CN108829954A - 一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法 - Google Patents

一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法。包括以下步骤：(1)依据模型几何特征生成二维配筋剖面；(2)添加一组几何特征边序列；(3)按钢筋布置顺序选取一条剖面特征边；(4)设置钢筋布置参数；(5)根据钢筋位置，自动赋予钢筋约束；(6)重复步骤(3)‑(5)；直到处理完该序列所有特征边为止；(7)角位钢筋碰撞检查；(8)钢筋位置自动优化；(9)配筋剖面内钢筋手动编辑定位；(10)重复步骤(2)‑(9)，直到处理完剖面中所有特征边序列为止；(11)生成三维钢筋。本发明的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法具有高效性和灵活性，特别适用于剖面内有大量钢筋的情况，提高了三维钢筋配置效率。

Description

一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法
技术领域
本发明属于计算机辅助设计领域，涉及一种钢筋配置方法，具体地说是涉及一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法。
背景技术
在工程设计领域，钢筋设计仍大多采用绘制二维CAD钢筋图的方式，这种方式很不直观，设计人员需要在CAD图纸上一笔一画绘制线条，来表达钢筋形状、位置等信息，形成配筋图纸来指导施工。效率比较低，也很容易产生人为错误。
随着BIM(Building Information Modeling)技术发展越来越快，在土建行业应用三维模型设计也越来越频繁。三维钢筋设计也受到越来越多的关注，三维钢筋设计实现了钢筋信息的集成，钢筋对象包含了几何结构信息，物理属性信息，定位信息等，钢筋模型在空间中的位置与实际情况是完全一致的，可以为施工提供参考。
但是三维混凝土的钢筋配置，存在钢筋数量比较多，工作量比较大，并且需要在三维空间中准确定义每一条钢筋位置的特点。因此，如何即快速智能地布置大部分钢筋位置，又灵活方便地满足设计人员调整个别钢筋位置，成为亟待解决的一大问题。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法。
本发明的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法的技术方案如下：
一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其包括以下步骤：
(1)依据三维结构模型几何特征生成二维配筋剖面；
(2)在所述步骤(1)生成的二维配筋剖面上添加一组几何特征边序列；
(3)在所述步骤(2)添加的一组几何特征边序列中选取一条作为剖面特征边；
(4)设置钢筋布置参数，并根据所述钢筋布置参数自动布置钢筋位置，沿所述剖面特征边形成一组钢筋；
(5)根据所述步骤(4)布置的钢筋位置，自动赋予钢筋约束；
(6)重复步骤(3)-(5)，直到处理完所述步骤(2)添加的该几何特征边序列中的所有特征边为止；
(7)完成所述步骤(6)后，根据布置钢筋位置自动检查角位钢筋是否存在碰撞情况；若角位钢筋存在碰撞，则进行步骤(8)，否则进行步骤(9)；
(8)自动优化钢筋位置，优化完成后进行步骤(9)；
(9)手动编辑定位所述步骤(1)生成的二维配筋剖面内的钢筋；
(10)重复步骤(2)-(9)，直到处理完所述步骤(1)生成的二维配筋剖面中所有几何特征边序列为止；
(11)生成三维钢筋。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(1)中，依据结构模型几何特征生成二维配筋剖面包括以下步骤：
(1-1)选取三维结构模型中的一个平面，在其上生成辅助平面；
(1-2)移动并旋转所述步骤(1-1)所生成的辅助平面；
(1-3)通过三维结构模型几何特征精确定位所述辅助平面在空间中的新位置，所述辅助平面与三维结构模型相交的面形成为所述二维配筋剖面。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(3)中，所述剖面特征边的选取具体为：按钢筋布置顺序从所述几何特征边序列中选取一条作为剖面特征边。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(4)中，所述钢筋布置参数包括：该组钢筋距离该剖面特征边的距离、第一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离、最后一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离、钢筋数目和钢筋间间距。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(4)中，所述自动布置钢筋位置具体包括以下步骤：
