CN113496050B - 一种结合cad和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法 - Google Patents

一种结合cad和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种结合CAD和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法，属于建筑设计领域。该方法包括：S1：识别物流建筑CAD图纸中的外墙轮廓线、柱网、理货区和屋脊线；S2：根据识别到的信息结合水、电气、建筑和结构专业的相关规定规范；通过计算单元计算各专业的点位、构件排布结果；其中计算单元包括檀条计算单元、照明与采光板计算单元和喷淋计算单元；S3：通过输出模块将S2的计算结果返回到CAD图纸中。本发明利用智能算法计算物流建筑屋顶水、电气、建筑、结构专业的多种复合专业协同联动设计，解决了当前人工设计时各专业之间多次协调修改的低效率问题。

Description

一种结合CAD和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法
技术领域
本发明属于建筑设计领域，涉及一种结合CAD和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法。
背景技术
标准物流建筑的各专业设计算法简单、机械，由人工设计需要花费设计人员大量的精力、时间。同时因为各专业的关联性，各专业设计人员需要反复的对比、等待其他专业的设计结果，来避免本专业和其他专业不发生冲突。而且，通常某专业的一个改变会影响整个设计结果的颠覆，甚至导致全专业重新设计。人工设计受制于设计师的个人设计经验和对相关规范的个人理解，因设计人员本身原因导致设计返工层出不穷。
结合当前现状，亟需一种物流建筑屋顶人工智能综合设计的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结合CAD和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法，利用智能算法计算物流建筑屋顶水、电气、建筑、结构专业的多种复合专业协同联动设计，从而代替简单、机械的人工设计，同时解决了当前人工设计时各专业之间多次协调修改的低效率问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种结合CAD和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法，具体包括以下步骤：
S1：识别物流建筑CAD图纸中的外墙轮廓线、柱网、理货区和屋脊线；
S2：根据识别到的信息结合水、电气、建筑和结构专业的相关规定规范，考虑部署点位美观性、易安装性的特点；通过计算单元计算各专业的点位、构件排布结果；且完美避开专业和专业间的冲突；所述计算单元包括：檀条计算单元、照明与采光板计算单元和喷淋计算单元；
S3：通过输出模块将步骤S2的计算结果返回到CAD图纸中。
进一步，步骤S2中，所述檀条计算单元的具体计算步骤为：
1)通过屋脊线判断物流建筑朝向(在CAD图纸物流建筑房只会有上下、左右两种排布朝向，如果在真事的底图中，物流建筑有非四向(东、西、南、北)朝向，设计人员也会人工的旋转坐标系，改变整个物流建筑设计图纸的朝向，方便设计)；
2)过屋脊线中点p处，做垂直于屋脊线的直线a，求取a与物流建筑轮廓的交点，以水平朝向的物流建筑为例(i上，i下)；
3)屋脊线的中点p与a线与水平轮廓上方交点i上，构成一条线段b，从p开始沿线段b，向上每1.5m获得一个点，即依次获得点p0～pn，将p0～pn加入到点集PCollection上中；直至求出的点不在线段b上；
4)求取PCollection上中y轴坐标最高的点ptop，计算ptop与i上之间的距离Ltu，然后调整 PCollection上中的y轴坐标，并将调整后的点加入到点集合PC中；
5)重复步骤3)的方式，求出下半区的点，也加入到PC中；
循环PC中的所有点，过每一个点做水平线，并加入到水平线集合PL中，通过建筑轮廓线截取PL中的线段，并加入到Reslut檩条中；其中Reslut檩条为檩条的排布线集。本发明中为了计算后续的专业排布，Reslut檩条按中心线分为了上下两个部分。
进一步，步骤S2中，所述檀条计算单元的计算步骤4)中，调整规则为：
