CN114117661A - 一种铁塔精细化模型数字化建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁塔精细化模型数字化建模方法，涉及铁塔建模的技术领域，具体包括如下步骤：a)：从计算模型文件中提取出铁塔的构件和节点属性信息；并搭建铁塔的单线模型，并赋予单线模型构件和节点属性信息；b)：按照构造特征将铁塔的节点和构件的构图原则抽象为数学模型，并建立可扩展的标准节点构造库；c)：调用步骤b中的标准节点构造库，将标准节点构造库内的节点模型加载到步骤a搭建的单线模型的构件和节点上；d)：根据步骤c中已加载节点模型的单线模型，完成三维建模；本发明，可快速实现铁塔精细化的建模，从而大大提高了铁塔精细化模型建模的效率和准确性。

Description

一种铁塔精细化模型数字化建模方法

技术领域

本发明涉及铁塔建模的技术领域，具体涉及一种铁塔精细化模型数字化建模方法。

背景技术

铁塔精细化模型包含所有零件高精度的加工放样信息，可方便查看详细的尺寸参数和材料表，还可直接用于加工；目前的建模过程是依据铁塔结构图生成铁塔几何模型，然后在几何模型中对构件进行逐一录入，使单线具备构件属性，并根据图中构造要求进行节点板绘制和螺栓配置，利用计算机图形技术将构件的平面几何信息用三维图元表达出来，形成完整的三维模型；从三维模型中可提取零件图，传输数控机床完成构件的加工；这种方式的优点是实现了设计图纸与加工的对接，后期还可将加工过程中存在的问题反馈设计单位进行调整；缺点是从铁塔设计到加工建模的周期较长，短则1个月，长则3个月至半年；且国内加工厂家一般采用专用放样软件，与设计单位数据尚不能实现互通，无法满足输电线路全寿命周期管理的需要。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前铁塔精细化模型的建模从铁塔设计到加工建模的周期较长，短则1个月，长则3个月至半年；且国内加工厂家一般采用专用放样软件，与设计单位数据尚不能实现互通，无法满足输电线路全寿命周期管理的需要的问题，将实体构件和节点抽象为携带属性的数学模型的思想引入建模过程中，提供了一种铁塔精细化模型数字化建模方法，缩短了建模时间，实现设计数据到加工数据的互通，解决了上述问题。

本发明的技术方案如下：

一种铁塔精细化模型数字化建模方法，包括如下步骤：

a)：从计算模型文件中提取出铁塔的构件和节点属性信息；并搭建铁塔的单线模型，并赋予单线模型构件和节点属性信息；

b)：按照构造特征将铁塔的节点和构件的构图原则抽象为数学模型，并建立可扩展的标准节点构造库；

c)：调用步骤b中的标准节点构造库，将标准节点构造库内的节点模型加载到步骤a搭建的单线模型的构件和节点上；

d)：根据步骤c中已加载节点模型的单线模型，完成三维建模。

进一步地，所述步骤a中的节点属性信息包括节点位置、连接构件、坐标；构件属性信息包括构件端点、长度、材质属性信息。

进一步地，所述步骤b的详细步骤为：

b1：选择铁塔模型中每一个节点，读取每个节点所处的部位、坐标、对称性和功能特征；

b2：根据步骤b1所读取的信息，绘制数学模型，并确定主要变量。

进一步地，所述步骤c的详细步骤为：

c1：将步骤b中的数学模型按照计算机模型匹配原则，从标准节点构造库索引具有相同设计条件的节点模型；

c2：将索引到的节点模型加载到步骤a中搭建的单线模型中所对应的节点和构件上。

进一步地，所述主要变量包括：基点、主杆件、次杆件、连接螺栓、附件、主杆件与次杆件的连接关系、主杆件和次杆件与附件的搭接关系、螺栓排列方式、螺栓数量、附件的形状和位置。

