CN112329090B - 一种基于bim的钢网架参数化建模和计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法，根据建筑设计，建立建筑外形表面；根据建筑外形表面确定钢网架的整体方案形式；编辑计算机参数化建模逻辑，生成结构线框模型；将结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析，得到钢网架的数据信息；根据钢网架数据信息，生成工程量清单；生成钢网架三维BIM模型。设计人员能根据建筑表面通过几个基本参数快速准确的建立钢网架结构线框模型，并且能通过修改几个基本参数，就可以实现多种不同的方案模型和与之对应的工程量清单，能够解放设计人员大量的建模工作，将重复繁琐的工作全都交给计算机处理，自动生成钢网架三维BIM模型，大大提高了项目设计的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法。
背景技术
钢网架由于重量轻，强度高，抗震性能好，可以循环使用等优点，而且符合国家经济持续健康发展的要求，也是节能环保的建筑体系。目前越来越多的高层建筑、大型工厂、大跨度空间结构、公共建筑都将网架结构作为建筑物支撑件的首选形式。近几年来，越来越多的非线性建筑造型如雨后春笋般，在全国各地拔地而起。
随着社会多元化的发展，空间建筑造型由传统平面、立面越来越多的延伸为自由曲面造型，其表现出的视觉效果和美观感受越来越吸引人们的青睐。按照传统的技术很难实现这类建筑效果。
在BIM技术的不断进步的背景下，使这类建筑造型由过去的不可能实现，转为可以很容易落地实施。针对这类曲面造型，按照原有技术设计人员需要投入大量的时间、精力、劳动、资金等，效果也不一定理想。
传统的设计方法是结构人员在拿到建筑方案后，在结构计算软件上规则建立柱梁板墙力学模型，再做计算分析。如果建筑设计一旦发生修改或变动，那么结构设计需要重新进行力学模型的搭建或修改。这就使设计人员重新投入大量的时间和精力，进而造成项目成本的增加，工作效率的降低，项目周期时间延长的缺点。
传统的结构计算软件，如：PKPM、盈建科、SAP2000、ETABS、Midas虽然功能强大，计算结果权威，但都具有三维空间建模功能不足的特点。需要投入大量的人工时间精力去调整结构模型。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法，用以解决设计人员对建筑造型进行设计时工作效率较低的问题。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法，包括：
根据建筑设计，建立建筑外形表面；
根据建筑外形表面确定钢网架的整体方案形式；
编辑计算机参数化建模逻辑，生成相应的结构线框模型；
将所述结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析，得到钢网架的相关数据信息；
根据所述钢网架的相关数据信息，生成相应的工程量清单；
生成钢网架三维BIM模型。
优选地，所述根据建筑外形表面确定钢网架的整体方案形式，包括：
根据建筑外形表面的建筑表面跨度信息、钢管材质属性和力学特征信息确定钢网架的上下弦杆长度尺寸范围。
优选地，所述编辑计算机参数化建模逻辑，生成相应的结构线框模型，包括：
以建筑外表面Surface为基准，设置建筑表面U、V分割的数值，作为建筑表面的实施分割的控制域，进行建筑表面分割；建筑表面分割后，通过对分割后子面的面心偏移矢高的控制，确定钢网架的下弦球点的定位；下弦球点定位后，通过定位点的连线，确定下弦杆线的U向长度和位置，通过矩阵翻转，确定下弦杆线的V向长度和位置；将网架下弦球点与上弦杆的首尾点，按照对应的连接，建立钢网架的结构线框模型。
优选地，所述编辑计算机参数化建模逻辑，生成相应的结构线框模型，还包括：
根据Grasshopper参数化建模程序，对U、V数值和矢高进行调整，使计算机自动建模得到所述结构线框模型。
优选地，所述将所述结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析，得到钢网架的相关数据信息中，所述钢网架的相关数据信息包括：钢网架的上弦杆截面、下弦杆截面和网架球尺寸，上弦杆截面、下弦杆截面和网架球的材质，以及上弦杆截面、下弦杆截面和网架球的几何属性。
优选地，所述将所述结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析之后，确定结构的安全性，以及结构方案的可行性。
优选地，所述根据所述钢网架的相关数据信息，生成相应的工程量清单之前，根据所述钢网架的相关数据信息，将杆件几何属性反馈给所述结构线框模型，使所述结构线框模型具备杆件截面属性信息。