若Ltu＝1.5m，则不调整；
若0.5m＜Ltu<1.5m，则求取点集PCollection上中y值坐标最大2个点ptop1，ptop2，使ptop与ptop1，ptop2点y值等差；
若Ltu<0.5m，则求取最点集PCollection上中y值坐标最大3个点ptop1，ptop2，ptop3，使ptop与ptop1，ptop2，ptop3点y值等差。
进一步，步骤S2中，所述照明与采光板计算单元的具体计算步骤为：
1)利用檩条计算单元的计算结果，Reslut檩条按中心线分为了上下两个部分，以Reslut檩条上部分为例，求取Reslut檩条上部分的中心点，按y值排序，记做上半部分集合ResultLightingtop；
2)以中心点y值最大值的檩条为起点，向屋脊线偏移(6m+0.75m①)判断此点是否在理货区内；
结果为真时：将此结果加入到ResultLightingtop中，继续循环步骤2)；
结果为假时：舍弃本值，重新偏移(7.5m+0.75m②)，并判断是否在厂房轮廓线内，如果是则加入本值，如果没有再轮廓线内，舍弃并跳出循环；
3)按上述方法求取下部分点集合ResultLightingbottom；(如果中心线是平行于y轴同理)
4)判断ResultLightingtop与ResultLightingbottom中最近的点的距离Ltb，调整结果；
5)通过步骤4)的调整后，将过所有结果点集，以平行于屋脊线的方式做线，并在线上以柱间距为长度，求取点集；并作为照明结果；
6)在竖直方向上，求取2个相邻的照明结果，求取其中点，作为采光板结果。
进一步，步骤S2中，所述照明与采光板计算单元的计算步骤4)中，调整规则为(所有的结果都需部署在与檩条的中间位置，本发明称檩条与最近的檩条的距离为1个檩条单元)：
若Ltb＜1个檩条单元，则移除ResultLightingtop与ResultLightingbottom中距离屋脊线最近的值；其中1个檩条单元表示相邻两根檩条的距离；
若Ltb＜2个檩条单元，则移除ResultLightingtop与ResultLightingbottom中距离屋脊线最近的值，并将ResultLightingtop与ResultLightingbottom中离屋脊线次近的值向移除后两部分的交界中心移动1个檩条单元；
若Ltb＜3个檩条单元，则ResultLightingtop与ResultLightingbottom任意一个结果集向远离屋脊线的方向偏移1个檩条单元；
若Ltb＜4个檩条单元，则ResultLightingtop与ResultLightingbottom全部结果集向远离屋脊线的方向偏移1个檩条单元。
进一步，理货区内照明灯具的排布距离为6～7.5m，非理货区内照明灯具的排布距离为 8.25～9.75m。
进一步，步骤S2中，所述喷淋计算单元的具体计算步骤为：
1)利用檩条计算单元的计算结果，以Reslut檩条上部位例；求取输入檩条集合的中心点，按y值排序，记做OrderPurlintop；
2)x轴方向上，根据识别的柱间距，|1.5,3,3...1.5|的方式排布中间结果线，如果柱间距不为3的倍数，则求取最优解；
最优解求取公式：设柱间距为S，Num＝(S/(根据危险等级求取的最大喷淋间距))向上取整，记录平均距离L＝S/Num；则最优解x轴向集合分别为：(L/2,....(Num-1个)..,L/2)；
3)y轴方向上，以回溯法排布中间结果线；
4)求取x轴、y轴中间结果线的交点，作为喷淋结果；其中，x轴方向表示檀条所在的水平方向，y轴方向表示屋脊线所在竖直方向。
进一步，步骤S2中，所述喷淋计算单元的计算步骤3)中的回溯法，具体为：
以屋脊线为起点，根据危险等级求取最大喷淋间距为Llimt；
循环Llimt到Llimt/2，每次循环递减50mm；其中t表示循环次数；
求取此值是否满足喷淋放置条件，如果是，则加入到结果集中进行递归；
循环，如果不满足条件，则递减50mm，再次递归；
如果递归求值没有解，则回溯。
进一步，判断点是否在范围内：引射线法。点出发引一条射线，看这条射线和所有边的交点数目。如果有奇数个交点，则说明在内部，如果有偶数个交点，则说明在外部。
本发明的有益效果在于：
1)本发明利用智能算法完成物流建筑屋面的设计工作，改变传统的设计模式。设计效率大幅提升。
2)本发明方法中，各专业协同，不再需要某专业需要等待其他专业排布结果；可大幅提升协同效率、管理效率。