(4-1)计算所选剖面特征边的边长L；
(4-2)设置该组钢筋距离该剖面特征边的距离D；
(4-3)设置第一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离L1，以及设置最后一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离L2；
(4-4)设置钢筋数目N；
(4-5)计算钢筋间间距；
若钢筋数目N＝1，则布置一根钢筋，该钢筋距离该剖面特征边的距离D；该根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离L1，无需设置钢筋间间距；
若钢筋数目N>1，则按公式(1)计算出钢筋间间距d；
d＝(L-L1-L2)/(N–1) (1)；
(4-6)对所述步骤(4-5)计算得到的钢筋间间距d进行手动调整；调整完成后，根据所述钢筋布置参数，自动布置该组钢筋的位置。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(5)中，所述赋予钢筋约束包括对第一根钢筋赋予钢筋约束、对最后一根钢筋赋予钢筋约束和对位于所述第一根钢筋和所述最后一根钢筋之间的钢筋赋予钢筋约束；
其中，对第一根钢筋赋予的钢筋约束包括：所述第一根钢筋与对应剖面特征边的距离、所述第一根钢筋与其在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离和所述第一根钢筋与第二根钢筋的间距；
其中，对最后一根钢筋赋予的钢筋约束包括：所述最后一根钢筋与对应剖面特征边的距离、所述最后一根钢筋与其在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离和所述最后一根钢筋与倒数第二根钢筋的间距；
其中，对位于所述第一根钢和所述最后一根钢筋之间的钢筋赋予的钢筋约束包括：第n根钢筋与对应剖面特征边的距离、第n根钢筋与第n-1根钢筋的间距和第n根钢筋与第n+1根钢筋的间距，其中1<n<N，N表示钢筋数量。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(7)中，检查角位钢筋是否存在碰撞情况的方法为：所述步骤(2)添加的一组几何特征边序列完成布置钢筋位置后，在每两条剖面特征边相交的角位，根据钢筋位置自动检查钢筋是否存在碰撞情况。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(8)中，自动优化钢筋位置的方法为：移除相互碰撞的两根钢筋，在对应的两条剖面特征边相交的角位新增一根钢筋，对该新增钢筋赋予的钢筋约束包括该新增钢筋与对应的两条剖面特征边的距离；或者，相互碰撞的两根钢筋分别保持其与对应的剖面特征边的距离，重新计算相互碰撞的两根钢筋的新位置，使其贴在一起。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(9)中，手动编辑定位所述步骤(1)生成的二维配筋剖面内的钢筋的方法为：移动需要调整的钢筋至新位置；或者，修改需要调整位置的钢筋的钢筋约束，使其调整到新位置。
根据一个优选的实施方式，在所述步骤(11)中，生成三维钢筋的方法为：所述二维配筋剖面内的钢筋位置全部确定以后，生成结构模型中存在的三维钢筋。
与现有技术相比，本发明的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法具有如下有益效果：
1、本发明的方法采用参数驱动，钢筋位置自动计算，操作简单直观，能够快速、准确地配置模型剖面内的三维钢筋；
2、本发明的方法采用钢筋约束的方式，能够在快速配置模型剖面内大量钢筋的情况下，灵活方便地调整个别钢筋的位置；
3、本发明的方法能够自动检测角位钢筋的碰撞情况，并且根据算法自动调整角位钢筋位置。
综上可知，本发明的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法具有高效性和灵活性，特别适用于剖面内有大量钢筋的情况，提高了三维钢筋配置效率。
附图说明
图1是本发明方法的主要流程示意图；
图2是本发明依据模型几何特征生成二维配筋剖面的操作方式示意图；
图3是本发明角位钢筋发生碰撞的示意图；
图4是本发明碰撞钢筋位置自动优化，移除碰撞钢筋，在特征边相交角位新增钢筋的处理方式示意图；
图5是本发明碰撞钢筋位置自动优化，自动调整碰撞钢筋位置的处理方式示意图；
