CN110727972A - 一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法及系统，包括：根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别输电塔的杆件；基于建筑信息化模型获取杆件的连接关系和朝向规则；基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个杆件对应的节点和节点对应的面；基于识别的杆件、杆件对应的节点以及节点对应的面自动生成输电塔三维模型。本发明的技术方案性能稳定、功能满足交付要求，相比于传统的三维放样，可有效减轻约工作量，具有十分显著地经济效益和社会效益。

Description

一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法及系统

技术领域

本发明属于输变电技术领域，具体涉及一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法及系统。

背景技术

在调研建筑信息化模型(Building Information Modeling简称BIM)技术发展现状和输电杆塔行业现状的基础上，通过深入分析确定在输电杆塔结构设计阶段实现输电角钢塔自动建模是线路三维数字花交付和设计与加工一体化发展的核心环节。

输电杆塔是作为输电线路的重要组成部件，由于杆塔行业分工不同：设计院负责杆塔荷载计算、司令图和蓝图绘制，铁塔厂负责杆塔三维放样、构件加工、试组装，存在信息共享不充分、建模重复等问题。况且，在现有技术条件下，由于设计院未配备输电杆塔三维建模力量，开展输电线路三维数字化交付存在相当难度，工作量大，迫切需要在杆塔设计阶段实现输电杆塔自动建模(从某种意义说，在设计阶段进行自动建模是BIM技术的内在要求)，使杆塔三维模型满足数字化交付要求且能流程到塔厂进行完善，然后转化为NC代码由数控机床直接加工生产。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供了一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法及系统。

本发明提供的技术方案是：

一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，包括：

根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别所述输电塔的杆件；

基于BIM模型获取所述杆件的连接关系和朝向规则；

基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个所述杆件对应的节点和节点对应的面；

基于识别的所述杆件、所述杆件对应的节点以及所述节点对应的面自动生成输电塔三维模型。

优选的，所述根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别所述输电塔的杆件，包括：

基于所述输电塔的杆塔荷载计算结果得到输电塔所有杆件信息；

基于所有杆件信息通过所述BIM模型中预设的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线；

从所述外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件；

其中，所述预先设定类型的杆件，包括：塔身主材、横担主材以及横隔面。

优选的，所述基于所有杆件信息通过所述BIM模型中的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线，包括：

从所述杆件信息中筛选至少两个杆件作为投影杆件，在XOZ平面上进行投影；

通过重叠算法剔除所述投影杆件中的重叠杆件；

基于剔除重叠杆件后的投影杆件，通过最大环算法找到外轮廓线。

优选的，所述从所述外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件，包括：

基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材；

基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横担主材识别算法识别出横担主材；

基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面。

优选的，所述基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材，包括：

遍历所述正面外轮廓线中的杆件，当满预设条件时，标记为塔身主材；

其中，所述预设条件包括：

4个象限对称；

与Z轴夹角不超过第一预设角度；

必须在外轮廓线上；

两端点的节点坐标X、Y值不能小于预设长度；

两个端点的节点主材至少有一个是当前遍历所述正面外轮廓线中的杆件。

优选的，所述基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横担主材识别算法识别横担主材，包括：

遍历所述正面外轮廓线，当满足第一条件时，标记为横担主材；

否则，继续遍历不满足第一条件的正面外轮廓线，当满足第二条件，标记为横担主材；

其中，所述第一条件包括：

一个端点位于横担主材上；

X轴夹角不大于第二预设角度；

所述第二条件包括：

杆件的一端连接到已经存在的横担主材；

与X轴夹角不大于第三预设角度。

优选的，所述基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面，包括：

遍历所有杆件信息，当满足第三条件，标记为横隔面；

其中，所述第三条件包括：

杆件两个端点的Z坐标高差为预设值；

杆件位于与Z值等高的塔身主材的包围框内。

优选的，所述基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别所述每个杆件对应的节点和节点对应的面，包括：

基于所述杆件、杆件连接关系及朝向设置通过预设的节点自动处理算法识别所述杆件对应的节点和节点对应的面。

优选的，所述节点自动处理算法，包括：

基于所述杆件、所述杆件连接关系及朝向设置识别所述杆件对应的节点；

基于所述预先设定类型的杆件确定所述节点对应的面以及固定所述面的加固面板。

优选的，所述基于所述杆件、所述杆件连接关系及朝向设置识别所述杆件对应的节点，包括：

基于所述杆件、所述杆件连接关系及朝向设置通过塔身中间K型节点处理算法处理塔身上的K节点；

通过横担主材塔身连接节点处理算法处理横担主材塔身的连接节点；

通过双主材塔身连接节点处理算法处理双主材塔身连接节点；

通过单双过渡节点处理算法处理单双过渡节点；

通过猫头角钢曲臂节点处理算法处理猫头角钢曲臂节点；

通过酒杯角钢曲臂节点处理算法处理酒杯角钢曲臂节点；

通过猫头其他桁架单面板连接节点处理算法处理猫头其他桁架单面板连接

节点。

优选的，所述基于所述预先设定类型的杆件确定所述节点对应的面以及固定所述面的加固面板，包括：

当所述杆件的类型为塔身主材时，通过塔身主材K节点处理算法和双主材塔身连节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

