矩形构件中三向环箍型钢筋笼结构零碰撞快速布置方法
技术领域
本发明涉及一种建筑施工技术领域,特别是一种基于BIM技术,对BIM三维模型矩形构件中三向环箍型钢筋笼尺寸与间距参数化设置,实体模型零碰撞快速布置的方法。
背景技术
建筑信息模型(Building Information Modeling)是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化,协调性,模拟性,优化性和可出图性五大特点。
BIM的建模技术是BIM技术应用的基础,正是因为有建模过程才能完成后面的一系列BIM功能。因此BIM建模的效率以及精度一直是现场施工中对应用BIM技术的一个主要要求。例如Autodesk公司的Revit系列软件,虽然软件本身有强大的建模能力,但是就和施工现场结合的效率而言还需要改进,特别是钢筋建模。三向环箍型钢筋笼普遍存在于承台等矩形构件中,具有参数众多,规则复杂,结构精密的特点。目前市面上对于三向环箍型钢筋笼结构快速布置的插件,布置规则混乱,可调参数较少,未考虑钢筋碰撞问题。同时在操作方面,面对不同尺寸的矩形构件,利用Revit系列软件,建模人员无法复制已经手工布置的钢筋笼模型到新的不同尺寸的矩形构件中,全部采用手工建模需要消耗大量人力物力,且无法保证精确度。
发明内容
本发明的目的是提供矩形构件中三向环箍型钢筋笼结构零碰撞快速布置方法,要解决现有BIM技术深化设计中,效率低下费时费工的技术问题。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
步骤一:在已经建立好的结构BIM模型中选中要布置钢筋笼的矩形构件,同时得到该构件的构件ID。
步骤二:得到矩形构件的表面,通过表面所在平面的法向量与坐标原点筛选出矩形构件的上表面与一组相交的两个侧表面。
步骤三:分别提取步骤二中的上表面以及两个侧表面中每个表面上的四个角点,得到该表面上的四边所分别对应的方向向量及边长,最终可分别得到三个方向表面的十二个方向向量与矩形构件的长宽高尺寸参数。
步骤四:设置三个方向上的箍筋直径尺寸参数与箍筋间距参数,得到相邻箍筋的中心线间距。
步骤五:分别设置钢筋笼到底部的保护层厚度参数,到顶部的保护层厚度参数,到四周的保护层厚度参数。
步骤六:将步骤二中上表面的四个角点分别根据步骤三、步骤五的方向向量参数与箍筋直径参数进行点位的两次水平偏移,将偏移后的四个点位以逆时针方向相连,形成闭合的多段线曲线,该曲线为Z方向初始的箍筋模型线。
步骤七:将步骤六中偏移后的四个角点根据该表面方向向量、Z轴方向向量、相邻箍筋的中心线间距进行点位的两次水平偏移和一次竖向偏移,从而避免外层箍筋与中间层箍筋的碰撞,将最终偏移后的四个点位逆时针方向相连,形成闭合的多段线曲线,该曲线为X方向首层箍筋的钢筋模型线。
步骤八:将步骤六中偏移后的四个角点中两点连线与Y方向平行的一组角点根据该表面方向向量、Z轴方向向量、相邻箍筋的中心线间距进行点位的两次水平偏移和一次竖向偏移,从而避免中间层箍筋与内层箍筋的碰撞。将最终偏移后的四个点位逆时针方向相连,形成闭合的多段线曲线,该曲线为Y方向首层箍筋的钢筋模型线。
步骤九:将步骤六、步骤七、步骤八的钢筋模型线分别以所在平面的法向量方向与给定的偏移距离进行阵列,得到三个方向上的钢筋模型线阵列。
步骤十:将Z、X、Y三个方向的箍筋模型线阵、模型线方向、钢筋类型、钢筋型号、弯钩位置、弯钩角度、矩形构件的构件ID输入生成钢筋实体的节点,最后得到三个方向没有碰撞的箍筋实体模型。
所述步骤一中的矩形构件是特指水平放置的矩形构件。
所述步骤十中的钢筋实体模型是利用Autodesk公司发布的BIM建模平台Revit软件进行建造的模型。
所述步骤十中的X、Y方向,为矩形构件侧边两个相邻表面所在平面法向量的方向,为相对方向。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果:
