CN114580053A - 一种基于bim参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，在建模过程中采用BIM参数化模块，多级嵌套碰撞检测模块，单榀格构钢筋生成模块和多榀格构钢筋智能化布置模块。BIM参数化模块提供了用户参数化交互功能，通过输入必要参数定义墙体信息，尽可能简化交互流程；虚钢筋及多级嵌套碰撞检测模块提供了多线并行、高效运行、多场景应用的模型碰撞检测功能；单榀格构钢筋生成模块提供了异型钢筋的建模功能；多榀格构钢筋智能化布置模块逆向利用碰撞检测模块提供了格构钢筋自动排布功能；所有模块有机集成实现了装配式叠合剪力墙的参数化和智能化建模，提高了建模效率，解决了叠合剪力墙建模难度较大的问题。

Description

一种基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法
技术领域
本发明属于BIM建模领域，涉及一种基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法。
背景技术
装配式双面叠合剪力墙是预制剪力墙的一种形式，其构造包括两个预制板和连接两个预制板的格构钢筋，在节点构造及安装运输方面较普通预制剪力墙更具优势，但是由于叠合剪力墙的构造更复杂，尤其是格构钢筋呈立体棱型构造，建模难度较大，常规BIM软件的预制构件族库无法适用于叠合剪力墙，内置钢筋族开放性较差、适应性不足，目前仍采用手动绘制的方式表达叠合剪力墙构造，导致设计效率较低，此外，BIM软件能够应对的碰撞检查场景单一，约束条件较多，建模过程中，碰撞检测耗时较长。
申请号为201710688287.5的中国专利申请公开了一种装配式墙体钢筋数据处理方法及装置，通过获取基于BIM建立的装配式墙体的外轮廓模型；将外轮廓模型拆分为虚拟的几何体分块，几何体分块包括梁区域、柱区域、暗柱区域、暗梁区域以及钢筋网片区域；根据预设钢筋分布规则以及钢筋参数进行参数化计算，在外轮廓模型中绘制钢筋网片或钢筋笼，生成配筋整体分布图；对配筋整体分布图进行几何拓扑划分，将整体钢筋划分到对应的几何体分块中，生成钢筋骨架数据。该申请采用虚拟建模方法能够快速生成钢筋骨架数据，以几何拓扑关系对钢筋进行归集处理，能够形成符合钢筋笼以及网片加工需要的初始工艺数据，为建筑工业化大规模机械化钢筋加工提供了切实可行的数字建模方法。
申请号为202010153698.6的中国专利申请公开了一种基于Revit的装配式剪力墙自动建模的方法及系统，方法包括以下步骤：步骤1，通过Form窗体获取墙体几何参数：通根据选择的装配式剪力墙墙体类型，在窗体中输入几何参数，将输入的数据进行单位转换并存储；步骤2，创建族文件：通过Revit API开发工具中的方法从族样板文件夹中族样板文件，并创建族文档和管理用于族内所有编辑行为的族管理；该发明中实现了根据用户输入的装配式剪力墙的参数数据，自动生成符合国家规范和与CAD图纸的装配式剪力墙BIM模型，同时完成了对模型的精准配筋。
但是，上述装置的墙体复杂程度远小于叠合剪力墙，考虑的要素也较单一，仅仅利用几何拓扑将钢筋网片划分到各几何体，所述参数化也仅仅只是钢筋数据的参数化，过于依赖人为判断合法性。
因此，实现叠合剪力墙的高效智能化建模是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术叠合剪力墙建模难度大的问题，本发明提供一种基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，采用多级嵌套碰撞检测和逆向碰撞检测，提高了运算速度，提升了检测效率，从而提高了建模效率。
为解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案：
一种基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，包括以下步骤：
一、创建预制构件族文件，分别定义墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合、线盒集合、管线集合、格构钢筋集合；
