CN113867267B - 基于bim球壳结构找型构造钢管数字化加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM球壳结构找型构造钢管数字化加工系统及方法，系统包括：双曲面球壳结构曲面构造模块，以Revit概念体量创建参数化球壳曲面；钢管间距自动划分模块，用于利用双曲面球壳结构曲面构造模块所确定的球壳曲面，设定U、V网格划分u、v参数，u、v参数匹配横、竖钢管间距；自适应弧形钢管参数分析模块，用于分析弧形钢管各项加工参数，通过建立自适应点及参照线，利用几何原理确定钢管弧长所对应的圆心角参数n，并形成弧形钢管的自适应参数；弧形钢管加工数据清单模块，用于提取弧形钢管加工参数形成加工数据清单。本发明利用参数化提取加工数据，数字化指导加工，可确保加工的准确性，减少材料损耗，提高加工效率。

Description

基于BIM球壳结构找型构造钢管数字化加工系统及方法

技术领域

本发明涉及球壳穹顶结构加工技术领域，尤其涉及一种基于BIM球壳结构找型构造钢管数字化加工系统及方法。

背景技术

穹顶结构为异形曲面变曲率半球形钢筋混凝土结构，穹顶结构荷载大，受力复杂，应力分布不均匀，支撑架体难度高。施工时需要根据墙圆弧形状，放样配置板模钢管定位骨架，所以在施工前需要对穹顶曲面进行找型构造钢管的深化，以确保穹顶结构模板铺设的准确性。

传统方法技术人员利用CAD手工绘制，确定墙弧形的圆心，作出该圆弧的弦，然后作出间距为一定数值(小于1m)的该弦的数条垂线，并且与圆弧相交，标注出垂点到圆弧点的距离，最后作出圆弧，此方法采用CAD人工绘制，效率较低，而且容易产生错误，且穹顶体量较大，需绘制的圆弧非常多，弊端尤为明显。

发明内容

针对上述现有技术中存着的不足之处，本发明提出了一种基于BIM球壳结构找型构造钢管数字化加工系统及方法，避免人工二维深化，提高深化效率，缩短深化周期，进而促进工期提升；利用参数化提取加工数据，数字化指导加工，可确保加工的准确性，减少材料损耗，提高加工效率。

为此，本发明采用的技术方案是：

第一方面，基于BIM球壳结构找型构造钢管数字化加工系统，所述系统包括：

双曲面球壳结构曲面构造模块，用于基于Revit概念体量功能创建参数化球壳曲面；

钢管间距自动划分模块，用于利用所述双曲面球壳结构曲面构造模块所确定的球壳曲面，设定U、V网格划分u、v参数，所述u、v参数匹配横、竖钢管间距；

自适应弧形钢管参数分析模块，用于分析弧形钢管各项加工参数，通过建立自适应点及参照线，利用几何原理确定钢管弧长所对应的圆心角参数n，并形成弧形钢管的自适应参数；

弧形钢管加工数据清单模块，用于提取弧形钢管加工参数形成加工数据清单。

一个实施例中，所述双曲面球壳结构曲面构造模块在创建参数化球壳曲面的过程中，通过设定的球体半径参数r控制球壳大小，确保与图纸中的实体结构尺寸相一致。

一个实施例中，所述钢管间距自动划分模块中的所述u、v参数根据施工方案中钢管间距随时进行调整。

一个实施例中，所述自适应弧形钢管参数分析模块中的形成的弧形钢管的自适应参数包括曲率、半径。

一个实施例中，弧形钢管加工数据清单模块得到的加工数据清单用于指导现场实体钢管根据曲率及半径参数1:1炜弯，或者根据工程项目需求实现与数控弯曲机参数数据导入，便于采用数字化进行数控加工。

第二方面，一种基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工方法，所述方法包括以下步骤：

以Revit概念体量创建球壳曲面；

对所述球壳曲面进行参数化U、V网格划分，并赋予可变u、v参数，所述u、v参数用于控制弧形钢管横竖间距，于所述U、V网格的相交处生成交点；

创建钢管弧长的自适应点及连接所述自适应点的样条曲线，将所述样条曲线形成的弧长进行路径分割，于相邻两个分割点之间创建长度参数s，弧长参数L＝s*m，m为分割点的个数；