当所述杆件的类型为横担主材时，通过横档主材塔身连接点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

当所述杆件的类型为横隔面时，通过单双过渡点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

当所述杆件的类型为猫头角钢曲臂，通过猫头角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

当所述杆件的类型为酒杯角钢曲臂，通过酒杯角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板。

优选的，所述杆塔荷载计算结果，包括：

塔高及接腿数量、节点分配表、节点数量、节点详细信息、主材分段数量、分段详细信息、杆件材质代号表行数、杆件材质代号、受力杆件数量和补助杆件数量。

本发明的另一目的在意提出一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，包括：杆件识别模块、位置获取模块、数据识别模块和模型生成模块；

所述杆件识别模块，用于根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别所述输电塔的杆件；

所述位置获取模块，用于基于BIM模型获取所述杆件的连接关系和朝向规则；

所述数据识别模块，用于基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个所述杆件对应的节点和节点对应的面；

所述模型生成模块，用于基于识别的所述杆件、所述杆件对应的节点以及所述节点对应的面自动生成输电塔三维模型。

优选的，所述杆件识别模块，包括：信息获取子模块、外轮廓线识别子模块和杆件类型识别子模块；

所述信息获取子模块，用于基于所述输电塔的杆塔荷载计算结果得到输电塔所有杆件信息；

所述外轮廓线识别子模块，用于基于所有杆件信息通过所述BIM模型中预设的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线；

所述杆件类型识别子模块，用于从所述外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件；

其中，所述预先设定类型的杆件，包括：塔身主材、横担主材以及横隔面。

优选的，所述外轮廓线识别子模块，包括：投影单元、剔除单元和寻找单元；

所述投影单元，用于从所述杆件信息中筛选至少两个杆件作为投影杆件，在XOZ平面上进行投影；

所述剔除单元，用于通过重叠算法剔除所述投影杆件中的重叠杆件；

所述寻找单元，用于基于剔除重叠杆件后的投影杆件，通过最大环算法找到外轮廓线。

优选的，所述外轮廓线识别子模块，所述杆件类型识别子模块，包括：塔身主材识别单元、横担主材识别单元和横隔面识别单元；

所述塔身主材识别单元，用于基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材；

所述横担主材识别单元，用于基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横担主材识别算法识别出横担主材；

所述横隔面识别单元，用于基于所述正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面。

优选的，所述数据识别模块，包括：节点自动处理子模块；

所述节点自动处理子模块，用于基于所述杆件、杆件连接关系及朝向设置通过预设的节点自动处理算法识别所述杆件对应的节点和节点对应的面。

优选的，所述节点自动处理子模块，包括：节点识别单元和节点处理单元；

所述节点识别单元，用于基于所述杆件、所述杆件连接关系及朝向设置识别所述杆件对应的节点；

所述节点处理单元，用于基于所述预先设定类型的杆件确定所述节点对应的面以及固定所述面的加固面板。

优选的，所述节点处理单元，包括：第一处理子单元、第二处理子单元、第三处理子单元、第四处理子单元和第五处理子单元；

所述第一处理子单元，用于当所述杆件的类型为塔身主材时，通过塔身主材K节点处理算法和双主材塔身连节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

所述第二处理子单元，用于当所述杆件的类型为横担主材时，通过横档主材塔身连接点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

所述第三处理子单元，用于当所述杆件的类型为横隔面时，通过单双过渡点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

所述第四处理子单元，用于当所述杆件的类型为猫头角钢曲臂，通过猫头角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

所述第五处理子单元，用于当所述杆件的类型为酒杯角钢曲臂，通过酒杯角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别输电塔的杆件；基于BIM模型获取杆件的连接关系和朝向规则；基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个杆件对应的节点和节点对应的面；基于识别的杆件、杆件对应的节点以及节点对应的面自动生成输电塔三维模型，该方案性能稳定、功能满足交付要求，相比于传统的三维放样，可有效减轻约30％的工作量，具有十分显著地经济效益和社会效益。

本发明的技术方案通过研发的输电塔正面外轮廓识别算法，充分分析了输电角钢塔外轮廓特征，有效识别了角钢塔外轮廓。

本发明的技术方案研发的输电塔身主材、横担、横隔面等特殊杆件的识别算法。通过分析塔身主材、横担和横隔面几何特征和荷载特征，结合荷载计算结果接口，有效识别了以上几种典型杆件特征。

本发明的技术方案通过研发输电塔节点自动处理算法分析节点几何构造特征，并且有效识别典型节点对典型节点进行加固面板的处理使输电塔三维模型自动建成。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的接口塔高和节点相关信息；