进一步地，所述计算机模型匹配原则包括：直接匹配、间接匹配和干预匹配。

进一步地，所述直接匹配为保持属性信息、主要变量与数值的直接对应，主要变量不具有选择性，与数值形成唯一的、可对应的规则，其数据结构为线性结构。

进一步地，所述间接匹配为属性信息与主要变量与数值存在多选的对应关系，其数据结构为树型。

进一步地，所述干预匹配为属性信息与主要变量和数值存在多对多的对应关系，即属性信息可变，主要变量和数值也可变，其数据结构为图形结构。

进一步地，所述步骤c1中，当未索引到具有相同设计条件的节点模型时，主动构造该节点的节点模型，并将所述节点模型添加至标准节点构造库，对所述标准节点构造库进行扩展。

与现有的技术相比本发明的有益效果是：

1、一种铁塔精细化模型数字化建模方法，包括如下步骤：首先从计算模型文件中提取出铁塔的构件和节点属性信息；并搭建具有构件和节点属性信息的单线模型；然后按照构造特征将铁塔的节点和构件的构图原则抽象为数学模型，并建立可扩展的标准节点构造库；进而将标准节点构造库内的节点模型加载到步骤a搭建的单线模型的构件和节点上，最后通过程序驱动完成三维建模；可快速实现铁塔精细化的建模，从而大大提高了铁塔精细化模型建模的效率和准确性。

附图说明

图1为一种铁塔精细化模型数字化建模方法的流程图；

图2为计算模型文件中的节点示意图；

图3为交叉斜材的节点数学模型示例；

图4为酒杯塔计算模型及节点位置示意图；

图5干字型耐张塔计算模型及节点位置示意图。

具体实施方式

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

由于输电铁塔精细化模型已经在铁塔加工领域成熟应用，这为数字化建模的应用提供了必要的基础条件；铁塔精细化模型的常规建模流程为：

(1)铁塔计算，形成铁塔司令图，铁塔计算报告等成果；

(2)绘制铁塔二维结构图，即施工和加工使用的蓝图；

(3)依据铁塔结构图在软件中创建铁塔几何模型，然后在几何模型中对构件进行逐一录入，使单线具备构件属性，并根据图中构造要求进行节点板绘制和螺栓配置，利用计算机图形技术将构件的平面几何信息用三维图元表达出来，形成完整的三维模型。

(4)从三维模型中可提取零件图，传输数控机床完成构件的加工。

上述建模方式是基于绘制完成的图纸建模，即现有图纸再建模，中间花费的时间较长，而且模型创建于加工阶段，与设计阶段的计算模型没有连接起来，数据未贯通，未能实现数字化模型的全过程应用。

本发明提出的数字化建模方法，是直接基于铁塔计算成果建立三维模型，主要流程为：

(1)铁塔计算，形成铁塔司令图，铁塔计算报告等成果；

(2)依据计算成果在软件中创建铁塔几何模型，然后在几何模型中对构件进行逐一录入，使单线具备构件属性，并根据图中构造要求进行节点板绘制和螺栓配置，利用计算机图形技术将构件的平面几何信息用三维图元表达出来，形成完整的三维模型；

(3)从三维模型中剖切二维结构图，即施工和加工使用的蓝图；

(4)从三维模型中可提取零件图，传输数控机床完成构件的加工。

数字化建模方法避开了先绘制二维结构图的步骤，而是从三维模型中剖切图纸，通过模型与图纸的联动来修改图纸。

具体地，请参阅图1-5，一种铁塔精细化模型数字化建模方法，具体包括如下步骤：

a)：从计算模型文件中提取出铁塔的构件和节点属性信息；并搭建铁塔的单线模型，并赋予单线模型构件和节点属性信息；所述单线模型是根据提取出的构件和节点属性信息，由三维建模平台自动生成；

b)：按照构造特征将铁塔的节点和构件的构图原则抽象为数学模型，并建立可扩展的标准节点构造库；所述标准节点构造库是预先在三维建模平台中搭建好的，可以由三维建模平台直接进行调用，且所述标准节点构造库是可扩展的；所述标准节点库中储存有大量的节点模型(即指节点型式)，所述标准节点构造库是采用枚举的方式将节点型式收集整理形成的；所述三维建模平台内嵌入有铁塔构图数学模型的智能驱动规则；

c)：调用步骤b中的标准节点构造库，将标准节点构造库内的节点模型加载到步骤a搭建的单线模型的构件和节点上；

d)：根据步骤c中已加载节点模型的单线模型，完成三维建模；所述三维建模的完成也是在三维建模平台中由计算机自动生成的。

步骤a中的节点属性信息包括节点位置、连接构件、坐标；构件属性信息包括构件端点、长度、材质属性信息；所述节点属性信息和构件属性信息包括但不限于上述内容；计算模型文件对构件的属性信息的定义如表1所示，铁塔计算模型文件的构件包括主材、斜材、隔面材、腿部斜材、组合角钢等；表2为构件属性信息的一个示例；图2为计算模型文件中的节点示意图，从计算模型文件中可以获取节点编号、节点坐标、相关连接构件的编号及构件属性信息。