在所述样条曲线上创建钢管截面轮廓，生成实体弧形钢管，并赋予相关可变参数；

利用几何原理在所述自适应点间创建参照线，确定钢管弧长所对应的圆心角参数n；

将长度参数s、弧长参数L、圆心角参数n及相关可变参数组成的自适应钢管族载入到所述U、V网格的交点，布满所述球壳曲面表面；

利用Revit明细表功能提取弧形钢管加工参数形成加工数据清单。

一个实施例中，在以Revit概念体量创建球壳曲面的步骤中，还包括：赋予球壳曲面可变半径参数r，r＝R1-R2-d，其中，R1为球壳结构内表面半径，d为模板厚度，R2为钢管半径。

一个实施例中，在生成实体弧形钢管后，赋予的相关可变参数包括钢管编号参数N及钢管半径R2，通过钢管半径R2调整控制钢管截面尺寸，并用于所述球壳曲面的半径参数r的计算。

一个实施例中，利用几何原理在所述自适应点间创建参照线并确定钢管弧长所对应的圆心角参数n的步骤包括：

于所述自适应点间创建至少两条直线参照线，并于所述直线参照线中点上分别添加第一参照点；

于所述第一参照点上分别创建垂直于所在直线参照线的垂直参照线；

于所述垂直参照线的交点上添加圆心参照点，所述圆心参照点为钢管弧长所对应的圆心；

将所述圆心参照点与对应的两个自适应点分别连接形成两条连心参照线；

于两条所述连心参照线中点上添加两个第二参照点，以两个所述第二参照点与所述圆心参照点两两相连创建三条参照线并生成平面三角形；

于所述平面三角形为参照平面创建圆心角参数n。

一个实施例中，利用Revit明细表功能提取弧形钢管加工参数形成加工数据清单的步骤包括：

提取长度参数s、弧长参数L、钢管编号参数N、钢管半径R2及圆心角参数n；

创建弧形钢管弧长所对应的半径参数R，R＝(180°*L)/nπ；

创建圆弧曲率参数K，K＝1/R。

由于采用上述技术方案，使得本发明取得的技术效果是：

发明提出了基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统及方法，具有依据BIM软件利用共享参数，分析弧形找型构造钢管的加工参数，并生成自适应弧形钢管族，并根据在双曲面球壳曲面上自动划分的钢管间距布置整个曲面结构的找型钢管，并通过虚拟模块自动快速提取所需的加工参数，可以有效提高数据计算、和加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统的框架图。

图2为本发明实施例基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工方法的流程图。

图3为本发明实施例中穹顶球壳结构的立体示意图。

图4为本发明实施例中的穹顶弧形找型构造钢管透视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

因穹顶混凝土结构为多曲率半球形的球壳结构，在施工时首先需要进行测量放线及支撑架体的安装，而穹顶结构的模板支设需要先通过内部钢管找型，构造出穹顶的曲面，故在施工前需要对找型构造钢管进行深化。而传统利用CAD人工深化无法满足高效、准确、快速的施工要求。

传统方法技术人员利用CAD软件进行找型构造钢管深化。首先，因为穹顶结构为多曲率半球体结构，在CAD中较难绘制出三维图形，而传统的二维图纸较难反应出复杂异形的三维构造要求；其次，利用传统二维CAD深化时，需要依次进行每一个圆弧段找型钢管的半径、曲率等加工参数深化，工作量大且复杂繁琐，会影响到整个深化周期，降低深化效率。

鉴于上述情况，本发明提出了一种基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统及方法，具有依据BIM软件利用共享参数，分析弧形找型构造钢管的加工参数，并生成自适应弧形钢管族，并根据在双曲面球壳曲面上自动划分的钢管间距布置整个曲面结构的找型钢管，并通过虚拟模块自动快速提取所需的加工参数，可以有效提高数据计算、和加工效率。

本发明提供了以下技术方案：

请参阅图1，一种基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统，该系统包括双曲面球壳结构曲面构造模块、钢管间距自动划分模块、自适应弧形钢管参数分析模块、弧形钢管加工数据清单模块。

双曲面球壳结构曲面构造模块，该模块可基于Revit概念体量功能创建参数化球壳曲面，通过设定的球体半径参数r控制球壳大小，确保与图纸中的实体结构尺寸相一致。

钢管间距自动划分模块，利用上述双曲面球壳结构曲面构造模块所确定的球壳曲面，设定U、V网格划分参数u、v，其中u、v参数用于匹配横、竖钢管间距，u、v参数可根据施工方案中钢管间距随时调整。

自适应弧形钢管参数分析模块，该模块用于分析异形钢管各项加工参数，通过建立自适应点及参照线，利用几何原理确定钢管弧长所对应的圆心角参数n，并形成弧形钢管曲率、半径等自适应参数。

