CN114996820B - 基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统 - Google Patents

基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统 Download PDF

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Abstract

本申请涉及基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统，其包括：根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，模板支护体系符合单元模板布置模式和施工模板规范要求；通过参数化编程建立模板支护体系模型；根据模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸。本申请具有使在建立BIM三维模型输出模板加工图纸过程中的符合参数调整要求的效果。

Description

基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统
技术领域
本申请涉及BIM建模的领域，尤其是涉及基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统。
背景技术
混凝土支护模板指的是在建筑上用于混凝土现浇施工的模板支撑结构，普遍采用钢或木梁拼装成模板托架，利用钢或木杆搭建成脚手架构成托架支撑，并配合钢制模板进行混凝土支撑。
在进行混凝土支护模板的搭建前可基于BIM建模技术建立混凝土支护模板的三维结构模型，以三维结构模型为深化依据，建立模板支护体系，且模板支护体系的建立符合施工过程中需符合模板布置模式和施工模板规范要求。
针对上述中的相关技术，发明人认为，BIM建模技术已经在施工技术领域被广泛的使用，通过BIM模型建立模板进行算量的软件市面上也有，但不符合单元模板布置的参数调整要求。
发明内容
为了使在建立BIM模型时单元模板布置的参数调整符合要求，本申请提供一种基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统。
本申请提供的基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统采用如下的技术方案：
基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统，包括：
根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，所述模板支护体系符合单元模板布置模式和施工模板规范要求；
通过参数化编程建立模板支护体系模型；
根据所述模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸。
通过采用上述技术方案，根据施工图纸建立BIM三维模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，使能在三维BIM模型中对模板支护体系进行模拟；通过参数化编程建立模板支护体系模型，使在建立参数模板支护体系模型的过程中更加贴近实际施工过程；根据模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸，使在建立BIM三维模型输出模板加工图纸过程中的符合参数调整要求。
可选的，所述BIM三维结构模型包括混凝土结构模型所述根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，包括：
根据施工图纸建立所述混凝土结构模型；
根据优先顺序在所述混凝土结构模型的竖向结构安装所述支护模板，所述优先顺序为：优先在所述混凝土结构模型的竖向结构阴阳角放置定型模板，其次所述竖向结构的其他位置采用固定尺寸的单元模板拼接放置的方式进行布置。
通过采用上述技术方案，使能根据混凝土模型按照优先顺序设置对应的支护模板。
可选的，所述通过参数化编程建立模板支护体系模型，包括：
将单元模板布置和施工规范设为条件和可调整参数；
通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数建立模板支护体系模型。
可选的，所述通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数建立模板支护体系模型，包括：
通过参数化编程，在对应条件与所述可调整参数的基础上基于对应算法确定模型拓扑结构；
通过所述拓扑结构建立模板支护体系模型。
可选的，所述通过所述拓扑结构建立模板支护体系模型，包括：
通过所述拓扑结构确定所述BIM三维结构模型中所有面的相邻集；
基于所述相邻集明确各个平面的延伸方向以生成模板支护体系模型。
通过采用上述技术方案，使能将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数，以设置模板支护体系模型。
可选的，所述基于所述相邻集明确各个平面的延伸方向以生成模板支护体系模型，包括：
基于所述相邻集获取所述BIM三维结构模型中各个平面的关联关系，所述关联关系包括平行或相交关系；
基于所述关联关系合并相邻平行的所述平面并确定阴阳角；
基于所述平面的方向去除所述BIM三维结构模型中梁的顶面、板的顶面、墙的顶面与底面和柱的顶面与底面；
明确所述平面的延伸方向以生成模板模型。
可选的，所述根据所述模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸包括：
获取所述模板支护体系模型的所有配模面；
计算各个配模面的面积和得出的总模型面积获取总工程量，输出模板加工图纸。
可选的，所述计算各个配模面的面积和得出的总模型面积获取总工程量还包括：