二、定义基准坐标系，包括基准原点、基准x、y、z轴方向，定义墙体长度方向为x轴方向，高度方向为y轴方向，厚度方向为z轴方向；
三、根据预设图层识别规则，读取墙体长度和厚度，读取墙体洞口长度及起止位置，读取钢筋规格、直径和间距，并临时存储相关数据；
四、创建面向用户的BIM参数化交互窗口一，提供用户首次输入接口，输入墙体高度、洞口起止高度、预制板厚度、钢筋保护层厚度，并临时存储相关数据；
五、根据墙体长度、厚度、高度和预制板厚度创建叠合剪力墙外轮廓几何体一，将几何体一放样至基准坐标系；再根据洞口长度、高度及起止位置换算洞口在基准坐标系下的起止坐标，创建洞口几何体对几何体一进行裁剪，生成叠合剪力墙外轮廓几何体二，将几何体二相关数据编制成墙体族，存储于墙体集合；
六、根据钢筋规格、直径、间距以及几何体二长度和高度，计算纵向钢筋和横向钢筋数量，并排列生成钢筋网，再根据钢筋预设规则一计算钢筋网和墙体之间的相对位置，将钢筋网放样至基准坐标系，使其位于墙体内正确位置；再利用几何体二与钢筋之间的拓扑结构删除洞口内纵向钢筋和横向钢筋，并生成环洞口的洞口加强筋，将所有钢筋数据编制成钢筋族，存储于钢筋集合；
七、根据墙体安装时下层预埋钢筋伸入叠合剪力墙内部空腔的位置，按照钢筋预设规则二创建虚钢筋，存储于虚钢筋集合；
八、创建面向用户的BIM参数化交互窗口二，提供用户第二次输入接口，输入线盒及管线的中心位置坐标及几何尺寸；
九、根据线盒和管线在墙体的相对位置将线盒及管线放样至基准坐标系，根据碰撞预设规则进行智能碰撞检测，包括线盒集合与墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合之间的碰撞检测，管线集合与墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合之间的碰撞检查；若存在碰撞，则提示用户线盒或管线位置不合法，并高亮显示碰撞位置；重新输入，直到无碰撞，将最终的线盒和管线数据分别存储至线盒集合和管线集合；所述智能碰撞检测采用网格化初级筛选、优先级设定、多层次包围盒、投影相交测试多步递进的方式进行；
十、逆向利用智能碰撞检测机制，对线盒集合、管线集合、虚钢筋集合进行几何拓扑和坐标运算，生成能够布置格构钢筋的合法区域；根据格构钢筋预设规则计算第1榀格构钢筋的合法基准坐标，创建第1榀格构钢筋；根据预设规则逐条计算后续格构钢筋初始坐标，依次遍历后续所有格构钢筋是否在合法区域内，若不在合法区域内，则根据交集区间的长度调整格构钢筋坐标，若仍不能满足格构钢筋在合法区域内，则按一定步长调整前置格构钢筋坐标，不断向前追溯和迭代更新格构钢筋坐标，直至所有格构钢筋均在合法区域内，完成格构钢筋的创建，将所有格构钢筋数据存储在格构钢筋集合；
十一、将所有集合在基准坐标轴下放样，生成叠合剪力墙模型，保存模型文件，即可。
作为优选，步骤九所述智能碰撞检测具体包括以下步骤：
(1)网格化初级筛选：对叠合剪力墙外轮廓几何体二进行预处理，将几何体二进行网格化处理，使其分割成若干均匀小型方形网块，处于不同网块内的元素不存在碰撞可能性，通过这种方式初步剔除相距较远单元，削减碰撞运算量；
(2)优先级设定：定义墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合为第一优先级，线盒集合和管线集合为第二优先级，格构钢筋集合为第三优先级，以高优先级为被碰撞元素，低优先级为待检测元素；
(3)多层次包围盒：对处于同一网格内的元素创建各自特征混合包围盒，钢筋创建固定方向包围盒，线盒创建球型包围盒，管线、虚钢筋、格构钢筋均创建长方体包围盒，并根据优先级设定包围盒层次，同优先级包围盒不进行碰撞检测，进一步削减碰撞运算量；
(4)投影相交测试：存在碰撞可能的各包围盒分别投影到xy面、yz面、xz面，进行投影相交测试，若三面投影均有重合部分，则表示存在碰撞关系。
作为优选，步骤十所述格构钢筋的生成，包括以下步骤：
(1)采用rebar.CreateFromCurves创建1个上弦钢筋和2个下弦钢筋；
(2)在上弦钢筋、下弦钢筋平面上建立局部坐标系，在上弦钢筋、下弦钢筋上错位设置等间距的自适应点，根据自适应函数绘制的自适应曲线，使其呈V型；
