CN110502766B - 一种通用的等截面构件快速建模的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用的等截面构件快速建模的方法。它包括(一)建立构件经验数据库：建立用户熟悉的构件截面类型及具体实例对应的截面数据；为每个实例取个索引名称；(二)建立截面形状数据库：对构件截面形状抽象归类成形状类型；建立构件截面类型与形状类型的对应关系；描述形状类型；(三)各构件截面类型的具体实例自动完成截面建模：形状类型描述与构件截面类型的具体实例结合后自动生成几何图形，输出CAD图形文件供检查；CAD文件名为实例的索引名称；截面建模时通过索引名称自动导入对应的CAD文件完成；(四)把截面安装到构件所在的路线完成构件建模。该方法能够高效利用已有的建设经验，对经验构件快速准确地建模。

Description

一种通用的等截面构件快速建模的方法

技术领域

本发明属于工程设计技术领域，涉及一种构件的建模方法，尤其涉及一种通用的等截面构件快速建模的方法。

背景技术

在工程领域，以桥梁工程为例，在建设中积累了很多的经验，国家为此颁布了很多标准，比如各跨径各类型的装配式桥梁，各类规格的型钢，各设计院常规桥梁上下部尺寸的总结等，后人设计常规桥梁时，都要基于这些经验来设计。这些常规构件(经验构件)的特点是类型杂乱，数量庞大，尺寸确定，使用频繁。这些常规构件(经验构件)，由于截面不变化，在此亦称为等截面经验构件(简称，等截面构件)。

目前的三维建模，在等截面经验构件的建模上方法仍然繁琐，效率不高。

目前的三维建模，其方式有两种：方式一，根据尺寸从零开始建模；方式二，配置常用模板(有的称为族)，定义模板的过程较复杂，并且定义的中间过程不保留，为了能扩充，定义大量变量，使用时填写变量值完成建模。方式二是目前公认解决常规构件的先进方式，但这种方式的缺点是编制模板难度较大，一般是软件服务商提供，提供的模板往往只占经验中很小的一部分，定义模板的中间过程不保留，修改时比较困难，模板定义完成后，使用时没有供检查的中间结果，正确性的验证比较困难，出错后难以发现和修改，另外，使用时因为要填写大量参数，不方便也容易出错。

由此可见，现有的等截面经验构件的建模方法，存在模板配置困难、模板少、使用复杂这三大问题。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种能够高效利用已有的建设经验，对经验构件快速准确地建模的，通用的等截面经验构件快速建模的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明一种通用的等截面构件快速建模的方法，该方法包括：

(一)建立对外的构件经验数据库，该方法包括下述步骤：

(1)在构件经验数据库中，建立工程人员即用户熟悉的构件截面类型；

按用户习惯建立构件截面类型，每种截面类型的截面各部位尺寸用变量描述，即用变量定义截面各部位尺寸；

(2)在构件经验数据库中，建立各构件截面类型的具体实例对应的截面各部位尺寸数据；

一种截面类型包含很多个具体实例；各具体实例描述截面各部位尺寸的具体值；

(3)在构件经验数据库中，为每个具体实例建立一个索引名称；

建立用户辨识度高的索引名称，索引名称代表了该具体实例对应的截面各部位尺寸数据；

(二)建立内部的截面形状数据库，该方法包括下述步骤：

(1)对构件截面类型的截面形状进行抽象，归类成形状类型，存放在内部的截面形状数据库中；

对众多不同截面类型的构件的截面形状进行抽象，把截面形状相似的归类为一种形状类型，建立截面形状数据库；多种构件截面类型可以抽象成一种形状类型；形状类型是软件内部使用的；

