CN110851899A - 参数化建模在异形结构构件设计中的应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体是一种参数化建模在异形结构构件设计中的应用方法；其特征是：向犀牛三维建模软件中导入夹具的图纸；对导入的图纸进行进一步处理；使之符合软件对线条的属性需求；夹具的造型设计；通过运算器组拾取线条曲线，即夹具的轮廓中心线与管道截面线；根据两者相对位置关系和夹具造型方案要求，通过Grasshopper运算器设计搭配得出每个夹具造型轮廓，再次利用标注运算器标注夹具轮廓，分别对齐标注夹具内侧的凹槽长度，高度，宽度，标注整个夹具宽度和高度；最后把标注好的图纸从犀牛软件中导出为DWG文件。本方法通过利用Grasshopper参数化建模，不仅效率高，精度高，使之造型独特不重复的构件可以批量化产生，对比以往传统BIM应用具有更高的灵活性，数据的统一批量处理性。

Description

参数化建模在异形结构构件设计中的应用方法

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，具体是一种参数化建模在异形结构构件设计中的应用方法。

背景技术

随着我国综合实力的提升，近年来我国承办了越来越多的各种种类的国际赛事。在2020年我国将在北京举办冬奥会，在冬奥会中，雪车雪橇项目是一个重点项目，而此类雪车雪橇项目用的赛道，往往结构繁复多变并且对于基础建筑的精度要求较高。例如，此次北京冬奥会雪车雪橇项目赛道造型为双曲面结构，下层是混凝土结构层，管状的赛道内铺设冰面，内含双曲面制冷管道和支撑夹具与钢筋网骨架。主赛道总长1935米，落差127米。平均坡度9.8%，最大坡度16%。内部结构含有支撑骨架（夹具），制冷管道，钢筋网片和其他构件，因为赛道整体造型为空间三维扭曲的半开放式管状结构体，支撑内部制冷管道的构件----夹具，由于赛道的造型随着山地高低差变化、左右翻转变化而变化，每一个构件都有独特的位置和形状且不重复，故不能批量的统一模板制作。同时，本赛道是一条高精度要求的施工项目，其表面必须平滑过渡，不能出现折线、凹凸或渐变不圆滑的起伏。而常见的BIM技术应用，多是针对常规的、标准化的构件而实现大批量快速设计。难以对此类项目进行快速高效设计。在前期的试制阶段研究发现，以北京冬奥会雪车雪橇赛道为例，根据其原设计意图确定夹具造型、凹槽间距、截面的管道位置等信息而制作的初始夹具，焊接点非常多，导致夹具焊接质量难以保证，夹具整体弯曲度、平滑度也不能精准控制。这样的夹具是明显无法大批量投入到工程建设中去的。经过前期技术方案商讨敲定，利用BIM深化设计，最终定义为夹具整体激光切割一体化成型。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种利用BIM参数化设计方法，最终批量输出所有不同夹具的图纸或参数从而便于后期安装核对或者数控加工。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种参数化建模在异形结构构件设计中的应用方法，包括

步骤1、对原有的整体设计图纸进行简化，剔除无用的辅助参数信息，对有用的结构线条进行保留并重新定义图层，并另存文件；此处的目的在于向犀牛三维建模软件中导入某一具体段的所有构件的图纸或称夹具的图纸；

步骤2、根据犀牛三维建模软件，把上一步的有效信息导入，由于平面二维软件和三维立体软件的不兼容性，需要进一步对导入的图纸进行处理；使之符合软件对线条的属性需求；此步骤对步骤1所导入的图纸信息进行再次处理，使其满足后续参数化运算器的读取；

步骤3、夹具的造型设计：根据原设计夹具截面图纸确定每个截面的管道位置，找出管道截面和夹具线条曲线的相对位置关系，依据管道直径大小，确定夹具上支撑管道的凹槽深度和间距，根据钢材的力学性能，夹具所承受的管道重量，确定夹具的宽度及厚度从而确定夹具造型；

步骤4、首先通过运算器组拾取线条曲线，即夹具的轮廓中心线，对曲线进行依次排序，编号，处理线条的矢量方向，让其保持一致，每个夹具截面包含的管道截面同样按照从U型夹具的低端至高处进行排序，并检查每个管道截面的唯一性，准确性；在此基础上分别对线条曲线和管道截面进行图层分层加以区别，利用参数化Grasshopper运算器进行读取，根据已经定义完成的规则，方式和计算方法使一系列运算规则运算器组的进行连续的程序计算，最后输出目标设计方案；上述步骤中，规则、方式和计算方法的定义是为了使后续生成夹具轮廓符合设计造型的要求；

步骤5、通过Grasshopper运算器设计搭配得出每个夹具造型轮廓，再次利用标注运算器标注夹具轮廓，分别对齐标注夹具内侧的凹槽长度，高度，宽度，标注整个夹具宽度和高度；最后把标注好的图纸从犀牛软件中导出为DWG文件，至此夹具造型深化设计出图已完成。