图6是本发明配筋剖面内钢筋手动编辑定位的示意图；
图7是本发明在配筋剖面内，基于该特征边序列生成的钢筋位置示意图；
图8是本发明生成三维钢筋的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法进行详细说明。
图1是本发明方法的主要流程示意图，其展示出了本发明基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法的一种优选的实施方式。
如图1所示，一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其包括以下步骤：
(1)依据三维结构模型几何特征生成二维配筋剖面。
在所述步骤(1)中，依据结构模型几何特征生成二维配筋剖面包括以下步骤：
(1-1)选取三维结构模型中的一个平面，在其上生成辅助平面；
(1-2)移动并旋转所述步骤(1-1)所生成的辅助平面；
(1-3)通过三维结构模型几何特征精确定位所述辅助平面在空间中的新位置，所述辅助平面与三维结构模型相交的面形成为所述二维配筋剖面。
具体的，选取三维混凝土结构模型中的一个平面，生成辅助平面及X、Y、Z三个方向拖动句柄及旋转句柄，移动并旋转该辅助平面，通过模型几何特征，精确定位辅助平面在空间中的新位置，辅助平面与三维模型相交，形成二维配筋剖面。生成的二维配筋剖面如图2所示。
(2)在所述步骤(1)生成的二维配筋剖面上添加一组几何特征边序列。
(3)在所述步骤(2)添加的一组几何特征边序列中选取一条作为剖面特征边。
在所述步骤(3)中，所述剖面特征边的选取具体为：按钢筋布置顺序从所述几何特征边序列中选取一条作为剖面特征边。
(4)设置钢筋布置参数，并根据所述钢筋布置参数自动布置钢筋位置，沿所述剖面特征边形成一组钢筋。
在所述步骤(4)中，所述钢筋布置参数包括：该组钢筋距离该剖面特征边的距离、第一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离、最后一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离、钢筋数目和钢筋间间距。
所述自动布置钢筋位置具体包括以下步骤：
(4-1)计算所选剖面特征边的边长L；
(4-2)设置该组钢筋距离该剖面特征边的距离D；
(4-3)设置第一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离L1，以及设置最后一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离L2；
(4-4)设置钢筋数目N；
(4-5)计算钢筋间间距；
若钢筋数目N＝1，则布置一根钢筋，该钢筋距离该剖面特征边的距离D；该根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离L1，无需设置钢筋间间距；
若钢筋数目N>1，则按公式(1)计算出钢筋间间距d；
d＝(L-L1-L2)/(N–1) (1)；
(4-6)对所述步骤(4-5)计算得到的钢筋间间距d进行手动调整；调整完成后，根据所述钢筋布置参数，自动布置该组钢筋的位置。
具体的，手动修改钢筋间间距可以有两种方式：
第一，距离L1，L2保持不变，统一修改间距d。采用这种修改方式钢筋数量N可能会发生变化。
第二，N根钢筋(N>1)，有N-1个钢筋间距，可以单独修改某个钢筋间距，使钢筋位置发生变化。
(5)根据所述步骤(4)布置的钢筋位置，自动赋予钢筋约束。
在所述步骤(5)中，所述赋予钢筋约束包括对第一根钢筋赋予钢筋约束、对最后一根钢筋赋予钢筋约束和对位于所述第一根钢筋和所述最后一根钢筋之间的钢筋赋予钢筋约束；
其中，对第一根钢筋赋予的钢筋约束包括：所述第一根钢筋与对应剖面特征边的距离、所述第一根钢筋与其在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离和所述第一根钢筋与第二根钢筋的间距；
其中，对最后一根钢筋赋予的钢筋约束包括：所述最后一根钢筋与对应剖面特征边的距离、所述最后一根钢筋与其在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离和所述最后一根钢筋与倒数第二根钢筋的间距；
其中，对位于所述第一根钢和所述最后一根钢筋之间的钢筋赋予的钢筋约束包括：第n根钢筋与对应剖面特征边的距离、第n根钢筋与第n-1根钢筋的间距和第n根钢筋与第n+1根钢筋的间距，其中1<n<N，N表示钢筋数量。