本发明是在主流BIM软件Revit的可视化编程插件Dynamo上操作,通过计算机编程,智能地计算分析数据并判断返回结果,可以快速准确的拾取矩形构件的形状,对于不同尺寸的矩形构件可以自适应构件的尺寸。同时对于钢筋笼结构模型,给出了大量可调参数,包括三个方向上箍筋的直径参数、三个方向上箍筋的排布间距参数、顶部保护层厚度、底部保护层厚度、四周保护层厚度等。在操作方面直接选中需要布置的矩形构件即可,也可以批量选择,再运行编写的Dynamo程序,直接批量生成钢筋笼实体模型。相较于传统的施工方法,本发明提高了矩形构件三向环箍型钢筋笼结构模型的准确度,节约了建模效率,同时可作为现场施工的技术交底,实现钢筋工程的工艺流程数字化。
附图说明
图1是生成三向环箍型钢筋笼的总体流程图;
图2是矩形构件表面筛选流程图;
图3是Z方向的首层箍筋模型线流程图;
图4是X方向的首层箍筋模型线流程图;
图5是Y方向的首层箍筋模型线流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
实施过程中的模型是利用Autodesk公司发布的BIM建模平台Revit软件进行建造。
上述发明内容可以通过计算机编程语言实现,在Dynamo的环境下使用DesignScript语言进行编程,施工步骤如下(参见图1):
步骤一:在已经建立好的结构BIM模型中选中要布置钢筋笼模型的矩形构件
1.获取该构件的构件ID。
步骤二:筛选矩形构件的所有表面(参见图2)
1.获取矩形构件所有的表面,取所有表面所在平面的法向量。
2.判断所有表面的法向量是否与Z轴平行,取判断结果为“in”的输出结果,为矩形的上下表面,在两个表面中取坐标原点Z坐标分量较大的点所在表面为上表面surfaceA。
3.取判断结果为“out”的结果两组表面中的任意一组取x[0]项,取该组的任意一项x[0]项为侧边四个面的任意一面surfaceB。
4.取判断结果为“out”的x[1]项,任取一项x[0]为与surfaceB相交的一个侧边面surfaceC。
步骤三:提取点位坐标参数、矩形构件的尺寸参数与方向向量参数
1.取surfaceA的四个角点pointA、pointB、pointC、pointD,简称PA、PB、PC、PD作为Z方向首层箍筋的初始角点。
2.PA到PB的方向向量为VectorAB,其反方向为VectorBA,PB到PC的方向向量为VectorBC,其反方向为VectorCB。
3.将角点相连分别得到矩形构件的高、长、宽分别为a、b、c。
步骤四:设置三个方向上箍筋的尺寸与间距参数
1.对Z方向的箍筋设置排布间距参数与钢筋直径参数,直径参数以“12HRB400”的字符格式输入。
2.对一水平方向X方向的箍筋设置排布间距参数与钢筋直径参数,直径参数以“16HRB400”的字符格式输入。
3.对另一水平方向Y方向的箍筋设置排布间距参数与钢筋直径参数,直径参数以“16HRB400”的字符格式输入。
4.取Z方向箍筋的直径参数字符中的第1第2个字符并将字符串转换为数据从而在不经过二次输入参数的条件下得到Z方向箍筋的直径,同理得到一水平方向X方向箍筋的直径、另一水平方向Y方向箍筋的直径。
5.通过将半径相加,得到“Z、X方向箍筋中心线距离”与“X、Y方向箍筋中心线距离”。
步骤五:设置保护层厚度参数
1.设置可调参数钢筋笼到底面保护层厚度为100。
2.设置可调参数钢筋笼到顶部保护层厚度为50。
3.设置可调参数钢筋笼到四周保护层厚度为50。
步骤六:将步骤二中上表面的四个角点分别根据步骤三、步骤五的方向向量参数与箍筋直径参数进行点位的两次水平偏移,将偏移后的四个点位以逆时针方向相连,形成闭合的多段线曲线,该曲线为Z方向初始的箍筋模型线(参见图3)。
1.将Z方向箍筋设置为最外层箍筋,将步骤三第一步中的PA沿着VectorAB偏移(四周的保护层厚度50+Z方向箍筋半径),再沿着VectorBC方向偏移(四周的保护层厚度50+Z方向箍筋半径),得到Z方向箍筋首层的四个最终角点PA1、PB1、PC1、PD1。
