CN112060292B - 基于bim的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法 - Google Patents
基于bim的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法，包括以下步骤：S1：获取预制混凝土构件模型的轮廓特征信息；S2：通过预制混凝土构件模型的轮廓特征信息；S3：根据预制混凝土构件模型的轮廓特征信息，建立基准模型；S4：筛选出适合的最佳模具组合方案；S5：计算所述最佳模具组合方案的排布点位；S6：将转换后的排布点位和预制混凝土构件模型在世界坐标系中的旋转信息作为参数传入PLANBAR中提供的库模型创建函数；S7：根据步骤S6中得到的库模型创建函数执行创建所有预制混凝土模具和模具配件模型即完成了预制混凝土构件模具的排布。本发明极大的提高了在模型模具深化设计中工作效率，同时保证了设计模型的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土预制构件模具排布方法，特别是涉及一种基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具排布方法。
背景技术
目前装配式建筑行业中专业的建模软件已经可以很好的满足大部分预制混凝土构件(也称PC预制构件或PC构件)的建模需求，但是对于PC构件模型中生产制造环节相关的模具布置，却缺少一个自动、高效的方法。因为模具规格及附加配件繁多，模具排布策略选择多样，模具附加配件之间的节点避让、旋转适配、缺口开孔特殊处理等问题多且复杂，会耗费设计人员大量时间进行PC预制构件的模具布置，且效率低下。
因此本领域技术人员致力于开发一种能够快速实现PC构件模具排布的基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够快速实现PC构件模具排布的基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法，包括以下步骤：
S1：获取预制混凝土构件模型的轮廓特征信息；
S2：通过预制混凝土构件模型的轮廓特征信息，将用户选定的一适用于所述预制混凝土构件模型的模具组加入备选池，其中模具组是指同一个类型的模具加上模具必备的固定件、连接件和其他所需的配件的集合；
S3：根据预制混凝土构件模型的轮廓特征信息，确定一旋转基准点，并以该旋转基准点为原点，以预制混凝土构件模型的最外轮廓尺寸为X轴、Y轴、Z轴的向量长度创建一个偏转为0的抽象长方体模型，即基准模型；
S4：对所述基准模型在XY轴平面上所形成的2D矩形投影进行模具规格长度覆盖，通过预设的方式，从备选池中筛选出适合的最佳模具组合方案；
S5：计算所述最佳模具组合方案的排布点位；
S6：通过预制混凝土构件模型相对于世界坐标系的自身旋转矩阵求得所述最佳模具组合方案的排布点位坐标在预制混凝土构件模型中的真实坐标；并根据此坐标，形成转换后的排布点位，将转换后的排布点位和预制混凝土构件模型在世界坐标系中的旋转信息作为参数传入PLANBAR中提供的库模型创建函数；
S7：根据步骤S6中得到的库模型创建函数执行创建所有预制混凝土模具和模具配件模型即完成了预制混凝土构件模具的排布。
较佳的，若所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中还包括开孔或缺口的组成点位信息，则将组成缺口、开孔的点构成首尾相连的多线段，作为预制混凝土构件模型线性预埋件埋设路径参数传入到所述步骤S6得到的库模型创建函数。
较佳的，在所述步骤S3中，所述旋转基准点的确定方法为：
S301：将所述预制混凝土构件模型在XY轴平面上的2D投影形成的几何图形的所有边两两相交求交点，从中筛选出唯一的一个预制混凝土构件模型的顶点F(X,F(Y,F(Z,points)))，作为旋转基准点；
F(axis,points)函数代表从系列点points中找到axis轴最小的系列点，先通过F(axis,points)＝min{P[0].Z,P[1].Z,P[2].Z,…,P[i].Z,}公式求出Z轴上值最小的点，再按F(axis,points)函数规则，即可得出预制混凝土构件模型的顶点F(X,F(Y,F(Z,points)))坐标；
Axis代表轴名称，分别为X,Y,Z；
Points代表筛选的系列点；
P[i].Z代表第i个点的Z轴的值。
较佳的，所述步骤S4中，所述预设的方式为以下两种方式之一：
S401：通过动态规划的方式，筛选出超出长度最短、总价最少和需要的模具数量最少的模具组合方案为最佳模具组合方案；
S402：获取所有能够恰好覆盖矩形投影的模具组合方案，将所有模具组合方案按用户设定的筛选层级，得到最佳模具组合方案，其中，筛选的层级包括模具超出长度、所用模具组合总价、模具数量；
所述方式S402中，恰好覆盖矩形投影的模具组合方案是指最后一块模具刚好覆盖到基准模型在XY轴平面上所形成的2D矩形投影相应边的末端或超出该末端的模具组合方案。