(2)建立构件截面类型与形状类型之间的对应关系；

用户的构件截面类型对应一种软件内部的截面形状数据库中的形状类型；

(3)描述形状类型；

用形状描述语言完成对该形状类型的描述；形状类型描述时，使用截面类型定义的部位尺寸变量；

(三)将各构件截面类型的具体实例与形状类型描述相结合，自动完成截面建模，该方法包括下述步骤：

(1)形状类型描述与构件截面类型的具体实例结合后自动生成几何图形；

用具体实例的具体尺寸值替代形状类型描述中的变量，对形状类型进行解析，自动生成几何图形；

(2)几何图形输出为CAD图形文件供检查；

自动生成用户熟悉的CAD图形文件供用户查看，检查描述成果，确保形状描述的精准性；

(3)为各构件截面类型建立文件夹，文件夹内放置各具体实例的CAD图形文件，CAD图形文件名为各具体实例的索引名称；

(4)通过索引名称，自动导入对应的CAD图形文件，完成对构件截面类型的具体实例的截面建模(亦即，各构件截面类型的具体实例截面建模时，通过索引名称，自动导入对应的CAD文件完成)；

在对某个构件截面类型的具体实例进行建模时，在建模软件的截面建模界面上，通过下拉选项选择截面类型，和下拉选项选择索引名称，一键完成截面建模；

(四)把截面安装到构件所在的路线，完成构件建模。

上述等截面构件快速建模方法中，构件经验数据库中的截面类型对应截面形状数据库中的形状类型；构件经验数据库中的截面类型为用户熟悉的构件截面类型，截面形状数据库中的形状类型为截面形状的抽象；多种构件截面类型的截面形状如果相似，截面各部位尺寸变量统一，抽象成一种形状类型；一种构件截面类型的一个具体实例对应一个索引名称和一组尺寸数据；在指定的构件截面类型下面增加一个新的具体实例，只需要添置一组新的尺寸数据，定义一个新的索引名称。

上述等截面构件快速建模方法中，配置的构件截面类型具体实例、形状类型描述、构件截面类型与形状类型之间的对应关系都存放在数据库中。

上述等截面构件快速建模方法步骤中，最关键的一步是步骤(二)的步骤(3)对形状类型的描述，其它几个步骤都是通用的，软件能自动完成，但形状类型由于与构件相关，所以，描述时需要根据构件的截面特征确定。本方法采用接近自然语言的一种描述方式，能够比较简单地完成对形状类型的描述；另外，对具体的构件截面形状，可自动输出CAD图纸，供用户检查描述的成果，从而可确保形状描述的精准性；描述的时候，用变量(参数)名字代替具体数值，这样，一种类型只需要描述一次；预先在构件经验数据库中定制各具体构件的截面索引名称及其尺寸数据；在使用时，根据索引名称自动完成截面建模。

该方法通过功能、属性和工具，采用接近自然语言的描述方式，对形状类型进行描述；形状类型看成由多个线形组成，每个线形由多个位置点组成，线形各位置点之间用一个英文分号“；”隔开，两个英文分号“；；”表示线形连续结束；工具可以插入放在形状描述的任何位置，工具的操作对象可以自由定义。

功能使用英文简写或中文名称；有绘制各类线形的功能，如直线，圆弧，倒角等；有定制模板参数线形的功能，这个是高级用法，为带参数的复制工具中提供复制对象；有定义线形范围的功能，为复制和镜像等提供操作对象的范围，如果不定义，则操作对象为在工具前的所有线形。

属性分参数值、参数属性、位置属性；参数值可以是构件细部尺寸变量，可以是数值，可以是数学表达式；参数属性，可以没有，缺省表示采用相对坐标，即参数值为相对前一个位置的距离，若使用绝对坐标，数值加上"@"标志属性，表示为形状坐标系下的绝对坐标，形状坐标系的原点自由选择，为形状定义时的起点；位置属性表示该位置点的功能，可以没有，也可加各种属性，如名字、不绘制等，加了名字后，可以在工具中被引用。

工具是为了提高形状描述的效率，对于相似的部分，采用复制和镜像，避免重复描述，使得描述更为简洁，只需要描述不同的部分，比如，对称结构只需要描述一半的形状，然后采用镜像工具就完成了。