(3)利用nurbspline将自适应曲线转化为多段连续直线；
(4)利用rebar.CreateFromCurves将多段连续直线定义为钢筋，完成单面腹筋的创建；
(5)设置参考系，通过立面旋转算法将单面腹筋旋转到相应对称面，完成另一个腹筋的创建；
(6)将上弦钢筋、下弦钢筋、腹筋编制为组，完成单榀格构钢筋的创建。
作为优选，步骤十逆向使用智能碰撞检测机制创建格构钢筋，具体包括以下步骤：
(1)将所有被碰撞体的包围盒在主轴x轴上投影，生成每一个被碰撞体的x坐标区间，分别定义为A1，A2，A3…，
A1的区间为(x1，x2)
A2的区间为(x3，x4)
A3的区间为(x5，x6)
…
(2)反向生成碰撞体格构钢筋的包围盒在x轴的合法区间B1，B2，B3…
B1的区间为(x2，x3)
B2的区间为(x4，x5)
B3的区间为(x6，x7)
…
(3)以构件边缘为坐标原点，按x坐标从小到大的顺序开始布置格构钢筋，使最外侧格构钢筋距构件边缘距离不大于300mm，相邻两榀格构钢筋间距不大于600mm；
(4)布置第1榀格构钢筋，第1榀格构钢筋的边距不大于300mm，设定第1榀格构钢筋起点坐标X0，则第1榀格构钢筋的碰撞体包围盒区间C1＝(X0-10，X0+D+10)，其中D为格构钢筋宽度；
(5)判断
Figure BDA0003499107200000044
的真假：若为假，则计算第1榀格构钢筋区间与被碰撞体区间的交集E1i＝C1∩Bi，其中i＝1，2，3…，Bi为第i个和C1存在合集的区间，再计算所有交集E1i的区间长度length(E1i)，取所有区间长度最大值Max[length(E1i)]，取X1＝X0-Max[length(E1i)]为第1榀格构钢筋的初始合法坐标；；
(6)布置第n榀格构钢筋，其中n大于1，第n榀格构钢筋的相邻两榀的间距不大于600mm，设定第n榀格构钢筋的起点坐标Xn0，则第n榀格构钢筋的碰撞体包围盒区间Cn＝(Xn0-10，Xn0+D+10)；
(7)判断
Figure BDA0003499107200000041
的真假：若为假，计算第n格构钢筋区间与被碰撞体区间的交集Eni＝Cn∩Bi，i＝1，2，3…，再计算所有交集Eni的区间长度length(Eni)，取所有区间长度最大值Max[length(Eni)]，令Xn＝Xn0-Max[length(Eni)]为第n榀格构钢筋的初始合法坐标；
(8)以此方式依次逐榀布置格构钢筋，直至当前榀格构钢筋的坐标
Figure BDA0003499107200000042
Figure BDA0003499107200000043
则追溯回前置1榀格构钢筋，令其坐标为Xj-1’＝Xj-1-k*d，d为迭代步长，k为迭代次数，重复步骤(6)、(7)，若遍历所有Xj-1仍无法满足Xj∈(Xj-1+300，Xj-1+600)，则继续向前追溯Xj-2，Xj-3，…，Xj-i，令其坐标为Xj-1’＝Xj-i-k*d，重复步骤(6)、(7)，直至Xj∈(Xj-1+300，Xj-1+600)，则此时迭代更新后的Xj’，Xj-1’，…，Xj-i’即为第j，j-1，…，j-i榀格构钢筋的合法坐标；
(9)重复步骤(6)、(7)、(8)，完成所有格构钢筋的创建。
钢筋预设规则一包括：混凝土保护层厚度15mm，最外侧钢筋外边距不大于50mm，墙内钢筋对称布置；钢筋预设规则二：下层预埋钢筋竖直位于叠合剪力墙底部的内空腔中，直径和间距同纵向钢筋一致，长度为1.2laE，laE为抗震锚固长度；格构钢筋预设规则：最外层格构钢筋边距不大于300mm，相邻格构钢筋间距不大于600mm。
有益效果：
本发明提出的碰撞检测方法多层级递进，高效速算，提高了检测效率，并通过创建虚钢筋模拟了施工时可能存在的钢筋碰撞问题，检测更全面，解决人为检查碰撞合理性效率低下的问题，将数字化技术深度应用在建筑设计领域，全面提升了设计质量。
本发明提出的基于合法区域的格构钢筋位置遍历迭代方法解决了叠合剪力墙需手动绘图的现状，自动生成的叠合剪力墙符合设计构造要求，同时各部件之间满足碰撞合规性，这种智能化、参数化的建模方式，极大提高了叠合剪力墙的制图效率。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本发明主题的一部分。