优选地，所述生成钢网架三维BIM模型，包括：
通过Grasshopper参数化建模程序中自带的Bake功能，生成钢网架三维BIM模型。
本发明的有益效果为：设计人员能根据建筑表面通过几个基本参数快速准确的建立钢网架结构线框模型，并且能通过修改几个基本参数，就可以实现多种不同的方案模型和与之对应的工程量清单。通过对模型的处理，将钢网架结构线框模型导入到有限元分析软件3D3S中进行力学计算，确定钢网架的相关数据信息，确保模型的结构安全性。通过基本参数数值的控制，实现计算机自动输出工程量清单，大大提高了建模效率和工作效率。因此，通过该基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法能够解放设计人员大量的建模工作，将重复繁琐的工作全都交给计算机处理，自动生成钢网架三维BIM模型，大大提高了项目设计的效率，为设计人员对于建筑表面的处理，提供了一套完整、有效、方便、快捷的方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍：
图1是本申请实施例提供的基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法的整体流程示意图；
图2是用Rhino自行建模放样获得到的模型图；
图3是Grasshopper参数化建模程序的编制示意图；
图4是根据Grasshopper参数化建模程序，对U、V数值和矢高的调整，使计算机自动建模得到结构线框模型的模型图；
图5是钢网架的相关数据信息的获取示意图；
图6是工程量清单示意图；
图7是钢网架三维BIM模型示意图；
图8是基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法的一种具体的流程图。
具体实施方式
为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施方式来进行说明。
参见图1，是本申请实施例提供的基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法的整体流程图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
该基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法包括：
步骤S101：根据建筑设计，建立建筑外形表面：
应当理解，建筑外形表面可以为任意面，包括平面、翘曲面、单曲面、双曲面。建筑外形表面为建筑设计提供，如几何图形、方案模型或按照建筑设计图纸，通过图纸几何边界尺寸，用Rhino自行建模放样获得，如图2所示。
步骤S102：根据建筑外形表面确定钢网架的整体方案形式：
本实施例中，根据建筑外形表面的建筑表面跨度信息、钢管材质属性和力学特征信息（比如钢管长细比等）确定钢网架的上下弦杆长度尺寸范围。
步骤S103：编辑计算机参数化建模逻辑，生成相应的结构线框模型：
以建筑外表面Surface为基准，设置建筑表面U、V分割的数值，作为建筑表面的实施分割的控制域，进行建筑表面分割；建筑表面分割后，通过对分割后子面的面心偏移矢高的控制，确定钢网架的下弦球点的定位；下弦球点定位后，通过定位点的连线，确定下弦杆线的U向长度和位置，通过矩阵翻转，确定下弦杆线的V向长度和位置；将网架下弦球点与上弦杆的首尾点，按照对应的连接，建立钢网架的结构线框模型。
Grasshopper参数化建模程序输出端设置为上弦杆点、下弦杆点、上杆线、下弦杆线、腹杆线。通过输出端控制，实现计算机自动提取工程量清单的功能，至此编制成一个完整的Grasshopper参数化建模程序，如图3所示。
进一步地，建立钢网架的结构线框模型之后，根据Grasshopper参数化建模程序，对U、V数值和矢高进行调整，使计算机自动建模得到结构线框模型，如图4所示。
步骤S104：将所述结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析，得到钢网架的相关数据信息：
将结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析，得到钢网架的相关数据信息中，钢网架的相关数据信息包括：钢网架的上弦杆截面、下弦杆截面和网架球尺寸，上弦杆截面、下弦杆截面和网架球的材质，以及上弦杆截面、下弦杆截面和网架球的几何属性，如图5所示。而且，将结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析之后，确定结构的安全性，以及结构方案的可行性。
步骤S105：根据所述钢网架的相关数据信息，生成相应的工程量清单：