3)Auto Cad作为当前设计行业主流的平台，本发明的结果可以完美兼容，操作简单。不需要将结果另存为其他格式，或者从其他格式转换。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明结合CAD和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法的流程图；
图2为利用本发明设计方法输出的CAD中物流建筑屋顶平面图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图2，本发明提出了一种结合CAD和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法，如图1所示，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：准备物流建筑屋顶的原始CAD底图；
底图应包含物流建筑的外墙轮廓线、柱网、理货区、屋脊线等信息。外墙和柱网需在特定图层(或者在数据组织模块时手动选择轮廓线)。
步骤2：获取计算数据，如图2中的数据组织模块；
通过CAD中的层级(Layer)识别底图信息，或者通过UI界面选择。
步骤3：计算各专业的点位、图形结果，如图2中的计算模块；
根据数据组织模块提交的数据，利用专业计算单元按顺序计算各专业的排布结果，如现在计算的专业结果与基础条件和前一个计算的专业间有冲突，则跳转到错误单元。如果没有冲突则将计算结果加入到中间数据层。循环到下一个专业计算。
其中，计算模块包括：檀条计算单元、照明与采光板计算单元和喷淋计算单元。
檀条计算单元的具体计算步骤为：
1)通过屋脊线判断物流建筑朝向(在CAD图纸物流建筑房只会有上下、左右两种排布朝向，如果在真事的底图中，物流建筑有非四向(东、西、南、北)朝向，设计人员也会人工的旋转坐标系，改变整个物流建筑设计图纸的朝向，方便设计)；
2)过屋脊线中点p处，做垂直于屋脊线的直线a，求取a与物流建筑轮廓的交点，以水平朝向的物流建筑为例(i上，i下)；
3)屋脊线的中点p与a线与水平轮廓上方交点i上，构成一条线段b，从p开始沿线段b，向上每1.5m获得一个点，即依次获得点p0～pn，将p0～pn加入到点集PCollection上中；直至求出的点不在线段b上；
4)求取PCollection上中y轴坐标最高的点ptop，计算ptop与i上之间的距离Ltu，然后调整 PCollection上中的y轴坐标，并将调整后的点加入到点集合PC中；
调整规则为：
若Ltu＝1.5m，则不调整；
若0.5m＜Ltu<1.5m，则求取点集PCollection上中y值坐标最大2个点ptop1，ptop2，使ptop与ptop1，ptop2点y值等差；
若Ltu<0.5m，则求取最点集PCollection上中y值坐标最大3个点ptop1，ptop2，ptop3，使ptop与ptop1，ptop2，ptop3点y值等差；
5)重复步骤3)的方式，求出下半区的点，也加入到PC中；
循环PC中的所有点，过每一个点做水平线，并加入到水平线集合PL中，通过建筑轮廓线截取PL中的线段，并加入到Reslut檩条中；其中Reslut檩条为檩条的排布线集。本发明中为了计算后续的专业排布，Reslut檩条按中心线分为了上下两个部分。
照明与采光板计算单元的具体计算步骤为：
1)利用檩条计算单元的计算结果，Reslut檩条按中心线分为了上下两个部分，以Reslut檩条上部分为例，求取Reslut檩条上部分的中心点，按y值排序，记做上半部分集合ResultLightingtop；
2)以中心点y值最大值的檩条为起点，向屋脊线偏移(6m+0.75m①)判断此点是否在理货区内；
结果为真时：将此结果加入到ResultLightingtop中，继续循环步骤2)；
结果为假时：舍弃本值，重新偏移(7.5m+0.75m②)，并判断是否在厂房轮廓线内，如果是则加入本值，如果没有再轮廓线内，舍弃并跳出循环；
3)按上述方法求取下部分点集合ResultLightingbottom；(如果中心线是平行于y轴同理)
4)判断ResultLightingtop与ResultLightingbottom中最近的点的距离Ltb，调整结果；
调整规则为(所有的结果都需部署在与檩条的中间位置，本发明称檩条与最近的檩条的距离为1个檩条单元)：
若Ltb＜1个檩条单元，则移除ResultLightingtop与ResultLightingbottom中距离屋脊线最近的值；其中1个檩条单元表示相邻两根檩条的距离；