附图说明
附图不意在按比例绘制，除非特别说明。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。
图1为墙体的主视图。
图2为墙体的左视图。
图3为墙体的俯视图。
图4为钢筋分布的主视图。
图5为钢筋分布的左视图。
图6为钢筋分布的俯视图。
图7为格构钢筋的主视图。
图8为格构钢筋的侧视图。
图9为格构钢筋的俯视图。
1、墙体；2、洞口；3、线盒；4、管线；5、格构钢筋；6、虚钢筋；7、横向钢筋；8、纵向钢筋；9、洞口加强筋；11、腹筋；12、上弦钢筋；13、下弦钢筋。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件,并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。
一种基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，在建模过程中采用BIM参数化模块，多级嵌套碰撞检测模块，单榀格构钢筋生成模块和多榀格构钢筋智能化布置模块。
具体包括以下步骤：
一、创建rfa格式的预制构件族文件，分别定义墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合、线盒集合、管线集合、格构钢筋集合，并对各集合的优先级进行归类，墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合为第一优先级，线盒集合和管线集合为第二优先级，格构钢筋集合为第三优先级，优先级归类用于进行智能碰撞检测时区分碰撞体和被碰撞体，被碰撞体为固定元素，碰撞体为检测元素。
二、定义基准坐标系，包括基准原点、基准x、y、z轴方向，定义墙体1长度方向为x轴方向，高度方向为y轴方向，厚度方向为z轴方向。
三、根据预设图层识别规则，读取CAD文件中墙体1长度和厚度、读取墙体洞口2长度及起止位置、读取钢筋规格、直径和间距，并将相关数据进行临时存储。
四、创建面向用户的BIM参数化交互窗口一，提供用户首次输入接口，输入墙体1高度、洞口2起止高度、预制板部分厚度、钢筋保护层厚度，并将相关数据进行临时存储。
五、根据墙体1长度、厚度、高度、预制板厚度参数创建叠合剪力墙外轮廓几何体一(不含洞口)，并将几何体一放样至基准坐标系；再根据洞口2长度、高度及起止位置换算洞口2在基准坐标系下的起止坐标，创建洞口2几何体对几何体一进行裁剪，生产叠合剪力墙外轮廓几何体二(含洞口)，将几何体二相关数据编制成墙体族，存储在墙体集合。
六、根据钢筋规格、直径、间距以及几何体二长度和高度，计算纵向钢筋8(纵向受力)和横向钢筋7(横向分布)数量，并排列生成钢筋网，再根据钢筋预设规则一(钢筋预设规则一包括：混凝土保护层厚度15mm，最外侧钢筋外边距不大于50mm，墙内钢筋对称布置)，再根据钢筋保护层厚度计算钢筋和墙体1之间的相对位置，将钢筋网放样至基准坐标系，使其位于墙体1内正确位置；再利用几何体二与钢筋之间的拓扑结构删除洞口2内纵向钢筋8和横向钢筋7，并生成环洞口2的洞口加强筋9，将所有钢筋数据编制成钢筋族，存储在钢筋集合。
七、考虑墙体1安装时下层预埋钢筋伸入叠合剪力墙内部空腔的位置，根据钢筋预设规则二(钢筋预设规则二：下层预埋钢筋竖直位于叠合剪力墙底部的内空腔中，直径和间距同纵向钢筋一致，长度为1.2laE，laE为抗震锚固长度)创建虚钢筋6(由于下层预埋钢筋并不是设计时就存在于叠合剪力墙内，而是在安装墙体的时候才需要考虑的，因此以虚钢筋的形式表示)，存储在虚钢筋集合，虚钢筋集合仅用于智能碰撞检测。
八、创建面向用户的BIM参数化交互窗口二，提供用户第二次输入接口，输入线盒3及管线4的中心位置坐标及几何尺寸。
九、根据线盒3和管线4在墙体1的相对位置将线盒3及管线4放样至基准坐标系，根据碰撞预设规则进行多线程并行的智能化碰撞检测，包括线盒集合分别与墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合的碰撞检测，管线集合分别与墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合之间的碰撞检查，高优先级的为被碰撞体，低优先级的为碰撞体。若存在碰撞问题，则提示用户线盒3或管线4位置不合法，并高亮显示碰撞位置，提示用户重新输入，直到通过智能碰撞测试，将最终的线盒3和管线4数据分别存储至线盒集合和管线集合。