该方法支持任意扩充，可根据需要增加支持的功能、属性和工具。灵活运用各种功能、工具和属性，可以轻松地描述各类图形。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种通用的等截面构件快速建模方法，该方法能够高效利用已有的建设经验，对经验构件快速准确地建模。

本发明对于等截面经验构件通过索引名称来建模，使用非常方便且不易出错；各类型的经验构件的截面形状对应一种形状类型，通过描述来配置，配置完成后输出CAD图形供用户查看，这样新建构件比较容易，从而构件容易扩展；在指定构件截面类型下面增加一个新的实例时只需要添置一行数据，方便简单。所有的配置存放在数据库中，作为软件的一部分。从而完全解决了等截面经验构件目前所碰到的模板配置困难、模板数量少、使用复杂的问题。

附图说明

图1是本发明一种通用的等截面构件快速建模的方法实现的流程示意图；

图2是本发明的方法中的构件截面实例图(工字钢类型的部分实例尺寸图)；

图3是工字钢的形状类型图；

图4是本发明的方法中在建模软件上使用时出现的某一界面图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例

如图1所示，本发明一种通用的等截面构件快速建模的方法，该方法包括：

(一)建立对外的构件经验数据库，该方法包括下述步骤：

(1)在构件经验数据库中，建立工程人员即用户熟悉的构件截面类型；

构件类型用截面来体现的，也称为截面类型，按用户习惯建立构件截面类型，每种截面类型的截面各部位尺寸用变量描述(即用变量定义截面各部位尺寸)；一种截面类型代表(包含)无数个具体构件的截面类型的实例，定义尺寸变量来代表实例的具体尺寸数据。

比如，装配式构件，以空心板为例，中华人民共和国交通行业《公路桥梁通用图》装配式钢筋混凝土简支梁就出了36分册，每一分册有数十上百页，数量庞大；装配式构件的截面尺寸多，没有积累，建模时费时费力，效率低下。现将36分册的空心板构件，根据用户习惯(亦称经验)分成六种截面类型：1米宽先张法简支空心板，1.25米宽先张法简支空心板，1.25米宽后张法简支空心板，1米宽先张法连续空心板，1.25米宽先张法连续空心板，1.25米宽后张法连续空心板。

再比如：可将众多不同规格型号的工字钢构件，根据用户习惯(亦称经验)分成三种截面类型：普通工字钢、轻型工字钢、低合金轻型工字钢。

(2)在构件经验数据库中，建立各构件截面类型的具体实例对应的截面各部位尺寸数据；

一种截面类型包含很多个具体实例；各实例描述截面各部位尺寸的具体值；

比如：普通工字钢、轻型工字钢、低合金轻型工字钢这三种截面类型，每种截面类型都有数十个实例。上述三种工字钢截面类型的尺寸变量一样，但每种截面类型的数十个实例的具体尺寸不同。实例的具体尺寸与截面类型相关。

(3)在构件经验数据库中，为每个实例建立一个索引名称；

建立用户辨识度高的索引名称，索引名称代表了该实例的完整尺寸数据(即该实例对应的截面各部位尺寸数据)；

比如，三种工字钢截面类型，其索引名称(如图2中的10、12、14、16、18、18a等)用工字钢高度作为索引，简洁明了。

经验构件的特点之一，其尺寸是确定的，因此，可以用一个索引名称代替一条经验(即一个实例)，一条经验(一个索引名称、一个实例)中包含了某具体构件截面的所有尺寸数据，预先在构件经验数据库(简称构件经验库)中进行定制，使用时就可通过索引名称一键建模，使用极其简单，且质量保证。