若Ltb＜2个檩条单元，则移除ResultLightingtop与ResultLightingbottom中距离屋脊线最近的值，并将ResultLightingtop与ResultLightingbottom中离屋脊线次近的值向移除后两部分的交界中心移动1个檩条单元；
若Ltb＜3个檩条单元，则ResultLightingtop与ResultLightingbottom任意一个结果集向远离屋脊线的方向偏移1个檩条单元；
若Ltb＜4个檩条单元，则ResultLightingtop与ResultLightingbottom全部结果集向远离屋脊线的方向偏移1个檩条单元；
5)通过步骤4)的调整后，将过所有结果点集，以平行于屋脊线的方式做线，并在线上以柱间距为长度，求取点集；并作为照明结果；
6)在竖直方向上，求取2个相邻的照明结果，求取其中点，作为采光板结果。
解释：理货区内照明灯具的排布距离为6～7.5m，非理货区内照明灯具的排布距离为 8.25～9.75m。
喷淋计算单元的具体计算步骤为：
1)利用檩条计算单元的计算结果，以Reslut檩条上部位例；求取输入檩条集合的中心点，按y值排序，记做OrderPurlintop；
2)x轴方向上，根据识别的柱间距，|1.5,3,3...1.5|的方式排布中间结果线，如果柱间距不为3的倍数，则求取最优解；
最优解求取公式：设柱间距为S，Num＝(S/(根据危险等级求取的最大喷淋间距))向上取整，记录平均距离L＝S/Num；则最优解x轴向集合分别为：(L/2,....(Num-1个)..,L/2)；
3)y轴方向上，以回溯法排布中间结果线；
回溯法，具体为：
以屋脊线为起点，根据危险等级求取最大喷淋间距为Llimt；
循环Llimt到Llimt/2，每次循环递减50mm；其中t表示循环次数；
求取此值是否满足喷淋放置条件，如果是，则加入到结果集中进行递归；
循环，如果不满足条件，则递减50mm，再次递归；
如果递归求值没有解，则回溯。
4)求取x轴、y轴中间结果线的交点，作为喷淋结果；其中，x轴方向表示檀条所在的水平方向，y轴方向表示屋脊线所在竖直方向。
步骤4：组织输出，如图2中的输出模块；
将计算模块的数据通过输出模块，回写到当前图纸，每个专业通过特定的图形符号，表示不同的结果。同时每个专业的图纸，只会写入数据组织模块中UI界面配置的层级中，以方便设计、施工方按专业查看数据。
步骤5：输出目标图纸；
输出到目标图纸后，设计人员如对本发明的设计结果有修改，可以自行修改结果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种结合CAD和智能算法的物流建筑屋顶综合设计方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1：识别物流建筑CAD图纸中的外墙轮廓线、柱网、理货区和屋脊线；
S2：根据识别到的信息结合水、电气、建筑和结构专业的相关规定规范；通过计算单元计算各专业的点位、构件排布结果；所述计算单元包括：檀条计算单元、照明与采光板计算单元和喷淋计算单元；
S3：通过输出模块将步骤S2的计算结果返回到CAD图纸中；
步骤S2中，所述檀条计算单元的具体计算步骤为：
1)通过屋脊线判断物流建筑朝向；
2)过屋脊线中点p处，做垂直于屋脊线的直线a，求取a与物流建筑轮廓的交点；
3)屋脊线的中点p与a线与水平轮廓上方交点i上，构成一条线段b，从p开始沿线段b，向上每1.5m获得一个点，即依次获得点p0～pn，将p0～pn加入到点集PCollection上中；直至求出的点不在线段b上；
4)求取PCollection上中y轴坐标最高的点ptop，计算ptop与i上之间的距离Ltu，然后调整PCollection上中的y轴坐标，并将调整后的点加入到点集合PC中；
5)重复步骤3)的方式，求出下半区的点，也加入到PC中；
循环PC中的所有点，过每一个点做水平线，并加入到水平线集合PL中，通过建筑轮廓线截取PL中的线段，并加入到Reslut檩条中；其中Reslut檩条为檩条的排布线集。
2.根据权利要求1所述的物流建筑屋顶综合设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述檀条计算单元的计算步骤4)中，调整规则为：
若Ltu＝1.5m，则不调整；
若0.5m＜Ltu<1.5m，则求取点集PCollection上中y值坐标最大2个点ptop1，ptop2，使ptop与ptop1，ptop2点y值等差；