弧形钢管加工数据清单模块，该模块可提取异形钢管加工参数形成加工数据清单，用于指导现场实体钢管根据曲率及半径参数1:1炜弯，也可根据工程项目需求实现与数控弯曲机参数数据导入，便于采用数字化进行数控加工。

结合附图2至图4，一种基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：整理施工图及施工方案，确定各项数据及参数；

步骤2：以Revit概念体量创建球壳曲面，并赋予球壳曲面可变半径参数r，球壳曲面半径r为球壳结构内表面半径R1扣除模板模板厚度d及钢管半径R2(即：r＝R1-R2-d)；

步骤3：对球壳曲面进行参数化U、V网格划分，并赋予可变参数u、v与之关联，u、v参数用于控制找型钢管横竖间距，在钢管间距自动划分模块中输入可变参数u、v可实现钢管间距根据U、V网格自动划分，以符合施工方案要求；

步骤4、于上述步骤3中划分好的U、V网格，点击交点命令，软件自动在U、V网格相交处生成交点；

步骤5、创建虚拟模块自适应弧形钢管参数分析模块，并在此模块中创建钢管弧长的三个参照点并使之自适应(即：使参照点转变为自适应点)，并对自适应点进行编号(起点自适应点为1#，中点自适应点为2#，终点自适应点为3#)；

步骤6：于上述步骤5中，以通过点的样条曲线连接三个自适应点，将样条曲线形成的弧长进行路径分割，在弧长上自动形成200个分割点(分割点数量可添加参数控制，点越多，所计算的弧长精度越准确)；

步骤7：于上述步骤6中的相邻两个分割点创建长度参数s，并创建公式参数：弧长L＝s*200；

步骤8：在样条曲线上创建钢管截面轮廓，生成实体弧形钢管，并赋予钢管编号参数N，及截面半径参数R2，通过钢管截面半径参数R2调整控制钢管截面尺寸，并用于所述步骤2中的球壳曲面半径r的计算；

步骤9：于上述步骤5中的三个自适应点间创建两条直线参照线，并与两条参照线中点上分别添加参照点，以此参照点上分别创建垂直于自适应点间直线参照线的两条垂直参照线，于所述两条垂直参照线的交点上添加参照点，并使之以交点为主体(即确保参照点与交点关联)，此参照点即为弧长所对应的圆心；

步骤10：于上述步骤9中确定的圆心位置参照点创建与1#自适应点和2#自适应点分别连接的两条参照线，并在两条参照线中点上分别添加两个参照点，以此两个参照点与圆心参照点两两相连创建三条参照线并生成不可见的平面三角形；

步骤11：于上述步骤10中的平面三角形为参照平面上创建圆心角参数n

步骤12：于上述步骤5～步骤11的自适应弧形钢管参数分析模块中创建的自适应弧形钢管族载入步骤2～步骤3所述的双曲面球壳结构曲面构造模块、钢管间距自动划分模块内，通过步骤4中的U、V网格交点，放置步骤12中的自适应钢管族，并使之布满步骤2中的球壳曲面表面；

步骤13：利用Revit明细表功能创建虚拟模块弧形钢管加工数据清单模块，并在此模块内提取上述步骤7中的参数s、弧长参数L，上述步骤8中的编号参数N，上述步骤11中的圆心角参数n，在模块内分别创建公式参数R(即弧形钢管弧长所对应的半径)、公式参数K(即为圆弧曲率)，计算公式为：R＝(180°*L)/nπ、K＝1/R；

步骤14：利用以上步骤得到的加工数据，反馈给现场技术人员，用于指导现场实体钢管根据曲率及半径参数1:1炜弯，也可根据工程项目需求实现与数控弯曲机参数数据导入，便于采用数字化进行数控加工。

本发明基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统及方法的优点和效果如下：

(1)环境效果分析

1)软件自动计算弧形找型构造钢管加工参数，高效准确，缩短深化周期；

2)可快速提取找型构造钢管的加工数据，指导数字化加工。

(2)工期效果分析

避免人工二维深化，提高深化效率，缩短深化周期，进而促进工期提升。利用参数化提取加工数据，数字化指导加工，可确保加工的准确性，减少材料损耗，提高加工效率。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统，其特征在于，包括：