图3为本发明的接口分段、构件材质和构件及连接信息；

图4为本发明所需要的线段2示意图；

图5为本发明的终点示意图；

图6为本发明的干字型正面外轮廓线；

图7为本发明的塔身主材识别示意图；

图8为本发明的不与塔身主材直接连接的横担主材；

图9为本发明的识别的横隔面；

图10为本发明的塔身正侧面交叉斜材朝向；

图11为本发明的输电角钢塔自动建模流程图；

其中，4-1表示线段的起点，4-2表示线段的终点，4-3表示线段1，4-4表示线段2；5-1表示外轮廓线段1,5-2表示最大夹角，5-3表示起点，5-4表示终点，5-5表示外轮廓线段2。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在调研国内外建筑信息化模型(Building Information Modeling简称BIM)技术发展现状和输电杆塔行业现状的基础上，通过深入分析确定在输电杆塔结构设计阶段实现输电角钢塔自动建模是线路三维数字化交付和设计与加工一体化发展的核心环节。为此，基于输电角钢塔几何特征和荷载计算结果研发了输电角钢塔自动建模功能，该功能可有效识别猫头塔、酒杯塔、干字型等角钢塔主材、斜材、横隔面、横担、挂点等关键部位，在识别关键部位的基础上通过角钢肢向调整、正负头设置、单双面连接板设置、塔脚规格选取等功能实现输电角钢塔的自动建模，我们根据该方法研发了基于OSG的自动建模平台，并在若干项目中进行了验证，测试表明该方法性能稳定、功能满足交付要求，相比于传统的三维放样，可有效减轻约30％的工作量，具有十分显著地经济效益和社会效益。

实施例1

从图1可以看出一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，包括：

S1、根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别输电塔的杆件；

进一步的，根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别输电塔的杆件，包括：基于输电塔的杆塔荷载计算结果得到输电塔所有杆件信息；

基于所有杆件信息通过BIM模型中预设的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线；

从所述外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件；

其中，预先设定类型的杆件，包括：塔身主材、横担主材以及横隔面。

进一步的，基于所有杆件信息通过BIM模型中的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线，包括：

从所述杆件信息中筛选至少两个杆件作为投影杆件，在XOZ平面上进行投影；

通过重叠算法剔除投影杆件中的重叠杆件；

基于剔除重叠杆件后的投影杆件，通过最大环算法找到外轮廓线。

进一步的，从外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件，包括：

基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材；

优选的，基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材，包括：

遍历正面外轮廓线中的杆件，当满预设条件时，标记为塔身主材；

其中，预设条件包括：

4个象限对称；

与Z轴夹角不超过第一预设角度；其中，第一预设角度的值是30°；

必须在外轮廓线上；

两端点的节点坐标X、Y值不能小于预设长度；其中，预设长度的值为500mm；

两个端点的节点主材至少有一个是当前遍历正面外轮廓线中的杆件。

基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横担主材识别算法识别出横担主材；

优选的，基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横担主材识别算法识别横担主材，包括：

遍历正面外轮廓线，当满足第一条件时，标记为横担主材；

否则，继续遍历不满足第一条件的正面外轮廓线，当满足第二条件，标记为横担主材；

其中，第一条件包括：

一个端点位于横担主材上；

X轴夹角不大于第二预设角度；其中，第二预设角度的值与第一预设角度的值相等都是30°；

所述第二条件包括：

杆件的一端连接到已经存在的横担主材；

与X轴夹角不大于第三预设角度，其中，第三预设角度是25°。

基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面。

优选的，基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面，包括：

遍历所有杆件信息，当满足第三条件，标记为横隔面；

其中，所述第三条件包括：

杆件两个端点的Z坐标高差为预设值；

杆件位于与Z值等高的塔身主材的包围框内。

S2、基于BIM模型获取所述杆件的连接关系和朝向规则；

S3、基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个杆件对应的节点和节点对应的面；

进一步的，基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个杆件对应的节点和节点对应的面，包括：

基于杆件、杆件连接关系及朝向设置通过预设的节点自动处理算法识别杆件对应的节点和节点对应的面。

进一步的，节点自动处理算法，包括：

基于杆件、杆件连接关系及朝向设置识别杆件对应的节点；

优选的，基于杆件、杆件连接关系及朝向设置识别杆件对应的节点，包括：

基于杆件、所述杆件连接关系及朝向设置通过塔身中间K型节点处理算法处理塔身上的K节点；

通过横担主材塔身连接节点处理算法处理横担主材塔身的连接节点；

通过双主材塔身连接节点处理算法处理双主材塔身连接节点；

通过单双过渡节点处理算法处理单双过渡节点；

通过猫头角钢曲臂节点处理算法处理猫头角钢曲臂节点；

通过酒杯角钢曲臂节点处理算法处理酒杯角钢曲臂节点；

通过猫头其他桁架单面板连接节点处理算法处理猫头其他桁架单面板连接节点。

基于预先设定类型的杆件确定节点对应的面以及固定面的加固面板。

优选的，基于预先设定类型的杆件确定节点对应的面以及固定面的加固面板，包括：

当杆件的类型为塔身主材时，通过塔身主材K节点处理算法和双主材塔身连节点处理算法获得与杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板；