十、逆向利用智能碰撞检测机制，对线盒集合、管线集合、虚钢筋集合进行几何拓扑和坐标运算，生成能够布置格构钢筋5的合法区域；根据格构钢筋预设规则(格构钢筋预设规则：最外层格构钢筋边距不大于300mm，相邻格构钢筋间距不大于600mm)计算首榀(第1榀)格构钢筋的合法基准坐标，创建首榀格构钢筋，再根据预设规则逐条计算后续格构钢筋初始坐标，依次遍历后续所有格构钢筋是否在合法区域内，若不在合法区域内，则根据交集区间的长度调整格构钢筋坐标，若仍不能满足格构钢筋在合法区域内，则按一定步长(设定步长)调整前置格构钢筋坐标，不断向前追溯和迭代更新格构钢筋坐标，直至所有格构钢筋均在合法区域内，完成格构钢筋自动创建，将所有格构钢筋数据存储在格构钢筋集合。
十一、将所有集合在基准坐标轴下放样，生成最终叠合剪力墙模型，保存模型文件。
为了解决现有技术碰撞检查场景单一、约束条件多，碰撞检测耗时长的问题，本实施例所述碰撞检测模块为多级嵌套碰撞检测模块，多级嵌套碰撞检测模块采用网格化初级筛选、优先级设定、多层次包围盒、投影相交测试多步递进的方式进行智能碰撞检测。包括以下步骤：
(1)网格化初级筛选：对叠合剪力墙外轮廓几何体二进行预处理，将几何体二进行网格化处理，使其分割成若干均匀小型方形网块，处于不同网块内的元素不存在碰撞可能性，通过这种方式初步剔除相距较远单元，削减碰撞运算量。
(2)优先级设定：定义墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合为第一优先级，线盒集合和管线集合为第二优先级，格构钢筋集合为第三优先级，高优先级为被碰撞元素，低优先级为待检测元素。
(3)多层次包围盒：对处于同一网格内的元素创建各自特征混合包围盒，钢筋创建固定方向包围盒、线盒创建球型包围盒、管线、虚钢筋、格构钢筋均创建长方体包围盒，并根据优先级设定包围盒层次，同优先级包围盒不进行碰撞检测，进一步削减碰撞运算量。
(4)投影相交测试：存在碰撞可能的各包围盒分别投影到xy面、yz面、xz面，进行投影相交测试，若三面投影均有重合部分则表示存在碰撞关系。
所述虚钢筋6指安装叠合剪力墙时下层的预埋钢筋，虚钢筋6包围盒范围应适当放大，用于考虑下层预埋钢筋因安装偏差存在一定程度歪斜。
所述碰撞检测包括线盒3及管线4与钢筋、虚钢筋6分别进行检测，格构钢筋5与线盒3、管线4、虚钢筋6分别进行检测。
本实施例通过上述多级嵌套、层层递进的方式优化了检测流程，规避了大量无效的检测运算，加上优先级的植入更进一步定义了碰撞检测对象的控制等级，相比现有技术，检测机制更清晰、检测速度更快。
为了解决现有技术单榀格构钢筋构造复杂而BIM内置钢筋族开放性差和适应性不足的问题，所述单榀格构钢筋的生成，包括以下步骤：
(1)格构钢筋的1个上弦钢筋和2个下弦钢筋采用常规rebar.CreateFromCurves创建。
(2)在上弦钢筋、下弦钢筋平面上建立局部坐标系，在上弦钢筋、下弦钢筋上错位设置等间距的自适应点，编写以一定规律通过各自适应点的自适应函数，使根据函数绘制的自适应曲线呈V型。
(3)利用nurbspline将自适应曲线转化为多段连续直线。
(4)利用rebar.CreateFromCurves将多段连续直线定义为钢筋，完成单面腹筋的创建。
(5)设置参考系，通过立面旋转算法将单面腹筋旋转到相应对称面，完成另一个腹筋的创建；
(6)将上弦钢筋12、下弦钢筋13、腹筋11编制为组，完成单榀格构钢筋的创建。
本实施例通过局部坐标系、自适应函数和立面旋转算法的结合，实现了高效生成单榀格构钢筋，解决了复杂立体钢筋难以建模的问题，进而提高了建模速率。
为了解决现有技术无法在多场景下自动布置格构钢筋的问题，所述多榀格构钢筋的生成，包括以下步骤：
(1)将所有被碰撞体的包围盒在主轴x轴上投影，生成每一个被碰撞体的x坐标区间，分别定义为A1，A2，A3…，
A1的区间为(x1，x2)
A2的区间为(x3，x4)
