得到两两测量点间的反馈尺寸；在曲面上以平行于弯曲柱面的轴向设置菱形板块的一条对角线e0或三角形板块的一条底线e0，获取对角线e0或底线e0一侧的测量点M到该对角线e0或该底线e0两端的直线段a0、b0的直线距离尺寸，对于菱形板块，获取菱形板块该对角线e0另一侧的测量点到该对角线e0两端的直线段c0、d0的直线距离尺寸；

第二步、确定板块弯弧半径：

利用随机优化算法从随机解出发，通过迭代寻找最优解，以单曲弯弧板块的弯弧半径作为变量，在不同板块变量独立变化下，以与原始曲面的误差和单曲弯弧板块缝间高度偏差的极小值作为优化方向，对每一块单曲弯弧板块的弯弧半径进行最优解运算，使拟合曲面在最贴近原始造型的情况下，不同弯弧半径的单曲弯弧板块缝间高度差最小；

第三步、根据板块弯弧半径进行板块找形运算，得到玻璃加工模型：

其步骤为：

一)、利用板块弯弧半径在一平面上绘制标准圆，垂直拉伸为标准圆柱；

二)、对于菱形板块，在所述标准圆柱的圆柱面上重合母线以第一步中的所述对角线e0或所述底线e0的长度确定一条线段e；

对于三角形板块，在所述标准圆的圆柱柱面上重合母线以第一步中的所述底线e0的长度确定一条线段e；

三)、在线段e一侧，以从第一步中获得的对应的一侧直线段a0、b0的尺寸作为两条玄长，与线段e一同构成三角形，确定三角形所述底线一侧的顶点与所述标准圆柱面重合时的一个三角形的两边a、b；

对于菱形板块，同样确定出线段e另一侧的与所述标准圆柱面重合的另一个三角形的顶点，以及与所述标准圆柱面重合的一个三角形的两边；

四)、将确定的三角形的两边a、b垂直投影到所述标准圆柱面上，用以裁剪柱面多余部分作为板块的装饰面；

五)、根据设计尺寸加厚所述装饰面，得到单曲弯弧板块的玻璃加工模型。

2.根据权利要求1所述的幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法，其特征在于：在第二步中，单曲弯弧板块的弯弧半径按下述步骤确定：

A、选取运算单元：

观察分析整体造型，选取能通过旋转阵列无重复复原原始造型待分析区域的板块单元作为随机优化算法的运算单元，以降低整体运算量；

B、获取运算单元内原始双曲菱形弯弧方向的剖面线作为运算输入弧线；

C、定义变量：

以三点定弧的方式将B中输入弧线拟合为标准圆弧，其中选取B中输入弧线的起点及终点作为目标拟合圆弧的起点和终点，第三点的位置则作为变量可在输入圆弧除开起点及终点位置上任意移动；

D、拟合柱面的生成：

以拟合的圆弧沿着垂直于圆弧自身平面的方向形成柱面，并将原始板块边界投影至新生成的柱面上，剪切多余部分，获得拟合后的标准单曲板块。

3.根据权利要求1所述的幕墙设计构建单曲弯弧板块拟合双曲造型的方法，其特征在于：所述随机算法为遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法、蚁群算法之一种。