较佳的，通过如下方法判断所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中是否包括开孔或缺口的组成点位信息：
S101：在所述预制混凝土构件模型的空间原位置的构建一抽象长方体，其保持了所述预制混凝土构件模型的旋转信息，能够将所述预制混凝土构件模型整体包裹在其中；
S102：获取所述预制混凝土构件模型在XY轴上的平面投影2D图形的所有边之间的交点，即为边界点；
S103：排除边界点中与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的2D几何形状的顶点重叠的边界点，将剩余边界点分别与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的每条边构成的若干组抽象三角形，一个边界点与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的每条边构成的四个抽象三角形为一组三角形；
S104：对所述步骤103中所得的每个三角形用下列面积公式计算其面积：
其中，p为三角形的周长，a、b、c分别为三角形三条边的边长，通过点距方程函数获取两点间的长度即为边长；
若一组三角形中其中一个三角形的面积值S为0，即为边界点到所述抽象长方体的一个投影边距离为0，说明该边界点在所述长方体的相应投影边上，该点位不存在开孔或缺口信息；若一组三角形中所有三角形的面积值S均不为0,则说明该点为开孔或者缺口几何形状上的一个关键点位，为缺口关键点或开孔关键点，即所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中包括开孔或缺口的组成点位信息。
较佳的，所述多线段通过下列步骤获得：
S105：在所述步骤S1中获取的混凝土构件模型的轮廓特征信息中寻找到包含所述缺口关键点和开孔关键点的线段，根据预设线性预埋件模型与其基准点的位置关系，将所有关键点相关线段的所有起始点重新组合成按起点到终点呈顺时针或逆时针反向排列的有向多线段，即为所述多线段；
将上述生成的若干个有向所述多线段传递到PLANBAR的线性预埋件模型创建函数中生成对应多项段路径上的放样模型。
本发明的有益效果是：本发明解决了设计人员在PC构件模型的模具布置工作中低效、易错的问题，通过本申请中的模具排布方法极大的提高了在模型模具深化设计中工作效率，同时保证了设计模型的准确性。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，一种基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法，其特征是，包括以下步骤：
S1：获取预制混凝土构件模型的轮廓特征信息，获取轮廓信息的方式有两种，一是在BIM软件中点击预制混凝土构件模型实体对象，通过BIM自身程序对实体对象的属性解析可以获取到该选中预制混凝土构件模型的轮廓信息；另外也可用通过导出所有预制混凝土构件模型的PXML文件，程序批量解析PXML文件并获取构造预制混凝土构件模型轮廓信息类所需要的数据后创建预制混凝土构件模型轮廓信息实例对象，从而得到预制混凝土构件模型的轮廓特征信息。
轮廓特征信息是预制混凝土的实体对象包含但不限于、点、线段、面等实例对象。
在本步骤中，还包括判断识别所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中是否包括开孔或缺口的组成点位信息，判断识别过程包括如下步骤：
S101：在所述预制混凝土构件模型的空间原位置的构建一抽象长方体，其保持了所述预制混凝土构件模型的旋转信息，能够将所述预制混凝土构件模型整体包裹在其中；
S102：获取所述预制混凝土构件模型在XY轴上的平面投影2D图形的所有边之间的交点，即为边界点；
S103：排除边界点中与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的2D几何形状的顶点重叠的边界点，将剩余边界点分别与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的每条边构成的若干组抽象三角形，一个边界点与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的每条边构成的四个抽象三角形为一组三角形；
S104：对所述步骤103中所得的每个三角形用下列面积公式计算其面积：
其中，p为三角形的周长，a、b、c分别为三角形三条边的边长，通过点距方程函数获取两点间的长度即为边长；
若一组三角形中其中一个三角形的面积值S为0，即为边界点到所述抽象长方体的一个投影边距离为0，说明该边界点在所述抽象长方体的相应投影边上，该点位不存在开孔或缺口信息；若一组三角形中所有三角形的面积值S均不为0,说明该边界点不在所述抽象长方体的相应投影边上，进一步说明该边界点为开孔或者缺口几何形状上的一个关键点位，为缺口关键点或开孔关键点，即所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中包括开孔或缺口的组成点位信息。