A3的区间为(x5，x6)
…
(2)反向生成碰撞体格构钢筋的包围盒在x轴的合法区间B1，B2，B3…
B1的区间为(x2，x3)
B2的区间为(x4，x5)
B3的区间为(x6，x7)
…
(3)以构件边缘为坐标原点，按x坐标从小到大的顺序开始布置格构钢筋，并根据设计规范的相关规定设定基本逻辑，设计原则为最外侧格构钢筋距构件边缘距离不应大于300mm，相邻两榀格构钢筋间距不应大于600mm。
(4)布置第1榀(首榀)格构钢筋，第1榀格构钢筋为最外侧格构钢筋，应考虑边距不大于300mm，设定第1榀格构钢筋起点坐标X0，则第1榀格构钢筋的碰撞体包围盒区间C1＝(X0-10，X0+D+10)，其中10为考虑安装偏差的包围盒放大值，D为格构钢筋宽度。通常X0∈(100，300)，考虑经济性，X0的初始值取300。
(5)判断
Figure BDA0003499107200000091
的真假：若为真，则布置下一榀，若为假，则计算第1榀格构钢筋区间与被碰撞体区间的交集E1i＝C1∩Bi，其中i＝1，2，3…，Bi为第i个和C1存在合集的区间，再计算所有交集E1i的区间长度length(E1i)，取所有区间长度最大值Max[length(E1i)]，取X1＝X0-Max[length(E1i)]为第1榀格构钢筋的初始合法坐标。
(6)布置第n榀格构钢筋，其中n大于1，第n榀格构钢筋的相邻两榀的间距不大于600mm，设定第n榀格构钢筋的起点坐标Xn0，则第n榀格构钢筋的碰撞体包围盒区间Cn＝(Xn0-10，Xn0+D+10)。通常Xn0∈(Xn0-1+300，Xn0-1+600)，考虑经济性，Xn0的初始值为Xn0-1+600。
(7)判断
Figure BDA0003499107200000101
的真假，若为真，则布置下一榀，若为假，计算第n格构钢筋区间与被碰撞体区间的交集Eni＝Cn∩Bi，i＝1，2，3…，再计算所有交集Eni的区间长度length(Eni)，取所有区间长度最大值Max[length(Eni)]，令Xn＝Xn0-Max[length(Eni)]为第n榀格构钢筋的初始合法坐标，若此时Xn0∈(Xn0-1+300，Xn0-1+600)，则此Xn0为第n榀格构钢筋的初始合法坐标。
(8)以此方式依次逐榀布置格构钢筋，直至当前榀格构钢筋(如第j榀)的坐标
Figure BDA0003499107200000102
Figure BDA0003499107200000103
则追溯回前置1榀格构钢筋(第j-1榀)，令其坐标为Xj-1’＝Xj-1-k*d，d为迭代步长，k为迭代次数，重复步骤(6)、(7)，若遍历所有Xj-1仍无法满足Xj∈(Xj-1+300，Xj-1+600)，则继续向前追溯Xj-2，Xj-3，…，Xj-i，令其坐标为Xj-1’＝Xj-i-k*d，重复步骤(6)、(7)，直至Xj∈(Xj-1+300，Xj-1+600)，则此时迭代更新后的Xj’，Xj-1’，…，Xj-i’即为第j，j-1，…，j-i榀格构钢筋的合法坐标。
(9)重复步骤(6)、(7)、(8)完成所有格构钢筋的自动化布置。
本实施例根据模型特性，逆向利用碰撞检测技术生成格构钢筋合法区域，将复杂碰撞问题转化为简单的坐标集包含和相交问题，并集成遍历法和迭代法实现格构钢筋自动化布置，极大简化了运算对象，节省更多内存空间用于遍历运算和迭代运算，从而实现高效自动化建模。
本发明的BIM参数化模块提供了用户参数化交互功能，通过输入必要参数定义墙体信息，尽可能简化交互流程；虚钢筋及多级嵌套碰撞检测模块提供了多线并行、高效运行、多场景应用的模型碰撞检测功能；单榀格构钢筋生成模块提供了异型钢筋的建模功能；多榀格构钢筋智能化布置模块逆向利用碰撞检测模块提供了格构钢筋自动排布功能；所有模块有机集成实现了装配式叠合剪力墙的参数化和智能化建模，提高了建模效率，解决了叠合剪力墙建模难度较大的问题。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、创建预制构件族文件，分别定义墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合、线盒集合、管线集合、格构钢筋集合；