双曲面球壳结构曲面构造模块，用于基于Revit概念体量功能创建参数化球壳曲面；

钢管间距自动划分模块，用于利用所述双曲面球壳结构曲面构造模块所确定的球壳曲面，设定U、V网格划分u、v参数，所述u、v参数匹配横、竖钢管间距；

自适应弧形钢管参数分析模块，用于分析弧形钢管各项加工参数，通过建立自适应点及参照线，利用几何原理确定钢管弧长所对应的圆心角参数n，并形成弧形钢管的自适应参数；

弧形钢管加工数据清单模块，用于提取弧形钢管加工参数形成加工数据清单；

其中，利用几何原理在所述自适应点间创建参照线并确定钢管弧长所对应的圆心角参数n的步骤包括：

于所述自适应点间创建至少两条直线参照线，并于所述直线参照线中点上分别添加第一参照点；

于所述第一参照点上分别创建垂直于所在直线参照线的垂直参照线；

于所述垂直参照线的交点上添加圆心参照点，所述圆心参照点为钢管弧长所对应的圆心；

将所述圆心参照点与对应的两个自适应点分别连接形成两条连心参照线；

于两条所述连心参照线中点上添加两个第二参照点，以两个所述第二参照点与所述圆心参照点两两相连创建三条参照线并生成平面三角形；

于所述平面三角形为参照平面创建圆心角参数n。

2.如权利要求1所述的基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统，其特征在于，所述双曲面球壳结构曲面构造模块在创建参数化球壳曲面的过程中，通过设定的球体半径参数r控制球壳大小，确保与图纸中的实体结构尺寸相一致。

3.如权利要求1所述的基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统，其特征在于，所述钢管间距自动划分模块中的所述u、v参数根据施工方案中钢管间距随时进行调整。

4.如权利要求1所述的基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统，其特征在于，所述自适应弧形钢管参数分析模块中的形成的弧形钢管的自适应参数包括曲率、半径。

5.如权利要求4所述的基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工系统，其特征在于，弧形钢管加工数据清单模块得到的加工数据清单用于指导现场实体钢管根据曲率及半径参数1:1炜弯，或者根据工程项目需求实现与数控弯曲机参数数据导入，便于采用数字化进行数控加工。

6.一种基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

以Revit概念体量创建球壳曲面；

对所述球壳曲面进行参数化U、V网格划分，并赋予可变u、v参数，所述u、v参数用于控制弧形钢管横竖间距，于所述U、V网格的相交处生成交点；

创建钢管弧长的自适应点及连接所述自适应点的样条曲线，将所述样条曲线形成的弧长进行路径分割，于相邻两个分割点之间创建长度参数s，弧长参数L＝s*m，m为分割点的个数；

在所述样条曲线上创建钢管截面轮廓，生成实体弧形钢管，并赋予相关可变参数；

利用几何原理在所述自适应点间创建参照线，确定钢管弧长所对应的圆心角参数n；

将长度参数s、弧长参数L、圆心角参数n及相关可变参数组成的自适应钢管族载入到所述U、V网格的交点，布满所述球壳曲面表面；

利用Revit明细表功能提取弧形钢管加工参数形成加工数据清单；

其中，利用几何原理在所述自适应点间创建参照线并确定钢管弧长所对应的圆心角参数n的步骤包括：

于所述自适应点间创建至少两条直线参照线，并于所述直线参照线中点上分别添加第一参照点；

于所述第一参照点上分别创建垂直于所在直线参照线的垂直参照线；

于所述垂直参照线的交点上添加圆心参照点，所述圆心参照点为钢管弧长所对应的圆心；

将所述圆心参照点与对应的两个自适应点分别连接形成两条连心参照线；

于两条所述连心参照线中点上添加两个第二参照点，以两个所述第二参照点与所述圆心参照点两两相连创建三条参照线并生成平面三角形；

于所述平面三角形为参照平面创建圆心角参数n。

7.如权利要求6所述的基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工方法，其特征在于，在以Revit概念体量创建球壳曲面的步骤中，还包括：赋予球壳曲面可变半径参数r，r＝R1-R2-d，其中，R1为球壳结构内表面半径，d为模板厚度，R2为钢管半径。

8.如权利要求7所述的基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工方法，其特征在于，在生成实体弧形钢管后，赋予的相关可变参数包括钢管编号参数N及钢管半径R2，通过钢管半径R2调整控制钢管截面尺寸，并用于所述球壳曲面的半径参数r的计算。

9.如权利要求8所述的基于BIM的球壳结构找型构造钢管数字化加工方法，其特征在于，利用Revit明细表功能提取弧形钢管加工参数形成加工数据清单的步骤包括：

提取长度参数s、弧长参数L、钢管编号参数N、钢管半径R2及圆心角参数n；

创建弧形钢管弧长所对应的半径参数R，R＝(180°*L)/nπ；

创建圆弧曲率参数K，K＝1/R。

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