例如：钢筋位置确定以后，系统自动赋予每根钢筋三个距离约束，一条特征边对应的钢筋数目为N。对于中间的钢筋第n根钢筋(1<n<N)，该钢筋的三个距离约束分别为对应的特征边的距离、第n-1根钢筋的距离和第n+1根钢筋的距离；对于第一根钢筋(n＝1)，包括所述第一根钢筋与对应剖面特征边的距离、所述第一根钢筋与其在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离和所述第一根钢筋与第二根钢筋的间距；对于最后一根钢筋(n＝N)，包括所述最后一根钢筋与对应剖面特征边的距离、所述最后一根钢筋与其在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离和所述最后一根钢筋与倒数第二根钢筋的间距。
(6)重复步骤(3)-(5)，直到处理完所述步骤(2)添加的该几何特征边序列中的所有特征边为止。
(7)完成所述步骤(6)后，根据布置钢筋位置自动检查角位钢筋是否存在碰撞情况；若角位钢筋存在碰撞，则进行步骤(8)，否则进行步骤(9)。
在所述步骤(7)中，检查角位钢筋是否存在碰撞情况的方法为：所述步骤(2)添加的一组几何特征边序列完成布置钢筋位置后，在每两条剖面特征边相交的角位，根据钢筋位置自动检查钢筋是否存在碰撞情况。
具体的，一组特征边序列配置完成以后，检查每两条特征边相交的角位是否有发生钢筋碰撞的情况。角位发生钢筋碰撞如图3所示。
(8)自动优化钢筋位置，优化完成后进行步骤(9)。
在所述步骤(8)中，自动优化钢筋位置的方法为：
移除相互碰撞的两根钢筋，在对应的两条剖面特征边相交的角位新增一根钢筋，对该新增钢筋赋予的钢筋约束包括该新增钢筋与对应的两条剖面特征边的距离；或者，相互碰撞的两根钢筋分别保持其与对应的剖面特征边的距离，重新计算相互碰撞的两根钢筋的新位置，使其贴在一起。
具体的，如果发生了角位钢筋碰撞，有两种碰撞优化处理方式可以选择。第一种，移除碰撞钢筋，在特征边相交角位新增加一根钢筋，如图4所示；该钢筋只有两个距离约束，分别对应这两条相交特征边的距离。第二种，角位碰撞的钢筋，保持到各自特征边的距离，自动计算两根钢筋新位置，使得它们相邻贴在一起，如图5所示。
(9)手动编辑定位所述步骤(1)生成的二维配筋剖面内的钢筋。
在所述步骤(9)中，手动编辑定位所述步骤(1)生成的二维配筋剖面内的钢筋的方法为：移动需要调整的钢筋至新位置；或者，修改需要调整位置的钢筋的钢筋约束，使其调整到新位置。
具体的，点选剖面内新配置的钢筋，进入该钢筋位置编辑状态，显示该钢筋距离约束，如图6所示。拖动该钢筋，钢筋位置发生变化，编辑钢筋距离约束的数值，钢筋精确调整到新位置。确定后，退出该钢筋位置编辑。
(10)重复步骤(2)-(9)，直到处理完所述步骤(1)生成的二维配筋剖面中所有几何特征边序列为止。
(11)生成三维钢筋。
在所述步骤(11)中，生成三维钢筋的方法为：所述二维配筋剖面内的钢筋位置全部确定以后，生成结构模型中存在的三维钢筋。
具体的，二维配筋剖面内的钢筋以实心原点进行示意性表达，当该剖面内的钢筋位置全部确定以后，生成结构模型中存在的三维钢筋，如图8所示。
采用本发明上述方法后，可以实现基于结构模型剖面特征的三维钢筋的配置，该方法具有高效性和灵活性，特别适用于剖面内有大量钢筋的情况，提高了三维钢筋配置效率。相比现有技术，具有以下技术效果：
1、本发明的方法采用参数驱动，钢筋位置自动计算，操作简单直观，能够快速、准确地配置模型剖面内的三维钢筋；
2、本发明的方法采用钢筋约束的方式，能够在快速配置模型剖面内大量钢筋的情况下，灵活方便地调整个别钢筋的位置；
3、本发明的方法能够自动检测角位钢筋的碰撞情况，并且根据算法自动调整角位钢筋位置。
需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)依据三维结构模型几何特征生成二维配筋剖面；
(2)在所述步骤(1)生成的二维配筋剖面上添加一组几何特征边序列；
(3)在所述步骤(2)添加的一组几何特征边序列中选取一条作为剖面特征边；
(4)设置钢筋布置参数，并根据所述钢筋布置参数自动布置钢筋位置，沿所述剖面特征边形成一组钢筋；
(5)根据所述步骤(4)布置的钢筋位置，自动赋予钢筋约束；
(6)重复步骤(3)-(5)，直到处理完所述步骤(2)添加的该几何特征边序列中的所有特征边为止；
(7)完成所述步骤(6)后，根据布置钢筋位置自动检查角位钢筋是否存在碰撞情况；若角位钢筋存在碰撞，则进行步骤(8)，否则进行步骤(9)；
(8)自动优化钢筋位置，优化完成后进行步骤(9)；
(9)手动编辑定位所述步骤(1)生成的二维配筋剖面内的钢筋；
(10)重复步骤(2)-(9)，直到处理完所述步骤(1)生成的二维配筋剖面中所有几何特征边序列为止；
(11)生成三维钢筋。
2.根据权利要求1所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，依据结构模型几何特征生成二维配筋剖面包括以下步骤：
(1-1)选取三维结构模型中的一个平面，在其上生成辅助平面；
