CN113434928A - 一种复杂三维线性结构的参数化建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及土木水利及交通工程技术领域，公开了一种复杂三维线性结构的参数化建造方法，其步骤主要包括提取线性结构横断面轮廓参数数据，通过编程平台自动化处理数据，形成横断面轮廓图形参照点位及其余端点点位，基于几何点线算法参数化创建横断面轮廓图形，通过坐标系转换原理及向量外积定理快速放置横断面轮廓图形，并放样生成三维线性结构实体模型，输出模型至设计平台并挂载属性信息。本发明实现了横断面轮廓图形的自动设计与布置，通过对应轮廓自动放样，最终生成三维线性结构实体。本发明可以很好地提高三维线性结构的设计精度，同时在三维工程曲线模型中挂载属性管理信息，有效提高工程信息管理效率，控制建造质量。

Description

一种复杂三维线性结构的参数化建造方法

技术领域

本发明涉及土木及市政工程技术领域，特别是一种基于BIM技术，通过对三维线性结构横断面轮廓自动创建与布置，实现三维线性结构参数化建造的方法。

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，协调性，模拟性，优化性和可出图性五大特点。

BIM的设计功能是BIM技术应用的基础，正是因为有设计的模型才能完成后面的一系列BIM功能。因此BIM设计的效率以及精度一直是模型创建过程中对应用BIM技术的一个主要要求。例如Autodesk公司的Revit系列软件，虽然软件本身具有强大的功能，但在模型创建的效率与精度上还需要改进，特别是三维线性结构。在以Revit为平台进行三维线性结构横断面轮廓图形的绘制的过程中，不仅需要事先计算相关尺寸距离，还需绘制大量的参照线及进行相关参数的尺寸约束，操作复杂且需花费大量时间，且无法满足不同场合的设计要求。此外，利用Revit平台进行三维线性结构模型的创建时，需要人工独立操作调整，耗费大量精力，效率极低。

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂三维线性结构的参数化建造方法，要解决现有软件进行三维线性结构模型创建时，费时费工效率低下的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

步骤一：从设计图纸中提取线性结构的横断面轮廓参数信息，并将其输入至Excel表格中，新建横断面轮廓参数表；

步骤二：在编程平台中导入步骤一中创建的横断面轮廓参数表，并提取表中信息数据；

步骤三：基于横断面轮廓与参考坐标系的相对位置关系，对步骤二中提取的参数信息进行数据处理；

步骤四：根据参考坐标系的坐标原点，偏移生成初始参照点位，并继续偏移生成其余参照点位；

步骤五：依据步骤五中生成的参照点位，通过编程平台，自动生成其余横断面轮廓图形端点点位；

步骤六：将参照点位与其余图形端点点位依次连接成线，形成闭合的横断面轮廓图形；

步骤七：基于坐标系转换原理，快速放置横断面轮廓图形于指定位置的竖向剖面；

步骤八：在闭合横断面间引入参考线进行放样，形成三维线性结构实体模型；

步骤九：利用编程平台的相关节点，将步骤八中的模型转变成族文件，并输入至设计平台的项目文件中；

步骤十：为设计平台中的三维线性模型添加属性管理信息，包括材质、类别等参数信息。

上述步骤二中创建横断面轮廓参数表时，包括但不限于设计图纸所给的轮廓参数信息，可由用户参数化设计。

上述步骤四中的坐标原点为线性结构中心线在在横断面的位置，但又不局限于此。

上述步骤八中的参考线为线性结构中心线，但又不局限于此。

上述步骤十所添加的属性管理信息，包括但不限于上述枚举的信息种类。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是利用目前主流的BIM软件设计平台，使用编程平台，通过计算机编写程序，自动处理信息数据，参数化设计线性结构横断面轮廓，并最终放样生成工程三维线性模型。

本发明与其他现有技术对比具有以下几点优势：

1.本发明开发了一种灵活的二维横断面轮廓参数创建算法，输入各参数自动进行横断面的轮廓设计，生成横断面轮廓图形，创建横断面族库。

2.本发明设计了一种横断面轮廓快速放置的算法，将基于二维坐标系的横断面轮廓转换至指定位置的竖向剖面上。

3.本发明不仅适用于单结构层横断面，对于多结构层横断面同样适用，各结构层轮廓单独创建、单独放样。

4.可在三维线性模型中添加属性管理信息，有效提高工程信息管理效率。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的总流程图。

图2提取轮廓参数进行数据处理的方法流程图。

图3是获取其余横断面轮廓图形端点点位的方法流程图。

图4是快速放置横断面轮廓图形流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明技术方案，并不限于本发明。