若Ltu<0.5m，则求取最点集PCollection上中y值坐标最大3个点ptop1，ptop2，ptop3，使ptop与ptop1，ptop2，ptop3点y值等差。
3.根据权利要求1所述的物流建筑屋顶综合设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述照明与采光板计算单元的具体计算步骤为：
1)利用檩条计算单元的计算结果，Reslut檩条按中心线分为了上下两个部分，以Reslut檩条上部分为例，求取Reslut檩条上部分的中心点，按y值排序，记做上半部分集合ResultLightingtop；
2)以中心点y值最大值的檩条为起点，向屋脊线偏移6m+0.75m判断此点是否在理货区内；
结果为真时：将此结果加入到ResultLightingtop中，继续循环步骤2)；
结果为假时：舍弃本值，重新偏移7.5m+0.75m，并判断是否在厂房轮廓线内，如果是则加入本值，如果没有再轮廓线内，舍弃并跳出循环；
3)按上述方法求取下部分点集合ResultLightingbottom；
4)判断ResultLightingtop与ResultLightingbottom中最近的点的距离Ltb，调整结果；
5)通过步骤4)的调整后，将过所有结果点集，以平行于屋脊线的方式做线，并在线上以柱间距为长度，求取点集；并作为照明结果；
6)在竖直方向上，求取2个相邻的照明结果，求取其中点，作为采光板结果。
4.根据权利要求3所述的物流建筑屋顶综合设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述照明与采光板计算单元的计算步骤4)中，调整规则为：
若Ltb＜1个檩条单元，则移除ResultLightingtop与ResultLightingbottom中距离屋脊线最近的值；其中1个檩条单元表示相邻两根檩条的距离；
若Ltb＜2个檩条单元，则移除ResultLightingtop与ResultLightingbottom中距离屋脊线最近的值，并将ResultLightingtop与ResultLightingbottom中离屋脊线次近的值向移除后两部分的交界中心移动1个檩条单元；
若Ltb＜3个檩条单元，则ResultLightingtop与ResultLightingbottom任意一个结果集向远离屋脊线的方向偏移1个檩条单元；
若Ltb＜4个檩条单元，则ResultLightingtop与ResultLightingbottom全部结果集向远离屋脊线的方向偏移1个檩条单元。
5.根据权利要求3所述的物流建筑屋顶综合设计方法，其特征在于，理货区内照明灯具的排布距离为6～7.5m，非理货区内照明灯具的排布距离为8.25～9.75m。
6.根据权利要求1所述的物流建筑屋顶综合设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述喷淋计算单元的具体计算步骤为：
1)利用檩条计算单元的计算结果，以Reslut檩条上部位例；求取输入檩条集合的中心点，按y值排序，记做OrderPurlintop；
2)x轴方向上，根据识别的柱间距，|1.5,3,3...1.5|的方式排布中间结果线，如果柱间距不为3的倍数，则求取最优解；
最优解求取公式：设柱间距为S，Num＝(S/(根据危险等级求取的最大喷淋间距))向上取整，记录平均距离L＝S/Num；则最优解x轴向集合分别为：(L/2,....(Num-1个)..,L/2)；
3)y轴方向上，以回溯法排布中间结果线；
4)求取x轴、y轴中间结果线的交点，作为喷淋结果；其中，x轴方向表示檀条所在的水平方向，y轴方向表示屋脊线所在竖直方向。
7.根据权利要求6所述的物流建筑屋顶综合设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述喷淋计算单元的计算步骤3)中的回溯法，具体为：
以屋脊线为起点，根据危险等级求取最大喷淋间距为Llimt；
循环Llimt到Llimt/2，每次循环递减50mm；其中t表示循环次数；
求取此值是否满足喷淋放置条件，如果是，则加入到结果集中进行递归；
循环，如果不满足条件，则递减50mm，再次递归；
如果递归求值没有解，则回溯。
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