二、定义基准坐标系，包括基准原点、基准x、y、z轴方向，定义墙体长度方向为x轴方向，高度方向为y轴方向，厚度方向为z轴方向；
三、根据预设图层识别规则，读取墙体长度和厚度，读取墙体洞口长度及起止位置，读取钢筋规格、直径和间距，并临时存储相关数据；
四、创建面向用户的BIM参数化交互窗口一，提供用户首次输入接口，输入墙体高度、洞口起止高度、预制板厚度、钢筋保护层厚度，并临时存储相关数据；
五、根据墙体长度、厚度、高度和预制板厚度创建叠合剪力墙外轮廓几何体一，将几何体一放样至基准坐标系；再根据洞口长度、高度及起止位置换算洞口在基准坐标系下的起止坐标，创建洞口几何体对几何体一进行裁剪，生成叠合剪力墙外轮廓几何体二，将几何体二相关数据编制成墙体族，存储于墙体集合；
六、根据钢筋规格、直径、间距以及几何体二长度和高度，计算纵向钢筋和横向钢筋数量，并排列生成钢筋网，再根据钢筋预设规则一计算钢筋网和墙体之间的相对位置，将钢筋网放样至基准坐标系，使其位于墙体内正确位置；再利用几何体二与钢筋之间的拓扑结构删除洞口内纵向钢筋和横向钢筋，并生成环洞口的洞口加强筋，将所有钢筋数据编制成钢筋族，存储于钢筋集合；
七、根据墙体安装时下层预埋钢筋伸入叠合剪力墙内部空腔的位置，按照钢筋预设规则二创建虚钢筋，存储于虚钢筋集合；
八、创建面向用户的BIM参数化交互窗口二，提供用户第二次输入接口，输入线盒及管线的中心位置坐标及几何尺寸；
九、根据线盒和管线在墙体的相对位置将线盒及管线放样至基准坐标系，根据碰撞预设规则进行智能碰撞检测，包括线盒集合与墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合之间的碰撞检测，管线集合与墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合之间的碰撞检查；若存在碰撞，则提示用户线盒或管线位置不合法，并高亮显示碰撞位置；重新输入，直到无碰撞，将最终的线盒和管线数据分别存储至线盒集合和管线集合；所述智能碰撞检测采用网格化初级筛选、优先级设定、多层次包围盒、投影相交测试多步递进的方式进行；
十、逆向利用智能碰撞检测机制，对线盒集合、管线集合、虚钢筋集合进行几何拓扑和坐标运算，生成能够布置格构钢筋的合法区域；根据格构钢筋预设规则计算第1榀格构钢筋的合法基准坐标，创建第1榀格构钢筋；根据预设规则逐条计算后续格构钢筋初始坐标，依次遍历后续所有格构钢筋是否在合法区域内，若不在合法区域内，则根据交集区间的长度调整格构钢筋坐标，若仍不能满足格构钢筋在合法区域内，则按一定步长调整前置格构钢筋坐标，不断向前追溯和迭代更新格构钢筋坐标，直至所有格构钢筋均在合法区域内，完成格构钢筋的创建，将所有格构钢筋数据存储在格构钢筋集合；
十一、将所有集合在基准坐标轴下放样，生成叠合剪力墙模型，保存模型文件，即可。
2.根据权利要求1所述的基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，其特征在于，步骤九所述智能碰撞检测具体包括以下步骤：
(1)网格化初级筛选：对叠合剪力墙外轮廓几何体二进行预处理，将几何体二进行网格化处理，使其分割成若干均匀小型方形网块，处于不同网块内的元素不存在碰撞可能性，通过这种方式初步剔除相距较远单元，削减碰撞运算量；
(2)优先级设定：定义墙体集合、钢筋集合、虚钢筋集合为第一优先级，线盒集合和管线集合为第二优先级，格构钢筋集合为第三优先级，以高优先级为被碰撞元素，低优先级为待检测元素；
(3)多层次包围盒：对处于同一网格内的元素创建各自特征混合包围盒，钢筋创建固定方向包围盒，线盒创建球型包围盒，管线、虚钢筋、格构钢筋均创建长方体包围盒，并根据优先级设定包围盒层次，同优先级包围盒不进行碰撞检测，进一步削减碰撞运算量；
(4)投影相交测试：存在碰撞可能的各包围盒分别投影到xy面、yz面、xz面，进行投影相交测试，若三面投影均有重合部分，则表示存在碰撞关系。
3.根据权利要求2所述的基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，其特征在于，步骤十所述格构钢筋的生成，包括以下步骤：