当杆件的类型为横担主材时，通过横档主材塔身连接点处理算法获得与杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板；

当杆件的类型为横隔面时，通过单双过渡点处理算法获得与杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板；

当杆件的类型为猫头角钢曲臂，通过猫头角钢曲臂节点处理算法获得与杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板；

当杆件的类型为酒杯角钢曲臂，通过酒杯角钢曲臂节点处理算法获得与杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板。

S4、基于识别的所述杆件、所述杆件对应的节点以及所述节点对应的面自动生成输电塔三维模型。

根据识别的节点类型，通过BIM模型中设置的算法对节点类型进行处理，获得输电塔三维模型。

进一步的，杆塔荷载计算结果，包括：

塔高及接腿数量、节点分配表、节点数量、节点详细信息、主材分段数量、分段详细信息、杆件材质代号表行数、杆件材质代号、受力杆件数量和补助杆件数量。

实施例2

S1、根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别输电塔的杆件；

具体的，包括：

1.荷载计算结果接口定义

输电杆塔荷载计算软件主要有道亨、iTower、SmartTower，各荷载计算软件的内核基本相同，为此基于iTower杆塔荷载计算软件约定了角钢塔自动建模数据接口，接口包含信息如下：

1)塔高及接腿数量；2)节点分；配表；3)节点数量；4)节点详细信息；5)主材分段数量；6)分段详细信息；7)杆件材质代号表行数；8)杆件材质代号表；9)受力材杆件数量，补助材杆件数量；10)杆件详细信息。

其中，图2接口塔高和节点相关信息，图3是接口分段、构件材质和构件及连接信息。

2.杆件数据规范化

根据杆塔荷载计算结果接口规则，平台加载cad文件后，需将角钢塔杆件数据规范化，重点识别输电角钢塔正面外轮廓线，并以外轮廓线为基础，识别特殊杆件，如塔头主材和斜材、塔身主材和斜材、塔腿主材和斜材、横担主材、横隔面主材。

其中，平台中的BIM模型中设置了识别杆件的算法，包括了正面外轮廓线识别算法以及特殊杆件的识别算法。

(1)正面外轮廓线识别算法

步骤1寻找需要作为投影线的杆件

1)仅将两端节点Y坐标都大于0的杆件参与投影；

2)过滤掉基本与Y轴平行的杆件；

步骤2在XOZ平面上进行投影，通过重叠算法去掉一些杆件/线

1)首先对第一步所筛选的杆件在XOZ平面上进行投影，为了加快运算的速度，首先对投影后的所有线段进行包围框计算，判断所计算的包围框是否有相交，如果没有则跳过两根杆件；

2)然后判断相交的两条线段是否有遮盖关系：

杆件1投影后的两端端点是否都在杆件2的投影线上，如果不在，认为杆件1不被杆件2所遮挡；

如果杆件1的投影线在杆件2的投影线上，还需要比较杆件2中点的Y值是否大于杆件1中点的Y值，如果大于则认为杆件1被杆件2所遮盖；

步骤3通过最大环算法找到外轮廓线

首先从正面投影线和节点中找到左下角的一个点，然后遍历连接到此节点的所有线段，计算所有线段中与X轴夹角最大的线段，此线段就是外轮廓线上的第一段，如图4所示，线段2是所需要的，其中，4-1表示线段的起点，4-2表示线段的终点，4-3表示线段1，4-4表示线段2。

然后依次遍历上一段线段的终点，此时计算该节点所有连接的线段中与上一条线段夹角最大的，将其作为外轮廓上的线段，直到线段的终点与最开始的左下角点重合；图5即为终点示意图，其中，5-1表示外轮廓线段1,5-2表示最大夹角，5-3表示起点，5-4表示终点，5-5表示外轮廓线段2。