上述发明内容可以通过计算机编程语言实现，并且可以在Dynamo的环境下使用DesignScript以及Python语言进行编程。

实施例以双幅道路的路面模型为例进行说明，操作步骤如下(参见图1)：

步骤一：从设计图纸中提取线性结构的横断面轮廓参数信息，并将其输入至Excel表格中，新建横断面轮廓参数表；

1、依据横断面样式的不同，将道路划分为多个路段；

2、确定机动车道、非机动车道、人行道的路面结构总层数以及有加宽的结构层数；

3、分别提取不同路段的机动车道、非机动车道、人行道横断面轮廓参数，包含起始点与原点的距离、起始点与原点的高程差、坡度、单向宽度、路基加宽宽度、路缘石宽度、面层厚度、基层厚度、垫层厚度。

4、创建不同路段各个部分的横断面轮廓参数表，包括左机动车道、右机动车道、左非机动车道、右非机动车道、左人行道、右人行道。

步骤二：在编程平台中导入步骤一中创建的横断面轮廓参数表，并提取表中信息数据；

1、调用File Path节点选定上述步骤创建的横断面轮廓参数表；

2、调用Data.ImportExcel函数读取横断面轮廓参数表格数据，并将表格导入Dynamo中；

3、提取表格中各部分的横断面轮廓参数。

步骤三：基于横断面轮廓与参考坐标系的相对位置关系，对步骤二中提取的参数信息进行数据处理(参见图2)；

1、对于左机动车道，调用if语句，以关键字“左侧”为判断条件，转换相关轮廓参数数值正负性，其余参数不变。相关轮廓参数包含起始点与原点的距离、单向宽度、路基加宽宽度、路缘石宽度、底基层、垫层；

2、对于右机动车道，调用if语句，以关键字“右侧”为判断条件，转换相关轮廓参数数值正负性，其余参数不变。相关轮廓参数为坡度；

3、对于左非机动车道，调用if语句，以关键字“左侧”为判断条件，转换相关轮廓参数数值正负性，其余参数不变。相关轮廓参数包含起始点与原点的距离、单向宽度、路基加宽宽度、路缘石宽度、底基层、垫层；

4、对于右非机动车道，调用if语句，以关键字“右侧”为判断条件，转换相关轮廓参数数值正负性，其余参数不变。相关轮廓参数为坡度；

5、对于左人行道，调用if语句，以关键字“左侧”为判断条件，转换相关轮廓参数数值正负性，其余参数不变。相关轮廓参数包含起始点与原点的距离、单向宽度、路基加宽宽度、路缘石宽度、底基层、垫层；

6、对于右人行道，调用if语句，以关键字“右侧”为判断条件，转换相关轮廓参数数值正负性，其余参数不变。相关轮廓参数为坡度。

步骤四：根据参考坐标系的坐标原点，偏移生成初始参照点位，并继续偏移生成其余参照点位；

1、确定道路中心线，以道路中心线在横断面图的位置作为坐标原点；

2、取离原点较近一侧的结构层上缘点作为初始参照点，通过输入起始点与原点的距离以及高程差，调用Geometry.Translate函数将坐标原点沿X、Y轴方向偏移，偏移方向通过数值的正负号判断，分别得到各车道及人行道横断面轮廓的初始参照点，命名为A；

3、再次调用Geometry.Translate函数，输入各结构层厚度值，对初始参照点进行多次偏移，得到其余参照点，依次命名为B、C、D……。

4、对于无加宽的结构层，参照点为靠近原点位置的结构层端点；对于有加宽的结构层，参照点位于结构层端点之间；

5、将每个结构层的两个参照点分组，A与B成组，B与C成组，以此类推。

步骤五：依据步骤五中生成的参照点位，通过编程平台，自动生成其余横断面轮廓图形端点点位(参见图3)；

1、定义无加宽结构层的轮廓图形函数，命名为ptoW()；

2、定义机动车道加宽结构层的轮廓图形函数，命名为ptoYJ()；

3、定义非机动车道加宽结构层的轮廓图形函数，命名为ptoJ()；

4.定义人行道加宽结构层的轮廓图形函数，命名为ptoY()；

5、对应输入步骤四生成的参照点，以关键字“左侧、右侧”为判断条件，调用ptoW()函数，分别生成左右机动车道、左右非机动车道、左右人行道无加宽结构层的其余两个端点点位；