(二)建立内部的截面形状数据库，该方法包括下述步骤：

(1)对构件截面类型的截面形状进行抽象，归类成形状类型，存放在内部的截面形状数据库中；

对众多经验构件的截面形状进行抽象研究，建立截面形状数据库，把截面形状相似的归类为一种形状类型；形状类型是软件内部使用的，多种构件截面类型可以抽象成一种形状类型。

以型钢为例，常用的就有上千种，按照目前的建模方式，使用型钢这种经验截面时每次都要重新建模，非常不方便。上千种型钢可抽象成八种形状类型：等边角钢、不等边角钢、工字钢、槽钢、H形钢、圆钢、方钢、扁钢，这样上千种的型钢实例根据形状的特点缩减到了8种形状类型。也就是说，可以对众多经验构件进行抽象研究，把形状相似的归为一种形状类型，一种形状类型代表了无数个实例。通过抽象，把研究的范围极大地缩小了，数万个经验构件最后变成了数十种形状类型，极大地降低了复杂度。

(2)建立构件截面类型与形状类型之间的对应关系；

用户的构件截面类型对应一种软件内部的(截面形状数据库中的)形状类型；

比如，前面所说的按用户习惯建立的六种空心板构件截面类型，抽象成一种形状类型，为“矩形挖空空心板”，因此，这六种截面类型对应一种“矩形挖空空心板”形状类型；

再比如，按用户习惯建立的普通工字钢、轻型工字钢、低合金轻型工字钢这三种工字钢构件截面类型，抽象成一种形状类型，为“工字钢”，因此，这三种截面类型对应一种“工字钢”形状类型。

(3)描述形状类型；

用形状描述语言完成对形状类型的描述，存放在内部的截面形状数据库中；形状类型描述时，使用截面类型定义的部位尺寸变量。

(三)将各构件截面类型的具体实例与形状类型描述相结合，自动完成截面建模，该方法包括下述步骤：

(1)形状类型描述与构件截面类型的具体实例结合后自动生成几何图形；

用具体实例的具体尺寸值替代形状类型描述中的变量，对形状类型进行解析，自动生成几何图形。

(2)几何图形输出为CAD图形文件供检查；

自动生成用户熟悉的CAD图形文件供查看，检查描述成果，确保形状描述的精准性。

(3)为各构件截面类型建立文件夹，文件夹内放置各具体实例的CAD图形文件，CAD图形文件名为各具体实例的索引名称；

(4)通过索引名称，自动导入对应的CAD图形文件，完成对构件截面类型的具体实例的截面建模；

在对某个构件截面类型的具体实例进行建模时，在建模软件的截面建模界面上，通过下拉选项选择截面类型，和下拉选项选择索引名称，一键完成截面建模；

(四)把截面安装到构件所在的路线，完成构件建模。

上述等截面构件快速建模方法中，构件经验数据库中的截面类型对应截面形状数据库中的形状类型；构件经验数据库中的截面类型为用户熟悉的构件截面类型，截面形状数据库中的形状类型为截面形状的抽象；多种构件截面类型的截面形状如果相似，截面各部位尺寸变量统一，抽象成一种形状类型；一种构件截面类型的一个具体实例对应一个索引名称和一组尺寸数据；在指定的构件截面类型下面增加一个新的具体实例，只需要添置一组新的尺寸数据，定义一个新的索引名称。

上述等截面构件快速建模方法中，配置的构件截面类型具体实例、形状类型描述、构件截面类型与形状类型之间的对应关系都存放在数据库中。

上述等截面构件快速建模方法步骤中，最关键的一步是步骤(二)的步骤(3)描述形状类型。形状类型与构件相关，所以，描述时需要根据构件的截面特征确定。本方法采用接近自然语言的一种描述方式，能够比较简单地完成对形状类型的描述；另外，对具体的构件截面形状，可自动输出CAD图纸，供用户检查描述的成果，从而可确保形状描述的精准性；描述的时候，用变量(参数)名字代替具体数值，这样，一种类型只需要描述一次；预先在构件经验数据库中定制各具体构件的截面索引名称及其尺寸数据；在使用时，根据索引名称即可自动完成截面建模。