若所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中还包括开孔或缺口的组成点位信息，则将组成缺口、开孔的点构成首尾相连的多线段，作为预制混凝土构件模型线性预埋件埋设路径参数传入到所述步骤S6得到的库模型创建函数。详细执行过程将在本说明书中步骤S105中详述。
S2：通过预制混凝土构件模型的轮廓特征信息，将用户选定的一适用于所述预制混凝土构件模型的模具组加入备选池，其中模具组是指同一个类型的模具加上模具必备的固定件、连接件和其他所需的配件的集合。
S3：根据预制混凝土构件模型的轮廓特征信息，确定一旋转基准点，并以该旋转基准点为原点，以预制混凝土构件模型的最外轮廓尺寸为X轴、Y轴、Z轴的向量长度创建一个偏转为0的抽象长方体模型，即基准模型。
S301：将所述预制混凝土构件3D模型在XY轴平面上的2D投影形成的几何图形的所有边两两相交求交点，从中筛选出唯一的一个预制混凝土构件模型的顶点F(X,F(Y,F(Z,points)))，作为旋转基准点；
F(axis,points)函数代表从系列点points中找到axis轴最小的系列点，先通过F(axis,points)＝min{P[0].Z,P[1].Z,P[2].Z,…,P[i].Z,}公式求出Z轴上值最小的点，再按F(axis,points)函数规则，即可得出预制混凝土构件模型的顶点F(X,F(Y,F(Z,points)))坐标；
Axis代表轴名称，分别为X,Y,Z；
Points代表筛选的系列点；
P[i].Z代表第i个点的Z轴的值，在逐步求解过程中，所遇到的P[i].X代表第i个点的X轴的值，P[i].Y代表第i个点的Y轴的值。
S4：对所述基准模型在XY轴平面上所形成的2D矩形投影进行模具规格长度覆盖，通过预设的方式，从备选池中筛选出适合的最佳模具组合方案。
预设的方式为以下两种方式之一，其中任一种方式均可实现筛选：
S401：通过动态规划的方式，筛选出超出长度最短、总价最少和需要的模具数量最少的模具组合方案为最佳模具组合方案；
S402：获取所有能够恰好覆盖矩形投影的模具组合方案，将所有模具组合方案按用户设定的筛选层级，得到最佳模具组合方案，其中，筛选的层级包括模具超出长度、所用模具组合总价、模具数量；
所述方式S402中，恰好覆盖矩形投影的模具组合方案是指最后一块模具刚好覆盖到基准模型在XY轴平面上所形成的2D矩形投影相应边的末端或超出该末端的模具组合方案。
S5：计算所述最佳模具组合方案的排布点位，排布点位，即是最佳模具组合方案中，每一个模具在基准模型(坐标系)中起始点的点位坐标。以基准模型任一条边(有方向点)的起点为位移起点(即第一个模具的点位)，以该边的方向作为向量的方向，将最佳模具组合方案中系统随机选择的第一个模具长度作为向量的长度即向量的模，进行坐标位移，获得下一模具的起始点(即第二个模具的点位)，由此，根据模具尺寸和基础模型的边长的起始点位坐标获得每个模具在基准模型上的排布点，逐一计算即可得到所有排布点位。
S6：通过预制混凝土构件模型相对于世界坐标系的自身旋转矩阵求得所述最佳模具组合方案的排布点位坐标在预制混凝土构件模型中的真实坐标，并根据此坐标，形成转换后的排布点位，将转换后的排布点位和预制混凝土构件模型在世界坐标系中的旋转信息作为参数传入PLANBAR中提供的库模型创建函数。
本步骤中，若预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中还包括开孔或缺口的组成点位信息，则执行步骤S105：在所述步骤S1中获取的混凝土构件模型的轮廓特征信息中寻找到包含所述缺口关键点和开孔关键点的线段，根据预设线性预埋件模型与其基准点的位置关系【PLANBAR中有固定调用线性预埋件的函数，该函数需要两个参数一是线性预埋件埋设路径(多线段对象类型)，二是线性预埋件名称(线性预埋件中包含一个2D剖面几何图形以及一个基准点)】，将所有关键点相关线段的所有起始点重新组合成按起点到终点呈顺时针或逆时针反向排列的有向多线段，即为多线段。线段对象可以通过两个点创建，也就是可以通过内建函数GetStartPoint、GetEndPoint获取到线段的起始点和终点。用关键点去和所有的线段起始点和终点对比可以获得关键点是在哪些线段上的。
将上述生成的若干个有向多线段传递到PLANBAR的线性预埋件模型创建函数中生成对应多项段路径上的放样模型。
S7：根据步骤S6中得到的库模型(包括放样模型)创建函数执行创建所有预制混凝土模具和模具配件模型即完成了预制混凝土构件模具的排布。
本发明方法，可基于PLANBAR(装配式建筑预制构件BIM设计工具)实现。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法，其特征是，包括以下步骤：
S1：获取预制混凝土构件模型的轮廓特征信息；
S2：通过预制混凝土构件模型的轮廓特征信息，将用户选定的一适用于所述预制混凝土构件模型的模具组加入备选池，其中模具组是指同一个类型的模具加上模具必备的固定件、连接件和其他所需的配件的集合；