6、对应输入步骤四生成的参照点，以关键字“远近端”为判断条件，调用ptoYJ()函数，分别生成左、右机动车道加宽结构层的其余四个端点点位；

7、对应输入步骤四生成的参照点，以关键字“近端”为判断条件，调用ptoJ()函数，分别生成左、右非机动车道加宽结构层的其余四个端点点位；

8、对应输入步骤四生成的参照点，以关键字“远端”为判断条件，调用ptoY()函数，分别生成左、右人行车道加宽结构层的其余四个端点点位；

9、将无加宽结构层的两个参照点及两个其余端点成组；

10、将左、右机动车道加宽结构层的两个参照点及四个端点成组；

11、将左、右非机动车道加宽结构层的两个参照点及四个端点成组；

12、将左、右人行道加宽结构层的两个参照点及四个端点成组。

步骤六：将图形端点连接成线，形成闭合的横断面轮廓图形；

1、输入左、右机动车道各结构层端点，调用PolyCurve.ByPoints节点，生成闭合的各结构层轮廓，并最终生成机动车道轮廓图形；

2、输入左、右非机动车道各结构层端点，调用PolyCurve.ByPoints节点，生成闭合的各结构层轮廓，并最终生成非机动车道轮廓图形；

3、输入左、右人行道道各结构层端点，调用PolyCurve.ByPoints节点，生成闭合的各结构层轮廓，并最终生成人行道轮廓图形；

步骤七：基于坐标系转换原理，快速放置横断面轮廓图形于指定位置的竖向剖面；(参见图4)；

1、在Dynamo中提取出道路中心线的空间曲线图形；

2、在Code Block中创建参数列表；

3、调用节点Curve.PointAtParameter获取在道路中心线上指定参数点位的点即新建坐标原点；

4、使用节点Curve.TangentAtParameter获取道路中心线上指定参数点位的切向量，获取Z轴的正向向量，设Z轴正向向量a＝(x₁，y₁，z₁)；

5、已知垂直剖面方向的向量，为Y轴的正向向量，设Y轴正向向量b＝(x₂，y₂，z₂)。

其中i、j、k分别是沿x、y、z轴正方向的单位向量，c为所求x轴正向向量；

7、通过Vector.Cross函数进行两向量的叉积运算，得到与两向量都垂直的法向量，为X轴的正向向量；

8、基于三互相垂直的向量，使用CoordinateSystem.ByOriginVectors函数新建三维空间直角坐标系；

9、调用Geometry.Transform函数，通过给定的坐标系变换几何图形，快速放置道路横断面轮廓至指定桩号位置。

步骤八：在闭合横断面间引入参考线进行放样，形成三维线性结构实体模型；

1、在Dynamo环境下，分别在路段起点桩号和终点桩号位置放置横断面轮廓；

2、调用Solid.ByLoft节点，通过在闭合横断面间引入道路中心线进行放样，得到为按结构分层的实体。

3、重复以上两个步骤，得到不同路段按结构分层的实体，最终得到完整的道路实体模型。

步骤九：利用编程平台的相关节点，将步骤八中的模型转变成族文件，并输入至设计平台的项目文件中；

1、连入Dynamo生成的道路实体模型，调用FamilyType.ByGeometry节点，指定族名称、族类别、族模板路径及材质，将道路实体模型转化族文件；

2、将族文件载入Revit项目文件中；

3、调用Geometry.BoundingBox节点，将形体BoundingBox化并取其最小点；

4、调用FamilyInstance.ByPoint依点位快速放置道路结构层的族文件。

步骤十：为Revit中的三维线性模型添加属性管理信息，包括材质、类别等参数信息。

上述所有步骤中的计算和判定是通过BIM设计平台Revit软件的编程插件Dynamo使用DesignScript以及Python语言进行编程，调用设计平台的应用程序接口中的相关函数实现。

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。

Claims (1)

1.一种复杂三维线性结构的参数化建造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：从设计图纸中提取线性结构的横断面轮廓参数信息，并将其输入至Excel表格中，新建横断面轮廓参数表；

步骤二：在编程平台中导入步骤一中创建的横断面轮廓参数表，并提取表中信息数据；

步骤三：基于横断面轮廓与参考坐标系的相对位置关系，对步骤二中提取的参数信息进行数据处理；

步骤四：根据参考坐标系的坐标原点，偏移生成初始参照点位，并继续偏移生成其余参照点位；

步骤五：依据步骤五中生成的参照点位，通过编程平台，自动生成其余横断面轮廓图形端点点位；

步骤六：将参照点位与其余图形端点点位依次连接成线，形成闭合的横断面轮廓图形；

步骤七：基于坐标系转换原理，快速放置横断面轮廓图形于指定位置的竖向剖面；

步骤八：在闭合横断面间引入参考线进行放样，形成三维线性结构实体模型；

步骤九：利用编程平台的相关节点，将步骤八中的模型转变成族文件，并输入至设计平台的项目文件中；

步骤十：为设计平台中的三维线性模型添加属性管理信息，包括材质、类别等参数信息。

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