该方法通过功能、属性和工具，采用接近自然语言的描述方式，对形状类型进行描述；形状类型看成由多个线形组成，每个线形由多个位置点组成，线形各位置点之间用一个英文分号“；”隔开，两个英文分号“；；”表示线形连续结束；工具可以插入放在形状描述的任何位置，工具的操作对象可以自由定义。

功能使用英文简写或中文名称；有绘制各类线形的功能，如直线，圆弧，倒角等；有定制模板参数线形的功能，这个是高级用法，为带参数的复制工具中提供复制对象；有定义线形范围的功能，为复制和镜像等提供操作对象的范围，如果不定义，则操作对象为在工具前的所有线形。

属性分参数值、参数属性、位置属性；参数值可以是构件细部尺寸变量，可以是数值，可以是数学表达式；参数属性，可以没有，缺省表示采用相对坐标，即参数值为相对前一个位置的距离，若使用绝对坐标，数值加上"@"标志属性，表示为形状坐标系下的绝对坐标，形状坐标系的原点自由选择，为形状定义时的起点；位置属性表示该位置点的功能，可以没有，也可加各种属性，如名字、不绘制等，加了名字后，可以在工具中被引用。

工具是为了提高形状描述的效率，对于相似的部分，采用复制和镜像，避免重复描述，使得描述更为简洁，只需要描述不同的部分，比如，对称结构只需要描述一半的形状，然后采用镜像工具就完成了。

表1中提供的功能和工具，表2中提供的属性，为本发明的方法已经实现的内容，已经能够满足桥梁领域中常规构件的形状类型的描述，本发明的方法支持任意扩充，可根据需要增加软件支持的功能、属性和工具。

表1：功能和工具

表2：属性

使用时，属性与参数在一起，多个时用英文逗号“,”隔开，属性根据需要选择性使用，放在参数后面；功能和工具可使用英文名或中文名，其需要的参数用英文括号括起来，如“功能名(参数1，参数i，属性i)”。

灵活运用上述的功能、工具、参数和属性，可以轻松地描述各类图形。

如图2所示为轻型工字钢的部分实例尺寸，其形状类型定义一个形状类型名，如"工字钢"，形状为如图3中所示的工字型，形状描述的方式有多种，如下是其中的一种：“Lx([b]/2)；Ly([t])；Fi([t]/2)；Lx(-([b]/2-[d]/2))；Fi([r])；Ly([h]/2-[t])；Lx(-[d]/2,mi)；Ly(-[h]/2,mi)”，只描述了1/4的形状，使用了2次对称，“[]”中的内容为尺寸变量。

用户使用时，即用户在对某个构件截面类型的具体实例进行建模时，如图4所示，用户只要在建模软件的截面建模界面上，选择截面类型(热轧轻型工字钢)和实例的索引名称即实例名称(18)，即可实现一键建模。使用起来非常简单。

用户增加一个新的实例，只需要在图2中增加一行(包括：新的编号、新的实例的索引名称和一组新的对应的尺寸具体数值)，非常简便。

本发明对于等截面经验构件通过索引名称来建模，使用非常方便且不易出错；各类型的经验构件的截面形状通过描述来配置，配置完成后输出CAD图形供用户查看，这样新建类型比较容易，从而类型容易扩展；在指定类型下面增加一个新的实例时只需要添置一行数据，方便简单。所有的配置存放在数据库中，作为软件的一部分。从而完全解决了等截面经验构件目前所碰到的模板配置困难、模板数量少、使用复杂的问题。

Claims (10)