2.将第1步四个点逆时针连成闭合多段曲线,得到Z方向首层箍筋的钢筋模型线polycurveZ。
步骤七:将步骤六中偏移后的四个角点根据该表面方向向量、Z轴方向向量、相邻箍筋的中心线间距进行点位的两次水平偏移和一次竖向偏移,从而避免外层箍筋与中间层箍筋的碰撞,将偏移后的四个点位逆时针方向相连,形成闭合的多段线曲线,该曲线为X方向首层箍筋的钢筋模型线(参见图4)。
1.将一水平方向X方向箍筋设置为中间层箍筋,将点PA1沿着VectorAB偏移“Z、X方向箍筋中心线的距离”,再沿着VectorBC偏移“Z、X方向箍筋中心线的距离”得到PA2。
2.同理将PB1向内偏移“Z、X方向箍筋中心线的距离”得到PB2。
3.将PA2、PB2沿着Z轴负方向分别偏移(a-到底面保护层的距离-X方向箍筋半径)和(顶面保护层+X方向箍筋半径)的距离,将四个点位按逆时针相连得到水平方向X方向首层箍筋的钢筋模型线闭合曲线polycurveX。
步骤八:将步骤六中偏移后的四个角点中两点连线与Y方向平行的一组角点根据该表面方向向量、Z轴方向向量、相邻箍筋的中心线间距进行点位的两次水平偏移和一次竖向偏移,从而避免中间层箍筋与内层箍筋的碰撞。将偏移后的四个点位逆时针方向相连,形成闭合的多段线曲线,该曲线为Y方向首层箍筋的钢筋模型线(参见图5)。
1.将另一水平方向Y方向箍筋设置为最里层钢筋,将点PA2沿着VectorAB偏移“X、Y方向箍筋中心线的距离”,再沿着VectorBC偏移“X、Y方向箍筋中心线的距离”得到PA3。
2.同理将PC1向内偏移“Z、X方向箍筋中心线的距离”与“X、Y方向箍筋中心线的距离”,得到PC3。
3.将PA3、PC3沿着Z轴负方向分别偏移(a-到底面保护层的距离-2*X、Y方向箍筋中心线的距离-Y方向箍筋半径)和到(顶面保护层的距离+“X、Y方向箍筋中心线的距离”+Y方向箍筋半径)。
4.将四个点位按逆时针相连得到另一水平方向Y方向首层箍筋的钢筋模型线闭合曲线polycurveY。
步骤九:将步骤六、步骤七、步骤八的钢筋模型线分别以给定的方向与偏移距离进行阵列,得到三个方向上的钢筋模型线阵列。
1.将polycurveZ沿着Z轴负方向偏移首项为顶部保护层厚度,间距为Z轴方向箍筋间距,总长为(a-2*到底部的保护层厚度)的长度list。得到Z方向的箍筋模型线阵列。
2.将polycurveX沿着VectorBC偏移首项为0,间距为X轴方向箍筋间距,总长为(b-2*四周保护层厚度)的长度list。得到X方向的箍筋模型线阵列。
3.将polycurveY沿着VectorAB偏移首项为0,间距为Y轴方向箍筋间距,总长为(c-2*到四周保护层厚度-2*X、Y方向箍筋中心线的距离)的长度list。得到Y方向的箍筋模型线阵列。
步骤十:将钢筋模型线参数与弯钩信息输入到生成钢筋实体节点,得到三个方向没有碰撞的箍筋实体模型。
1.将Z、X、Y三个方向的箍筋模型线阵列、模型线方向、钢筋类型、钢筋型号、弯钩位置、弯钩角度、矩形构件的构件ID输入生成钢筋实体的节点,最后得到三个方向没有碰撞的箍筋实体模型。
所述所有步骤中的计算和判定是通过是使用DesignScript语言并调用Autodesk公司发布的BIM建模平台Revit软件的应用程序编程接口中的相关函数来实现的。
本发明可适用于所有情况的矩形构件中三向环箍钢筋笼结构的模型布置,不限于矩形构件的长宽高尺寸、数量。同时,箍筋的直径、排布间距、三个方向的保护层厚度与水平放置的空间位置。程序运行结果运行美观、精确。对于矩形构件三向环箍钢筋笼的深化应用提供了模型基础,对现场的施工精度、技术交底、质量验收有关键的指导作用。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形、改进及替代,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。