基于设置规则自动生成配模方案，该所述方案包括模组数、水平竖向模板避让关系、阴阳角大小；
基于该所述方案获取所述总工程量。
一种基于三维模型的支护板结构自动设计系统，包括：
体系建立模块，用于根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，所述模板支护体系符合单元模板布置模式和施工模板规范要求；
模型建立模块，用于通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数，基于对应算法与所述可调整参数建立模板支护体系模型；
工程量获取模块，用于根据所述模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸。
通过采用上述技术方案，体系建立模块根据施工图纸建立BIM三维模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，使能在三维BIM模型中对模板支护体系进行模拟；模型建立模块通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数，基于对应算法与可调整参数建立模板支护体系模型，使在建立参数模板支护体系模型的过程中更加贴近实际施工过程；工程量获取模块根据模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸，使在建立BIM三维模型输出模板加工图纸过程中的参数调整符合要求。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
能在三维BIM模型中对模板支护体系进行模拟，且根据模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸，使在建立BIM三维模型输出模板加工图纸过程中的符合参数调整要求。
附图说明
图1是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法的流程框图；
图2是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法中步骤S110的流程框图；
图3是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法中步骤S120的流程框图；
图4是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法中步骤S320的流程框图；
图5是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法中步骤S420的流程框图；
图6是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法中步骤S520的流程框图；
图7是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法中步骤S130的流程框图；
图8是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法中步骤S720的流程框图；
图9是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法中的模板支护体系模型图；
图10是本申请实施例其中一实施例基于三维模型的支护板结构自动设计系统的结构框图。
附图标记：1、体系建立模块；2、模型建立模块；3、工程量获取模块。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统，参照图1，基于三维模型的支护板结构自动设计方法，包括：
S110、根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，模板支护体系符合单元模板布置模式和施工模板规范要求。
其中，建立BIM三维结构模型需要使用对应的BIM建模软件，在本实施例中，为通过Revit建立混凝土结构模型，Revit是实现BIM技术的软件之一，能帮助建筑设计师进行建筑三维结构模型的构建，且根据业主的需求对建筑信息模型BIM进行维护。而建立BIM三维模型的方式包括通过二维施工图进行建立，与在设计阶段就进行BIM三维模型的建立，在本实施例中可为通过施工图纸建立BIM三维模型。
在建立完成BIM三维模型后即可根据BIM三维模型建立虚拟环境中的模型支护体系，模型支护体系为BIM三维模型进行支护的混凝土模板支护体系，该体系包括心焦混凝土成型的模板以及支撑模板的一整套构造体系。
单元模板的布置模式为单元模板的布置方式与布置步骤，施工模板规范为保证工程质量监察的技术规范。通过单元模板的布置模式与施工模板规范使在单元模板的布置时，满足施工安全需求，降低施工风险。
S120、通过参数化编程建立模板支护体系模型。
其中，参数化编程的意思是根据输入参数即可自动适应并输出控制结果，在输入的参数改变时，输出的控制结果也将发生改变，以建立模板支护体系模型。
S130、根据模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸。
其中，在模板支护体系中包括有多种不同的数量的单元模板，根据模板支护体系模型获取的工程量中包括不同单元模板的材质、结构与数量等生产数据，根据这些生产数据输出模板加工图纸。
本申请实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法的实施原理为：根据施工图纸建立BIM三维模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，使能在三维BIM模型中对模板支护体系进行模拟；通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数，基于对应算法与可调整参数建立模板支护体系模型，使在建立参数模板支护体系模型的过程中更加贴近实际施工过程；根据模板支护体系模型获取准确的工程量，为实际的模板采购用量提供准确的数据，输出模板加工图纸，使在建立BIM三维模型输出模板加工图纸过程中的参数调整符合要求。