表1铁塔计算模型文件构件属性信息表

表2计算模型文件构件属性信息表示例

步骤b的详细步骤为：

b1：选择铁塔模型中每一个节点，读取每个节点所处的部位、坐标、对称性和功能特征；图4和图5分别为酒杯塔计算模型及节点位置示意图和干字型耐张塔计算模型及节点位置示意图；

b2：根据步骤b1所读取的信息，绘制数学模型，并确定主要变量；图3为交叉斜材的节点数学模型示例；从图中可以看出，交叉节点有射线1、2、3(可有可无)组成，n1和n2表示构件两端的螺栓数量。

步骤c的详细步骤为：

c1：将步骤b中的数学模型按照计算机模型匹配原则，从标准节点构造库索引具有相同设计条件的节点模型；所述设计条件即指主要变量的具体数值，安装数值匹配的原则进行索引；

c2：将索引到的节点模型加载到步骤a中搭建的单线模型中所对应的节点和构件上；进而由三维建模平台自动生成三维模型，即完成了模型的建立。

其中，主要变量包括：基点、主杆件、次杆件、连接螺栓、附件、主杆件与次杆件的连接关系、主杆件和次杆件与附件的搭接关系、螺栓排列方式、螺栓数量、附件的形状和位置；所述螺栓排列方式根据主杆件和次杆件与附件的搭接关系确定；所述附件的形状和位置根据螺栓排列方式确定；在图3中如射线1和2为主杆件，射线3为次杆件，直接搭接或通过连接板搭接在主杆件1和主杆件2上。

步骤24，根据搭接关系确定螺栓排列方式和螺栓数量，采用枚举的方式将节点型式收集整理，形成可扩展的节点库；还可以根据螺栓排列结果确定是否存在连接板，以及连接板的形状和位置，连接板形状一般按照包络线和螺栓端距相结合的原则绘制轮廓线；表3为交叉节点数学模型对应的精细化模型构造节点库：

表3交叉节点数学模型对应的精细化模型构造节点库

对交叉节点螺栓排列和数量的设置规则，按照如下条件确定：

A.没有撑杆或吊杆的塔身交叉节点(如表3型式1和2)

交叉点的螺栓选择与交叉斜材两端的螺栓规格一致。

对于肢宽＜180的角钢，交叉节点选用一颗螺栓；

对于肢宽≥180的角钢，交叉节点选用两颗螺栓。

B.有撑杆或吊杆的塔身交叉节点(如表3型式3和4)

交叉斜材肢宽≤110的角钢，交叉点采用M16的螺栓；

交叉斜材肢宽＞110的角钢，交叉点采用M20的螺栓；

交叉斜材肢宽≥180的角钢，交叉点不少于两颗螺栓，用板与撑杆或吊杆连接。

C、有横向辅助材的塔身交叉节点(如表3型式5)

交叉斜材肢宽≤110的角钢，交叉点采用M16的螺栓；

交叉斜材肢宽＞110的角钢，交叉点采用M20的螺栓；

交叉斜材肢宽≥180的角钢，交叉点不少于两颗螺栓，用板与撑杆或吊杆连接。

计算机模型匹配原则包括：直接匹配、间接匹配和干预匹配。

直接匹配为保持属性信息、主要变量与数值的直接对应，主要变量不具有选择性，与数值形成唯一的、可对应的规则，其数据结构为线性结构；即标准节点构造库中有与该节点设计条件相同的唯一节点模型，则可以进行直接匹配，无需人工进行干扰。

间接匹配为属性信息与主要变量与数值存在多选的对应关系，其数据结构为树型；即节点构造库中有与该节点设计条件相同的并不唯一的节点模型，则需要人工进行选择更为合适的节点模型。

干预匹配为属性信息与主要变量和数值存在多对多的对应关系，即属性信息可变，主要变量和数值也可变，其数据结构为图形结构；即节点构造库中未能索引出与该节点设计条件相同的节点模型，则需人工进行创建新的节点模型，并添加至节点构造库中，对节点构造库进行扩展。

间接匹配，即当数学模型对应的节点构造，在标准节点构造库中存在多种类型时，应结合分类从标准节点构造库中人为选择合适的节点模型；具体方法为：

(1)标准节点构造库建设；将各类典型节点以模板的形式存入系统中；标准节点构造库的主要分类如表4所示。

表4标准节点构造库主要分类

节点类型	标记
		交叉节点	JC
与主材连接K节点	ZK
		横担与塔身连接节点	HD
地线支架连接节点	DX
		横隔面节点	HG
横隔面K节点	HK
		塔腿K节点	TK
塔腿V面节点	TV
		主材接头节点	JT
直线塔挂点	ZG
		耐张塔挂点	JG
其他节点	QT