最后还需要将投影的二维线段与杆件的ID挂钩，由此判断在外轮廓上的线段所对应的杆件。效果如图6所示。

(2)特殊杆件的识别

(2-1)塔身主材识别算法

步骤1遍历每根杆件，如果杆件满足以下条件则标记为主材：

1)4个象限对称；

2)与Z轴夹角不超过30度；

3)必须在外轮廓线上；

4)两端点的节点坐标X、Y值不能小于500mm；

5)两个端点的节点主材至少有一个是当前杆件；

步骤2将4根主材杆件设置为一组

其中，图7塔身主材识别示意图。

(2-2)横担主材识别算法

步骤1遍历正面外轮廓线，如果满足以下要求，则标记为横担主材：

1)一个端点位于主材上；

2)与X轴夹角不大于30°；

步骤2遍历正面外轮廓线，如果满足以下要求，则标记为横担主材：

1)它的某一端连接到已经存在的横担主材(该端点在某个横担主材上，

或者该端点是另外一个横担主材的端点)；

2)与X轴夹角不大于25°；

其中，图8为本发明的不与塔身主材直接连接的横担主材。

(2-3)横隔面识别算法

步骤1遍历每根杆件，如果满足如下要求，这标记为横隔面：

1)杆件两个端点的Z坐标高程为0；

2)杆件位于与Z值等高的塔身主材的包围框内；

其中，图9为识别的横隔面。

S2、基于建筑信息化模型获取所述杆件的连接关系和朝向规则；

具体的，包括：

(3)杆件连接关系及朝向设置

杆件连接关系设置是三维模型“所见即所得”的重要数据支撑，通过设置科学的杆件依赖关系将为后续模型修改提供便利，本文中杆件连接关系设置规则如下：

1)杆件的端点在另一根杆件的中间，将其连接角钢设置为那根杆件；

2)杆件的端点不在其他杆件中间，将杆件的连接角钢设置为该节点的主材；杆件朝向设置依据制图规定设置，具体规则如下：

1)横担上下平面斜材：角钢肢向中心；

2)塔身正侧面交叉斜材：外贴，背向上；里贴，背向上；

3)隔面：角钢背向中心；

4)横担正面辅助材：斜向的肢向上，竖向的肢向中心；横担平面上的辅助材：一般肢向中心，非对称的顺线路的肢向左，横线路的肢向前；

5)塔身上的辅助材：一般肢向上，其余视切角等因素决定角钢肢朝向。

其中，图10塔身正侧面交叉斜材朝向。

S3、基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个杆件对应的节点和节点对应的面；

具体的，包括：

3.节点自动处理

角钢塔节点自动处理的总体流程包含四个步骤：

(1)遍历所有节点，对于每个节点，获得连接到节点及通过该节点的所有杆件；

(2)根据杆件的数量和类型判断节点类型；

(3)获得这个节点对应的所有面；

(4)根据不同的类型对每个面分别进行特殊处理。

其中塔身节点包含中间K节点、横担主材塔身连接节点、单主材塔身连接节点、双主材塔身连接节点、双主材塔身中间节点、单双过渡节点等。

S4、基于识别的所述杆件、所述杆件对应的节点以及所述节点对应的面自动生成输电塔三维模型。

具体的，包括：根据识别的节点类型，通过BIM模型设置的算法对节点类型进行处理，获得输电塔三维模型。

(1)塔身中间K节点处理算法

步骤1对节点按面进行处理，对于塔身上的K节点分为正面和侧面两种情况；

步骤2对每个面分别进行处理：

1)每个面还要考虑单主材和双主材两种情况，分别进行处理；

2)对于每个面，首先要创建交叉孔；

3)创建主材上其他的孔(根据主材准线数量的不同采用不同的逻辑)；

4)创建交叉的斜材上其他剩余的孔；

(2)横担主材塔身连接节点识别算法

步骤1计算除塔身主材外的其他杆件的负头；

步骤2根据计算文件中的孔信息在非塔身主材的杆件端头打孔；

步骤3计算主材上所需要的孔数并根据螺栓的分布规则打孔；

步骤4根据上面所有的孔信息创建单面板；

(3)双主材塔身连接节点处理算法

步骤1设置上下塔身双主材的正负头以及塔身斜材的负头(目前先按负头做端孔处理)；

步骤2创建主材和斜材上的端孔；

步骤3自动创建每个节点平面的单面板；

步骤4自动上下连接主材的内包角钢；

(4)单双过渡节点处理算法

步骤1分别计算上下塔身主材的正负头；

步骤2计算横隔杆件的正负头并创建水平肢的端孔；

步骤3创建牛板；

步骤4创建上塔身主材的端孔；

步骤5计算上主材塔身斜材的正负头并创建端孔；

步骤6创建上主材的靴板；

步骤7创建下面双主材的端孔；

步骤8创建横隔杆件正面和侧面肢的端孔；

步骤9创建下主材靴板；

步骤10创建加劲板；

塔头节点包含猫头角钢曲臂节点、酒杯角钢塔曲臂节点、猫头其他桁架塔身连接节点、猫头其他桁架猫头单面板连接节点、猫头其他桁架双面板连接节点等。

(1)猫头角钢曲臂节点处理算法

步骤1识别作为节点主材的桁架主材杆件和其他两根搭接的桁架主材杆件；

步骤2计算两根搭接的桁架主材的正负头；

步骤3创建两根搭接的桁架主材的端孔；

步骤4通过两根搭接的桁架主材的端孔的个数贡献率在主桁架主材上创建偏移孔；

步骤5创建单面板连接；

(2)酒杯角钢曲臂节点处理算法

步骤1正面通过单面板连接

1)识别上面的两根桁架主材，设置正负头并创建端孔；

2)识别下面的两根桁架主材，设置正负头并创建端孔；

3)分别计算其他斜材的正负头，并创建端孔；