1.一种通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，该方法包括：

(一)建立对外的构件经验数据库，该方法包括下述步骤：

(1)在构件经验数据库中，建立工程人员即用户熟悉的构件截面类型；

按用户习惯建立构件截面类型，每种截面类型的截面各部位尺寸用变量描述，即用变量定义截面各部位尺寸；

(2)在构件经验数据库中，建立各构件截面类型的具体实例对应的截面各部位尺寸数据；

一种截面类型包含很多个具体实例；各具体实例描述截面各部位尺寸的具体值；

(3)在构件经验数据库中，为每个具体实例建立一个索引名称；

建立用户辨识度高的索引名称，索引名称代表了该具体实例对应的截面各部位尺寸数据；

(二)建立内部的截面形状数据库，该方法包括下述步骤：

(1)对构件截面类型的截面形状进行抽象，归类成形状类型，存放在内部的截面形状数据库中；

多种构件截面类型抽象成一种形状类型；

(2)建立构件截面类型与形状类型之间的对应关系；

每种用户的构件截面类型对应一种内部的截面形状数据库中的形状类型；

(3)描述形状类型；

用形状描述语言完成对该形状类型的描述；形状类型描述时，使用截面类型定义的部位尺寸变量；

(三)将各构件截面类型的具体实例与形状类型描述相结合，自动完成截面建模，该方法包括下述步骤：

(1)形状类型描述与构件截面类型的具体实例结合后自动生成几何图形；

用具体实例的具体尺寸值替代形状类型描述中的变量，对形状类型进行解析，自动生成几何图形；

(2)几何图形输出为CAD图形文件供检查；

自动生成用户熟悉的CAD图形文件供用户查看，检查描述成果，确保形状描述的精准性；

(3)为各构件截面类型建立文件夹，文件夹内放置各具体实例的CAD图形文件，CAD图形文件名为各具体实例的索引名称；

(4)通过索引名称，自动导入对应的CAD图形文件，完成对构件截面类型的具体实例的截面建模；

(四)把截面安装到构件所在的路线，完成构件建模。

2.如权利要求1所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，

该方法中，构件经验数据库中的截面类型对应截面形状数据库中的形状类型；构件经验数据库中的截面类型为用户熟悉的构件截面类型，截面形状数据库中的形状类型为截面形状的抽象；多种构件截面类型的截面形状如果相似，截面各部位尺寸变量统一，抽象成一种形状类型；一种构件截面类型的一个具体实例对应一个索引名称和一组尺寸数据；在指定的构件截面类型下面增加一个新的具体实例，只需要添置一组新的尺寸数据，定义一个新的索引名称。

3.如权利要求1或2所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，该方法中，配置的构件截面类型具体实例、形状类型描述、构件截面类型与形状类型之间的对应关系都存放在数据库中。

4.如权利要求1或2所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，

该方法步骤(二)的步骤(3)中，通过功能、属性和工具，采用接近自然语言的描述方式，对形状类型进行描述；形状看成由多个线形组成，每个线形由多个位置点组成，线形各位置点之间用一个英文分号“；”隔开，两个英文分号“；；”表示线形连续结束；工具插入放在形状描述的任何位置，工具的操作对象自由定义。

5.如权利要求4所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，

功能使用英文简写或中文名称；有绘制各类线形的功能，包括直线，圆弧，倒角；有定制模板参数线形的功能，这个是高级用法，为带参数的复制工具提供复制对象；有定义线形范围的功能，为复制和镜像提供操作对象的范围，如果不定义，则操作对象为在工具前的所有线形。

6.如权利要求4所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，

属性分参数值、参数属性、位置属性；参数值是构件细部尺寸变量，或是数值，或是数学表达式；参数属性，缺省表示采用相对坐标，即参数值为相对前一个位置的距离，若使用绝对坐标，数值加上"@"标志属性，表示为形状坐标系下的绝对坐标，形状坐标系的原点自由选择，为形状定义时的起点；位置属性表示该位置点的功能，可加各种属性，包括名字、不绘制，加了名字后在工具中被引用。

7.如权利要求6所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，

对形状类型进行描述的时候，用构件截面类型定义的变量名字代替具体数值。

8.如权利要求4所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，

工具包括复制和镜像，对于相似的部分，采用复制和镜像工具进行描述。

9.如权利要求8所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，对称结构只需要描述一半的形状，然后采用镜像工具完成描述。

10.如权利要求4所述的通用的等截面构件快速建模的方法，其特征在于，

该方法支持任意扩充，可根据需要增加支持的功能、属性和工具。