S3：根据预制混凝土构件模型的轮廓特征信息，确定一旋转基准点，并以该旋转基准点为原点，以预制混凝土构件模型的最外轮廓尺寸为X轴、Y轴、Z轴的向量长度创建一个偏转为0的抽象长方体模型，即基准模型；
S4：对所述基准模型在XY轴平面上所形成的2D矩形投影进行模具规格长度覆盖，通过预设的方式，从备选池中筛选出适合的最佳模具组合方案；
S5：计算所述最佳模具组合方案的排布点位；
S6：通过预制混凝土构件模型相对于世界坐标系的自身旋转矩阵求得所述最佳模具组合方案的排布点位坐标在预制混凝土构件模型中的真实坐标；并根据此坐标，形成转换后的排布点位，将转换后的排布点位和预制混凝土构件模型在世界坐标系中的旋转信息作为参数传入PLANBAR中提供的库模型创建函数；
S7：根据步骤S6中得到的库模型创建函数执行创建所有预制混凝土模具和模具配件模型；
在所述步骤S3中，所述旋转基准点的确定方法为：
S301：将所述预制混凝土构件模型在XY轴平面上的2D投影形成的几何图形的所有边两两相交求交点，从中筛选出唯一的一个预制混凝土构件模型的顶点F(X,F(Y,F(Z,points)))，作为旋转基准点；
F(axis,points)函数代表从系列点points中找到axis轴最小的系列点，先通过F(axis,points)＝min{P[0].Z,P[1].Z,P[2].Z,…,P[i].Z,}公式求出Z轴上值最小的点，再按F(axis,points)函数规则，即可得出预制混凝土构件模型的顶点F(X,F(Y,F(Z,points)))坐标；
Axis代表轴名称，分别为X,Y,Z；
Points代表筛选的系列点；
P[i].Z代表第i个点的Z轴的值；
所述步骤S4中，所述预设的方式为以下两种方式之一：
S401：通过动态规划的方式，筛选出超出长度最短、总价最少和需要的模具数量最少的模具组合方案为最佳模具组合方案；
S402：获取所有能够恰好覆盖矩形投影的模具组合方案，将所有模具组合方案按用户设定的筛选层级，得到最佳模具组合方案，其中，筛选的层级包括模具超出长度、所用模具组合总价、模具数量；
所述方式S402中，恰好覆盖矩形投影的模具组合方案是指最后一块模具刚好覆盖到基准模型在XY轴平面上所形成的2D矩形投影相应边的末端或超出该末端的模具组合方案。
2.如权利要求1所述的基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法，其特征是，若所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中还包括开孔或缺口的组成点位信息，则将组成缺口、开孔的点构成首尾相连的多线段，作为预制混凝土构件模型线性预埋件埋设路径参数传入到所述步骤S6得到的库模型创建函数。
3.如权利要求2所述的基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法，其特征是，通过如下方法判断所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中是否包括开孔或缺口的组成点位信息：
S101：在所述预制混凝土构件模型的空间原位置的构建一抽象长方体，其保持了所述预制混凝土构件模型的旋转信息，能够将所述预制混凝土构件模型整体包裹在其中；
S102：获取所述预制混凝土构件模型在XY轴上的平面投影2D图形的所有边之间的交点，即为边界点；
S103：排除边界点中与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的2D几何形状的顶点重叠的边界点，将剩余边界点分别与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的每条边构成的若干组抽象三角形，一个边界点与所述抽象长方体在XY轴平面上投影的每条边构成的四个抽象三角形为一组三角形；
S104：对所述步骤103中所得的每个三角形用下列面积公式计算其面积：
其中，p为三角形的周长，a、b、c分别为三角形三条边的边长，通过点距方程函数获取两点间的长度即为边长；
若一组三角形中其中一个三角形的面积值S为0，即为边界点到所述抽象长方体的一个投影边距离为0，说明该边界点在所述长方体的相应投影边上，该点位不存在开孔或缺口信息；若一组三角形中所有三角形的面积值S均不为0,则说明该点为开孔或者缺口几何形状上的一个关键点位，为缺口关键点或开孔关键点，即所述预制混凝土构件模型的轮廓特征信息中包括开孔或缺口的组成点位信息。
4.如权利要求3所述的基于BIM的装配式建筑预制混凝土构件模具的排布方法，其特征是，所述多线段通过下列步骤获得：
S105：在所述步骤S1中获取的混凝土构件模型的轮廓特征信息中寻找到包含所述缺口关键点和开孔关键点的线段，根据预设线性预埋件模型与其基准点的位置关系，将所有关键点相关线段的所有起始点重新组合成按起点到终点呈顺时针或逆时针反向排列的有向多线段，即为所述多线段；
将上述生成的若干个有向所述多线段传递到PLANBAR的线性预埋件模型创建函数中生成对应多项段路径上的放样模型。
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