本发明对于结构复杂，造型多变，空间扭曲不规则的建筑形体的建筑物，利用三维建模软件搭配参数化计算的方式很好的解决了此类建筑物的构件设计不规则，不重复性问题。以2020年北京冬奥会的雪车雪橇赛道为例，其赛道总长约2公里，夹具的数量达到1500个左右，并且由于赛道是扭曲、空间多变的，从而导致每一个夹具的造型都是不相同、不重复的。而通过利用Grasshopper参数化建模，不仅效率高，精度高，使之造型独特不重复的构件可以批量化产生，对比以往传统BIM应用具有更高的灵活性，数据的统一批量处理性。

具体实施方式

以下通过具体实施例进一步说明本发明。

一种参数化建模在异形结构构件设计中的应用方法，其特征是：包括

步骤1、对原有的整体设计图纸进行简化，剔除无用的辅助参数信息，对有用的结构线条进行保留并重新定义图层，并另存文件；此处的目的在于向犀牛三维建模软件中导入某一具体段的所有构件的图纸或称夹具的图纸；

步骤2、根据犀牛三维建模软件，把上一步的有效信息导入，由于平面二维软件和三维立体软件的不兼容性，需要进一步对导入的图纸进行处理；使之符合软件对线条的属性需求；此步骤对步骤1所导入的图纸信息进行再次处理，使其满足后续参数化运算器的读取；

步骤3、夹具的造型设计：根据原设计夹具截面图纸确定每个截面的管道位置，找出管道截面和夹具线条曲线的相对位置关系，依据管道直径大小，确定夹具上支撑管道的凹槽深度和间距，根据钢材的力学性能，夹具所承受的管道重量，确定夹具的宽度及厚度从而确定夹具造型；

步骤4、首先通过运算器组拾取线条曲线，即夹具的轮廓中心线，对曲线进行依次排序，编号，处理线条的矢量方向，让其保持一致，每个夹具截面包含的管道截面同样按照从U型夹具的低端至高处进行排序，并检查每个管道截面的唯一性，准确性；在此基础上分别对线条曲线和管道截面进行图层分层加以区别，利用参数化Grasshopper运算器进行读取，根据已经定义完成的规则，方式和计算方法使一系列运算规则运算器组的进行连续的程序计算，最后输出目标设计方案；上述步骤中，规则、方式和计算方法的定义是为了使后续生成夹具轮廓符合设计造型的要求；

步骤5、通过Grasshopper运算器设计搭配得出每个夹具造型轮廓，再次利用标注运算器标注夹具轮廓，分别对齐标注夹具内侧的凹槽长度，高度，宽度，标注整个夹具宽度和高度；最后把标注好的图纸从犀牛软件中导出为DWG文件，至此夹具造型深化设计出图已完成。

本发明对于结构复杂，造型多变，空间扭曲不规则的建筑形体的建筑物，利用三维建模软件搭配参数化计算的方式很好的解决了此类建筑物的构件设计不规则，不重复性问题。以2020年北京冬奥会的雪车雪橇赛道为例，其赛道总长约2公里，夹具的数量达到1500个左右，并且由于赛道是扭曲、空间多变的，从而导致每一个夹具的造型都是不相同、不重复的。而通过利用Grasshopper参数化建模，不仅效率高，精度高，使之造型独特不重复的构件可以批量化产生，对比以往传统BIM应用具有更高的灵活性，数据的统一批量处理性。

Claims (1)

1.一种参数化建模在异形结构构件设计中的应用方法，其特征是：包括

步骤1、对原有的整体设计图纸进行简化，剔除无用的辅助参数信息，对有用的结构线条进行保留并重新定义图层，并另存文件；此处的目的在于向犀牛三维建模软件中导入某一具体段的所有构件的图纸或称夹具的图纸；

步骤2、根据犀牛三维建模软件，把上一步的有效信息导入，由于平面二维软件和三维立体软件的不兼容性，需要进一步对导入的图纸进行处理；使之符合软件对线条的属性需求；此步骤对步骤1所导入的图纸信息进行再次处理，使其满足后续参数化运算器的读取；

步骤3、夹具的造型设计：根据原设计夹具截面图纸确定每个截面的管道位置，找出管道截面和夹具线条曲线的相对位置关系，依据管道直径大小，确定夹具上支撑管道的凹槽深度和间距，根据钢材的力学性能，夹具所承受的管道重量，确定夹具的宽度及厚度从而确定夹具造型；

步骤4、首先通过运算器组拾取线条曲线，即夹具的轮廓中心线，对曲线进行依次排序，编号，处理线条的矢量方向，让其保持一致，每个夹具截面包含的管道截面同样按照从U型夹具的低端至高处进行排序，并检查每个管道截面的唯一性，准确性；在此基础上分别对线条曲线和管道截面进行图层分层加以区别，利用参数化Grasshopper运算器进行读取，根据已经定义完成的规则，方式和计算方法使一系列运算规则运算器组的进行连续的程序计算，最后输出目标设计方案；上述步骤中，规则、方式和计算方法的定义是为了使后续生成夹具轮廓符合设计造型的要求；

步骤5、通过Grasshopper运算器设计搭配得出每个夹具造型轮廓，再次利用标注运算器标注夹具轮廓，分别对齐标注夹具内侧的凹槽长度，高度，宽度，标注整个夹具宽度和高度；最后把标注好的图纸从犀牛软件中导出为DWG文件，至此夹具造型深化设计出图已完成。