(1-2)移动并旋转所述步骤(1-1)所生成的辅助平面；
(1-3)通过三维结构模型几何特征精确定位所述辅助平面在空间中的新位置，所述辅助平面与三维结构模型相交的面形成为所述二维配筋剖面。
3.根据权利要求1所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述剖面特征边的选取具体为：按钢筋布置顺序从所述几何特征边序列中选取一条作为剖面特征边。
4.根据权利要求1所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述钢筋布置参数包括：
该组钢筋距离该剖面特征边的距离、第一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离、最后一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离、钢筋数目和钢筋间间距。
5.根据权利要求4所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，所述自动布置钢筋位置具体包括以下步骤：
(4-1)计算所选剖面特征边的边长L；
(4-2)设置该组钢筋距离该剖面特征边的距离D；
(4-3)设置第一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离L1，以及设置最后一根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离L2；
(4-4)设置钢筋数目N；
(4-5)计算钢筋间间距；
若钢筋数目N＝1，则布置一根钢筋，该钢筋距离该剖面特征边的距离D；该根钢筋在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离L1，无需设置钢筋间间距；
若钢筋数目N>1，则按公式(1)计算出钢筋间间距d；
d＝(L-L1-L2)/(N–1) (1)；
(4-6)对所述步骤(4-5)计算得到的钢筋间间距d进行手动调整；调整完成后，根据所述钢筋布置参数，自动布置该组钢筋的位置。
6.根据权利要求1所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，所述赋予钢筋约束包括对第一根钢筋赋予钢筋约束、对最后一根钢筋赋予钢筋约束和对位于所述第一根钢筋和所述最后一根钢筋之间的钢筋赋予钢筋约束；
其中，对第一根钢筋赋予的钢筋约束包括：所述第一根钢筋与对应剖面特征边的距离、所述第一根钢筋与其在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边起点的距离和所述第一根钢筋与第二根钢筋的间距；
其中，对最后一根钢筋赋予的钢筋约束包括：所述最后一根钢筋与对应剖面特征边的距离、所述最后一根钢筋与其在该剖面特征边上的投影点距离该剖面特征边结束点的距离和所述最后一根钢筋与倒数第二根钢筋的间距；
其中，对位于所述第一根钢和所述最后一根钢筋之间的钢筋赋予的钢筋约束包括：第n根钢筋与对应剖面特征边的距离、第n根钢筋与第n-1根钢筋的间距和第n根钢筋与第n+1根钢筋的间距，其中1<n<N，N表示钢筋数量。
7.根据权利要求1所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(7)中，检查角位钢筋是否存在碰撞情况的方法为：
所述步骤(2)添加的一组几何特征边序列完成布置钢筋位置后，在每两条剖面特征边相交的角位，根据钢筋位置自动检查钢筋是否存在碰撞情况。
8.根据权利要求1所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(8)中，自动优化钢筋位置的方法为：
移除相互碰撞的两根钢筋，在对应的两条剖面特征边相交的角位新增一根钢筋，对该新增钢筋赋予的钢筋约束包括该新增钢筋与对应的两条剖面特征边的距离；
或者，相互碰撞的两根钢筋分别保持其与对应的剖面特征边的距离，重新计算相互碰撞的两根钢筋的新位置，使其贴在一起。
9.根据权利要求1所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(9)中，手动编辑定位所述步骤(1)生成的二维配筋剖面内的钢筋的方法为：移动需要调整的钢筋至新位置；或者，修改需要调整位置的钢筋的钢筋约束，使其调整到新位置。
10.根据权利要求1所述的基于结构模型剖面特征的钢筋配置方法，其特征在于，在所述步骤(11)中，生成三维钢筋的方法为：所述二维配筋剖面内的钢筋位置全部确定以后，生成结构模型中存在的三维钢筋。
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