(1)采用rebar.CreateFromCurves创建1个上弦钢筋和2个下弦钢筋；
(2)在上弦钢筋、下弦钢筋平面上建立局部坐标系，在上弦钢筋、下弦钢筋上错位设置等间距的自适应点，根据自适应函数绘制的自适应曲线，使其呈V型；
(3)利用nurbspline将自适应曲线转化为多段连续直线；
(4)利用rebar.CreateFromCurves将多段连续直线定义为钢筋，完成单面腹筋的创建；
(5)设置参考系，通过立面旋转算法将单面腹筋旋转到相应对称面，完成另一个腹筋的创建；
(6)将上弦钢筋、下弦钢筋、腹筋编制为组，完成单榀格构钢筋的创建。
4.根据权利要求3所述的基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，其特征在于，步骤十逆向使用智能碰撞检测机制创建格构钢筋，具体包括以下步骤：
(1)将所有被碰撞体的包围盒在主轴x轴上投影，生成每一个被碰撞体的x坐标区间，分别定义为A1，A2，A3…，
A1的区间为(x1，x2)
A2的区间为(x3，x4)
A3的区间为(x5，x6)
…
(2)反向生成碰撞体格构钢筋的包围盒在x轴的合法区间B1，B2，B3…
B1的区间为(x2，x3)
B2的区间为(x4，x5)
B3的区间为(x6，x7)
…
(3)以构件边缘为坐标原点，按x坐标从小到大的顺序开始布置格构钢筋，使最外侧格构钢筋距构件边缘距离不大于300mm，相邻两榀格构钢筋间距不大于600mm；
(4)布置第1榀格构钢筋，第1榀格构钢筋的边距不大于300mm，设定第1榀格构钢筋起点坐标X0，则第1榀格构钢筋的碰撞体包围盒区间C1＝(X0-10，X0+D+10)，其中D为格构钢筋宽度；
(5)判断
Figure FDA0003499107190000031
的真假：若为假，则计算第1榀格构钢筋区间与被碰撞体区间的交集E1i＝C1∩Bi，其中i＝1，2，3…，Bi为第i个和C1存在合集的区间，再计算所有交集E1i的区间长度length(E1i)，取所有区间长度最大值Max[length(E1i)]，取X1＝X0-Max[length(E1i)]为第1榀格构钢筋的初始合法坐标；；
(6)布置第n榀格构钢筋，其中n大于1，第n榀格构钢筋的相邻两榀的间距不大于600mm，设定第n榀格构钢筋的起点坐标Xn0，则第n榀格构钢筋的碰撞体包围盒区间Cn＝(Xn0-10，Xn0+D+10)；
(7)判断
Figure FDA0003499107190000032
的真假：若为假，计算第n格构钢筋区间与被碰撞体区间的交集Eni＝Cn∩Bi，i＝1，2，3…，再计算所有交集Eni的区间长度length(Eni)，取所有区间长度最大值Max[length(Eni)]，令Xn＝Xn0-Max[length(Eni)]为第n榀格构钢筋的初始合法坐标；
(8)以此方式依次逐榀布置格构钢筋，直至当前榀格构钢筋的坐标
Figure FDA0003499107190000033
Figure FDA0003499107190000034
则追溯回前置1榀格构钢筋，令其坐标为Xj-1’＝Xj-1-k*d，d为迭代步长，k为迭代次数，重复步骤(6)、(7)，若遍历所有Xj-1仍无法满足Xj∈(Xj-1+300，Xj-1+600)，则继续向前追溯Xj-2，Xj-3，…，Xj-i，令其坐标为Xj-1’＝Xj-i-k*d，重复步骤(6)、(7)，直至Xj∈(Xj-1+300，Xj-1+600)，则此时迭代更新后的Xj’，Xj-1’，…，Xj-i’即为第j，j-1，…，j-i榀格构钢筋的合法坐标；
(9)重复步骤(6)、(7)、(8)，完成所有格构钢筋的创建。
5.根据权利要求1所述的基于BIM参数化的装配式叠合剪力墙智能建模方法，其特征在于，钢筋预设规则一包括：混凝土保护层厚度15mm，最外侧钢筋外边距不大于50mm，墙内钢筋对称布置；钢筋预设规则二：下层预埋钢筋竖直位于叠合剪力墙底部的内空腔中，直径和间距同纵向钢筋一致，长度为1.2laE，laE为抗震锚固长度；格构钢筋预设规则：最外层格构钢筋边距不大于300mm，相邻格构钢筋间距不大于600mm。
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