(2)程序根据单线模型节点处的构件规格和位置关系，从标准节点构造库中检索对应的分类下相应的节点模型，在单线模型下相应的位置生成节点型式。当节点库中存在多种型式时，提示用户自主选择某一种型式。

干预匹配，即当遇到特殊构造要求，标准节点构造库中不存在相应节点型式时，通过人工干预完成。具体方法为：用户在交互界面选择节点位置及相连接的杆件；依次输入杆件的螺栓数量，排列方式，负端距；确定节点板的外轮廓尺寸；完成节点建模。

当针对较为复杂的节点型式；如塔脚板需要用户输入塔脚板宽度、厚度、材质，地脚螺栓大小和间距等信息；铁塔挂点需要用户输入挂点形式，角钢规格，挂孔大小等信息。

步骤c1中，当未索引到具有相同设计条件的节点模型时，主动人工构造该节点的节点模型，并将所述节点模型添加至标准节点构造库，对所述标准节点构造库进行扩展。

三维建模平台内嵌入的铁塔构图数学模型的智能驱动规则具体包括：控制尺寸、构图准线、构图方式、角钢规格库、角钢准线库、受拉角钢特殊准线、螺栓规格库、螺栓间距库、脚钉库、垫圈库、预拱要求、接头附件库等；上述规则不具有选择性，与数值形成唯一的、可对应的规则，只需填入数值即可确定；具体方法为：

(1)选择制图规则的类型，如构图准线设置；

(2)按照本铁塔采用的构件规格，设置准线，人工填入数值即完成设置。

(3)其他制图规则按(1)和(2)同样方法处理。

实施例二

实施例二是以一种800kV直流直线塔为例，按传统建模和数字化建模两种方法从设计周期上进行比较，比较结果表5所示：

表5传统建模和数字化建模两种方法在设计周期的比较

从表5中可以看出，采用数字化建模总的工日比传统建模减少41％。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)：从计算模型文件中提取出铁塔的构件和节点属性信息；并搭建铁塔的单线模型，并赋予单线模型构件和节点属性信息；

b)：按照构造特征将铁塔的节点和构件的构图原则抽象为数学模型，并建立可扩展的标准节点构造库；

c)：调用步骤b中的标准节点构造库，将标准节点构造库内的节点模型加载到步骤a搭建的单线模型的构件和节点上；

d)：根据步骤c中已加载节点模型的单线模型，完成三维建模。

2.根据权利要求1所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述步骤a中的节点属性信息包括节点位置、连接构件、坐标；构件属性信息包括构件端点、长度、材质属性信息。

3.根据权利要求2所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述步骤b的详细步骤为：

b1：选择铁塔模型中每一个节点，读取每个节点所处的部位、坐标、对称性和功能特征；

b2：根据步骤b1所读取的信息，绘制数学模型，并确定主要变量。

4.根据权利要求3所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述步骤c的详细步骤为：

c1：将步骤b中的数学模型按照计算机模型匹配原则，从标准节点构造库索引具有相同设计条件的节点模型；

c2：将索引到的节点模型加载到步骤a中搭建的单线模型中所对应的节点和构件上。

5.根据权利要求3所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述主要变量包括：基点、主杆件、次杆件、连接螺栓、附件、主杆件与次杆件的连接关系、主杆件和次杆件与附件的搭接关系、螺栓排列方式、螺栓数量、附件的形状和位置。

6.根据权利要求4所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述计算机模型匹配原则包括：直接匹配、间接匹配和干预匹配。

7.根据权利要求6所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述直接匹配为保持属性信息、主要变量与数值的直接对应，主要变量不具有选择性，与数值形成唯一的、可对应的规则，其数据结构为线性结构。

8.根据权利要求6所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述间接匹配为属性信息与主要变量与数值存在多选的对应关系，其数据结构为树型。

9.根据权利要求6所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述干预匹配为属性信息与主要变量和数值存在多对多的对应关系，即属性信息可变，主要变量和数值也可变，其数据结构为图形结构。

10.根据权利要求4所述的一种铁塔精细化模型数字化建模方法，其特征在于，所述步骤c1中，当未索引到具有相同设计条件的节点模型时，主动构造该节点的节点模型，并将所述节点模型添加至标准节点构造库，对所述标准节点构造库进行扩展。

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