4)在正面创建单面板；

步骤2侧面通过双面板连接

1)识别位于节点上面的杆件平面，计算杆件的正负头并创建端孔，作为双面板中基础面的孔；

2)识别位于节点下面的杆件平面，计算杆件的正负头并创建端孔，作为双面板中第二个面的孔；

3)创建双面板；

(3)猫头其他桁架单面板连接节点处理算法

步骤1通过面分配识别出位于正面的节点平面和位于侧面的节点平面，其中位于侧面的面又是双面板的两个面；

步骤2正面通过单面边进行连接

1)识别位于上面的其他桁架主材，设置正负头并创建端孔；

2)识别位于下面的其他桁架主材，设置正负头并创建端孔；

3)计算水平横的横隔杆件的正负头，并创建端孔；

4)计算剩余杆件的正负头并创建端孔；

5)通过上面创建的孔来生成单面板；

步骤3侧面通过双面板进行连接

1)识别上侧面，即上其他桁架主材所在的平面，计算该平面内其他杆件的正负头，并创建端孔；

2)识别下侧面，即下其他桁架主材所在的平面，计算该平面内除水平横隔主材外的其他杆件的正负头，并创建端孔；

3)根据以上两个侧面的孔创建双面板；

图11为本发明的输电角钢塔自动建模流程图。

S1、约定输电角钢塔荷载计算结果接口形式，荷载计算软件自动生成.cad文件；

S2、平台加载.cad文件，自动生成节点、杆件，并存储附加的数据(如连接型式、螺栓规格等)；

S3、依据输电角钢塔构件几何特征比你高结合人工判定，识别输电角钢塔主材、横担、横隔面等重要部位，设置角钢朝向、正负头等信息；

S4、通过分析构件几何连接关系和属性，定义节点连接型式，自动创建单面板、双面板、塔脚底板等；

S5、口宽计算。

本发明技术方案通过设定杆塔荷载计算结果接口加载输电角钢塔杆件和连接信息，以角钢塔外轮廓线为基础，识别角钢塔塔身主材、横担、横隔面等特征构件，并结合制图规范设置杆件连接关系和朝向，通过分析角钢塔中间K节点、横担主材塔身连接节点、单主材塔身连接节点、双主材塔身连接节点、双主材塔身中间节点、单双过渡节点等。该方法达到以下效果：

(1)研发了输电角钢塔外轮廓识别算法。充分分析了输电角钢塔外轮廓特征，如猫头、酒杯、干字等塔型，有效识别了角钢塔外轮廓。

(2)研发了输电角钢塔塔身主材、横担、横隔面等特殊杆件的识别算法。通过分析角钢塔塔身主材、横担和横隔面几何特征和荷载特征，结合荷载计算结果接口，有效识别了以上几种典型构件特征。

(3)研发了输电角钢塔节点自动处理算法。通过分析猫头角钢曲臂节点、酒杯角钢曲臂节点、猫头其他桁架单面板连接节点几何构造特征，研发了相关算法，有效识别并建模了以上典型节点。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，这些设备解决问题的原理与一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法相类似，该一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，主要包括：

杆件识别模块、位置获取模块、数据识别模块和模型生成模块；

下面对上述四个模块的功能进行进一步说明：

杆件识别模块，用于根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别输电塔的杆件；

位置获取模块，用于基于BIM模型获取杆件的连接关系和朝向规则；

数据识别模块，用于基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个所述杆件对应的节点和节点对应的面；

模型生成模块，用于基于识别的杆件、杆件对应的节点以及节点对应的面自动生成输电角钢塔三维模型。

进一步的，杆件识别模块，包括：信息获取子模块、外轮廓线识别子模块和杆件类型识别子模块；

信息获取子模块，用于基于输电塔的杆塔荷载计算结果得到输电塔所有杆件信息；

外轮廓线识别子模块，用于基于所有杆件信息通过所述BIM模型中预设的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线；

杆件类型识别子模块，用于从外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件；

其中，预先设定类型的杆件，包括：塔身主材、横担主材以及横隔面。

进一步的，外轮廓线识别子模块，包括：投影单元、剔除单元和寻找单元；

投影单元，用于从所述杆件信息中筛选至少两个杆件作为投影杆件，在XOZ平面上进行投影；

剔除单元，用于通过重叠算法剔除所述投影杆件中的重叠杆件；

寻找单元，用于基于剔除重叠杆件后的投影杆件，通过最大环算法找到外轮廓线。

进一步的，外轮廓线识别子模块，杆件类型识别子模块，包括：塔身主材识别单元、横担主材识别单元和横隔面识别单元；

塔身主材识别单元，用于基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材；

横担主材识别单元，用于基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横担主材识别算法识别出横担主材；