本实施例中，根据钢网架的相关数据信息，生成相应的工程量清单之前，根据钢网架的相关数据信息，将杆件几何属性反馈给步骤S103中的结构线框模型，使结构线框模型具备杆件截面属性信息。然后，通过步骤S103中输出端给出的接口查看，生成相应的工程量清单，设计人员复核计算结果即可，如图6所示。
步骤S106：生成钢网架三维BIM模型：
本实施例中，通过Grasshopper参数化建模程序中自带的Bake功能，计算机完成钢网架三维BIM模型的生成工作，生成钢网架三维BIM模型，如图7所示。
图8是基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法的一种具体的流程图。
本申请提供的基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法是基于Rhino+Grasshopper的软件，进行建筑表面网架的参数化建模，然后通过对模型的处理，将钢网架结构线框模型导入钢网架有限元分析软件3D3S中进行力学计算，确定模型的材质和杆件截面信息，确保模型的结构安全性。通过本方法可以通过修改几个基本的参数控制，就可以实现多种不通的方案模型和与之相对应的材料清单，大大提高了设计人员的建模准确性和设计效率。
本申请中，BIM软件中的Rhino的工具Grasshopper具备强大的三维建模功能，正好弥补结构计算软件三维空间模型建模功能不足的缺点，尤其是Grasshopper独特的参数化建模功能，可用于建立各种复杂曲面模型。通过结合Rhino+Grasshopper建模软件和结构计算软件的各自优点，处理大空间、异形空间结构设计，充分发挥各自的优势，使建筑设计方案的不可能变为可能。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法，其特征在于，包括：
根据建筑设计，建立建筑外形表面；
根据建筑外形表面确定钢网架的整体方案形式；
编辑计算机参数化建模逻辑，生成相应的结构线框模型；
将所述结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析，得到钢网架的相关数据信息；
根据所述钢网架的相关数据信息，生成相应的工程量清单；
生成钢网架三维BIM模型；
所述编辑计算机参数化建模逻辑，生成相应的结构线框模型，包括：
以建筑外表面Surface为基准，设置建筑表面U、V分割的数值，作为建筑表面的实施分割的控制域，进行建筑表面分割；建筑表面分割后，通过对分割后子面的面心偏移矢高的控制，确定钢网架的下弦球点的定位；下弦球点定位后，通过定位点的连线，确定下弦杆线的U向长度和位置，通过矩阵翻转，确定下弦杆线的V向长度和位置；将网架下弦球点与上弦杆的首尾点，按照对应的连接，建立钢网架的结构线框模型；
所述编辑计算机参数化建模逻辑，生成相应的结构线框模型，还包括：
根据Grasshopper参数化建模程序，对U、V数值和矢高进行调整，使计算机自动建模得到所述结构线框模型；
所述将所述结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析，得到钢网架的相关数据信息中，所述钢网架的相关数据信息包括：钢网架的上弦杆截面、下弦杆截面和网架球尺寸，上弦杆截面、下弦杆截面和网架球的材质，以及上弦杆截面、下弦杆截面和网架球的几何属性。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法，其特征在于，
所述根据建筑外形表面确定钢网架的整体方案形式，包括：
根据建筑外形表面的建筑表面跨度信息、钢管材质属性和力学特征信息确定钢网架的上下弦杆长度尺寸范围。
3.根据权利要求1所述的基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法，其特征在于，所述将所述结构线框模型导入有限元分析软件3D3S中进行钢网架受力计算分析之后，确定结构的安全性，以及结构方案的可行性。
4.根据权利要求1所述的基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法，其特征在于，所述根据所述钢网架的相关数据信息，生成相应的工程量清单之前，根据所述钢网架的相关数据信息，将杆件几何属性反馈给所述结构线框模型，使所述结构线框模型具备杆件截面属性信息。
5.根据权利要求1所述的基于BIM的钢网架参数化建模和计算方法，其特征在于，所述生成钢网架三维BIM模型，包括：
通过Grasshopper参数化建模程序中自带的Bake功能，生成钢网架三维BIM模型。
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