横隔面识别单元，用于基于正面外轮廓线根据BIM模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面。

进一步的，数据识别模块，包括：节点自动处理子模块；

节点自动处理子模块，用于基于所述杆件、杆件连接关系及朝向设置通过预设的节点自动处理算法识别杆件对应的节点和节点对应的面。

进一步的，节点自动处理子模块，包括：节点识别单元和节点处理单元；

节点识别单元，用于基于所述杆件、杆件连接关系及朝向设置识别杆件对应的节点；

节点处理单元，用于基于预先设定类型的杆件确定节点对应的面以及固定面的加固面板。

进一步的，节点处理单元，包括：第一处理子单元、第二处理子单元、第三处理子单元、第四处理子单元和第五处理子单元；

第一处理子单元，用于当所述杆件的类型为塔身主材时，通过塔身主材K节点处理算法和双主材塔身连节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

第二处理子单元，用于当所述杆件的类型为横担主材时，通过横档主材塔身连接点处理算法获得与杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板；

第三处理子单元，用于当杆件的类型为横隔面时，通过单双过渡点处理算法获得与杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板；

第四处理子单元，用于当所述杆件的类型为猫头角钢曲臂，通过猫头角钢曲臂节点处理算法获得与杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板；

第五处理子单元，用于当杆件的类型为酒杯角钢曲臂，通过酒杯角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过杆件的节点和节点对应的面，并对面上的杆件进行加固面板。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (19)

1.一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，包括：

根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别所述输电塔的杆件；

基于建筑信息化模型获取所述杆件的连接关系和朝向规则；

基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个所述杆件对应的节点和节点对应的面；

基于识别的所述杆件、所述杆件对应的节点以及所述节点对应的面自动生成输电塔三维模型。

2.如权利要求1所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别所述输电塔的杆件，包括：

基于所述输电塔的杆塔荷载计算结果得到输电塔所有杆件信息；

基于所有杆件信息通过所述建筑信息化模型中预设的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线；

从所述外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件；

其中，所述预先设定类型的杆件，包括：塔身主材、横担主材以及横隔面。

3.如权利要求2所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述基于所有杆件信息通过所述建筑信息化模型中的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线，包括：

从所述杆件信息中筛选至少两个杆件作为投影杆件，在XOZ平面上进行投影；

通过重叠算法剔除所述投影杆件中的重叠杆件；

基于剔除重叠杆件后的投影杆件，通过最大环算法找到外轮廓线。

4.如权利要求2所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述从所述外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件，包括：

基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材；

基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的横担主材识别算法识别出横担主材；

基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面。

5.如权利要求4所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材，包括：

遍历所述正面外轮廓线中的杆件，当满预设条件时，标记为塔身主材；

其中，所述预设条件包括：

4个象限对称；

与Z轴夹角不超过第一预设角度；

必须在外轮廓线上；

两端点的节点坐标X、Y值不能小于预设长度；

两个端点的节点主材至少有一个是当前遍历所述正面外轮廓线中的杆件。

6.如权利要求4所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的横担主材识别算法识别横担主材，包括：

遍历所述正面外轮廓线，当满足第一条件时，标记为横担主材；

否则，继续遍历不满足第一条件的正面外轮廓线，当满足第二条件，标记为横担主材；

其中，所述第一条件包括：

一个端点位于横担主材上；

X轴夹角不大于第二预设角度；

所述第二条件包括：

杆件的一端连接到已经存在的横担主材；

与X轴夹角不大于第三预设角度。

7.如权利要求4所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面，包括：

遍历所有杆件信息，当满足第三条件，标记为横隔面；

其中，所述第三条件包括：

杆件两个端点的Z坐标高差为预设值；

杆件位于与Z值等高的塔身主材的包围框内。

8.如权利要求1所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别所述每个杆件对应的节点和节点对应的面，包括：

基于所述杆件、杆件连接关系及朝向设置通过预设的节点自动处理算法识别所述杆件对应的节点和节点对应的面。

9.如权利要求8所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述节点自动处理算法，包括：

基于所述杆件、所述杆件连接关系及朝向设置识别所述杆件对应的节点；

基于所述预先设定类型的杆件确定所述节点对应的面以及固定所述面的加固面板。

10.如权利要求9所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述基于所述杆件、所述杆件连接关系及朝向设置识别所述杆件对应的节点，包括：

基于所述杆件、所述杆件连接关系及朝向设置通过塔身中间K型节点处理算法处理塔身上的K节点；

通过横担主材塔身连接节点处理算法处理横担主材塔身的连接节点；

通过双主材塔身连接节点处理算法处理双主材塔身连接节点；

通过单双过渡节点处理算法处理单双过渡节点；

通过猫头角钢曲臂节点处理算法处理猫头角钢曲臂节点；

通过酒杯角钢曲臂节点处理算法处理酒杯角钢曲臂节点；

通过猫头其他桁架单面板连接节点处理算法处理猫头其他桁架单面板连接节点。

11.如权利要求9所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述基于所述预先设定类型的杆件确定所述节点对应的面以及固定所述面的加固面板，包括：

当所述杆件的类型为塔身主材时，通过塔身主材K节点处理算法和双主材塔身连节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

当所述杆件的类型为横担主材时，通过横档主材塔身连接点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

当所述杆件的类型为横隔面时，通过单双过渡点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

当所述杆件的类型为猫头角钢曲臂，通过猫头角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

当所述杆件的类型为酒杯角钢曲臂，通过酒杯角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板。

12.如权利要求1所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模方法，其特征在于，所述杆塔荷载计算结果，包括：

塔高及接腿数量、节点分配表、节点数量、节点详细信息、主材分段数量、分段详细信息、杆件材质代号表行数、杆件材质代号、受力杆件数量和补助杆件数量。

13.一种基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，其特征在于，包括：杆件识别模块、位置获取模块、数据识别模块和模型生成模块；

所述杆件识别模块，用于根据输电塔的杆塔荷载计算结果识别所述输电塔的杆件；

所述位置获取模块，用于基于建筑信息化模型获取所述杆件的连接关系和朝向规则；

所述数据识别模块，用于基于杆件、杆件连接关系和朝向规则识别每个所述杆件对应的节点和节点对应的面；

所述模型生成模块，用于基于识别的所述杆件、所述杆件对应的节点以及所述节点对应的面自动生成输电塔三维模型。

14.如权利要求13所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，其特征在于，所述杆件识别模块，包括：信息获取子模块、外轮廓线识别子模块和杆件类型识别子模块；

所述信息获取子模块，用于基于所述输电塔的杆塔荷载计算结果得到输电塔所有杆件信息；

所述外轮廓线识别子模块，用于基于所有杆件信息通过所述建筑信息化模型中预设的正面轮廓识别算法识别输电塔正面外轮廓线；

所述杆件类型识别子模块，用于从所述外轮廓线包括的杆件中识别出预先设定类型的杆件；

其中，所述预先设定类型的杆件，包括：塔身主材、横担主材以及横隔面。

15.如权利要求14所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，其特征在于，所述外轮廓线识别子模块，包括：投影单元、剔除单元和寻找单元；

所述投影单元，用于从所述杆件信息中筛选至少两个杆件作为投影杆件，在XOZ平面上进行投影；

所述剔除单元，用于通过重叠算法剔除所述投影杆件中的重叠杆件；

所述寻找单元，用于基于剔除重叠杆件后的投影杆件，通过最大环算法找到外轮廓线。

16.如权利要求14所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，其特征在于，所述外轮廓线识别子模块，所述杆件类型识别子模块，包括：塔身主材识别单元、横担主材识别单元和横隔面识别单元；

所述塔身主材识别单元，用于基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的塔身主材识别算法识别出塔身主材；

所述横担主材识别单元，用于基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的横担主材识别算法识别出横担主材；

所述横隔面识别单元，用于基于所述正面外轮廓线根据建筑信息化模型中预设的横隔面识别算法识别出横隔面。

17.如权利要求13所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，其特征在于，所述数据识别模块，包括：节点自动处理子模块；

所述节点自动处理子模块，用于基于所述杆件、杆件连接关系及朝向设置通过预设的节点自动处理算法识别所述杆件对应的节点和节点对应的面。

18.如权利要求17所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，其特征在于，所述节点自动处理子模块，包括：节点识别单元和节点处理单元；

所述节点识别单元，用于基于所述杆件、所述杆件连接关系及朝向设置识别所述杆件对应的节点；

所述节点处理单元，用于基于所述预先设定类型的杆件确定所述节点对应的面以及固定所述面的加固面板。

19.如权利要求18所述的基于建筑信息化模型的输电塔自动建模系统，所述节点处理单元，包括：第一处理子单元、第二处理子单元、第三处理子单元、第四处理子单元和第五处理子单元；

所述第一处理子单元，用于当所述杆件的类型为塔身主材时，通过塔身主材K节点处理算法和双主材塔身连节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

所述第二处理子单元，用于当所述杆件的类型为横担主材时，通过横档主材塔身连接点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

所述第三处理子单元，用于当所述杆件的类型为横隔面时，通过单双过渡点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

所述第四处理子单元，用于当所述杆件的类型为猫头角钢曲臂，通过猫头角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板；

所述第五处理子单元，用于当所述杆件的类型为酒杯角钢曲臂，通过酒杯角钢曲臂节点处理算法获得与所述杆件连接或通过所述杆件的节点和节点对应的面，并对所述面上的杆件进行加固面板。

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