参照图2，BIM三维结构模型包括混凝土结构模型，根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，包括：
S210、根据施工图纸建立混凝土结构模型。
其中，在本实施例中施工图纸为设计方输出的二维CAD施工图，该二维CAD施工图为对应本次施工项目中混凝土的平面结构图，将该二维CAD施工图导入至BIM建模软件中生成三维的混凝土结构模型。
S220、根据优先顺序在混凝土结构模型的竖向结构安装支护模板，优先顺序为：优先在混凝土结构模型的竖向结构阴阳角放置定型模板，其次竖向结构的其他位置采用固定尺寸的单元模板拼接放置的方式进行布置。
其中，在本实施例中，优先顺序为先从竖向结构的阴阳角放置定型模板，在其他实施例中，当建筑类型不同时，也会设置其他的优先级顺序，例如先从竖向结构的其他位置来进行布置，或者从横向结构来进行布置，具体的优先顺序为根据实际需求进行调整。例如在进行建筑混凝土浇筑时，竖向结构的阴阳角数量较多，而横向结构的阴阳角较少，且混凝土浇筑时，受重力因素通常单元模板也为呈竖向进行围设，因此优先级为竖向结构的位置来设置。
参照图3，通过参数化编程建立模板支护体系模型，包括：
S310、将单元模板布置和施工规范设为条件和可调整参数。
在本实施例中，输入的参数为单元模板布置和施工规范。例如将建筑施工模板安全技术规范中的载荷与变形值进行参数化，根据浇筑的混凝土的规模来实时调整载荷与模板的变形值，在模板支护体系模型中可获知在实际施工过程中单元模板的材质、数量、载荷、变形值、安装方式与拆除方式等数据，便于根据模拟出的数据来进行生产。
S320、通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数建立模板支护体系模型。
参照图4，通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数建立模板支护体系模型，包括：
S410、通过参数化编程，在对应条件与可调整参数的基础上基于对应算法确定模型拓扑结构。
其中，在进行参数化编程的过程中，本实施例是通过犀牛软件的grasshopper插件来进行，grasshopper能通过改变起始模型或相关变量就能改变模型最终形态的效果。且不同于散拼的做法，在本申请中采用优先在竖向结构阴阳角放置定型模板，其他竖向采用固定尺寸的单元模板拼接放置布置的方法，充分考虑竖向结构的尺寸、洞口、与水平构件之间的关系，将模板安装规范作为常规可调整参数进行约束。拓扑结构是连接点、线、面之间的关系结构。
S420、通过拓扑结构建立模板支护体系模型。
参照图5，通过拓扑结构建立模板支护体系模型，包括：
S510、通过拓扑结构确定BIM三维结构模型中所有面的相邻集。
其中，在本实施例中的模型拓扑结构则是确定BIM三维结构模型中所有面的相邻集，在立体的BIM三维结构模型中每一个面都有与其相邻的面，而所有面的相邻集为每一个面相邻的面的集合。
S520、基于相邻集明确各个平面的延伸方向以生成模板支护体系模型。
其中，参照图9，在通过相邻集明确各个平面后，每一平面的进行延伸时，该面的相邻集均会限制该面的延伸范围，因此当该平面延伸至相邻集的面进行接触时即停止延伸，当延伸完成后即可生成模板支护体系模型。
参照图6，基于相邻集明确各个平面的延伸方向以生成模板支护体系模型，包括：
S610、基于相邻集获取BIM三维结构模型中各个平面的关联关系，关联关系包括平行或相交关系。
其中，BIM三维结构模型由于是根据实际建筑需求进行构建，因此包含有很多不同的面，而因为相邻集，一个平面与另一平面的关系还可为平行或相交关系，参照图9，通过相邻集的关系可建立在相邻的两个面之间的联系，从而获取各个平面之间的关联关系，关联关系包括平行或相交关系，相交关系还可包括垂直与不垂直的关系。
S620、基于关联关系合并相邻平行的平面并确定阴阳角。
其中，阴阳角是指建筑构造之一，阴角指凹进去的墙角，如顶面与四周墙壁的夹角，阳角指凸出来的墙角，阴阳角多呈九十度。本实施例的BIM三维结构模型中若关联关系为相交则会产生阴阳角，通常朝向混凝土结构的一面为阴角，远离混凝土结构的一面为阳角，若关联关系为平行，则没有阴阳角的存在，并对关联关系为平行的平面进行合并，若关联关系为相交，则确定相关关系中的阴阳角。
S630、基于平面的方向去除BIM三维结构模型中梁的顶面、板的顶面、墙的顶面与底面和柱的顶面与底面。
其中，在本实施例中，梁的顶面、板的顶面、墙的顶面与底面和柱的顶面与底面均为在浇筑混凝土中不铺设单元模板的位置，因此需要进行相应去除，在其他实施例中，进行混凝土的浇筑前，若是也存在有不需要布置单元模板的位置，也进行相应的去除。
S640、明确平面的延伸方向以生成模板模型。
其中，由于单元模板是在混凝土BIM三维模型的外周侧以及需要进行支护的位置进行设置，因此单元模板也呈三维立体结构，存在有三维属性如长宽高，当单元模板的曲面进行延伸时会形成闭合曲面，当单元模板的平面进行延伸时会与相邻集的平面进行接触，形成阴阳角时则停止延伸，当所有平面均延伸完成时则生成模板模型，即三维立体空间中的对混凝土进行支护的支护板，包含有多个单元模板。
参照图7，根据模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸包括：
S710、获取模板支护体系模型的所有配模面。
其中，模板支护体系模型中所有的配模面指的是在混凝土BIM三维模型中配置有单元模板的平面，在混凝土浇筑过程中的模板是用于使新浇混凝土成型用的模型，以保证混凝土结构的形状、位置与尺寸的准确。配模面为进行混凝土浇筑时配置有单元模板的平面。
S720、计算各个配模面的面积和得出的总模型面积获取总工程量，输出模板加工图纸。
其中，由于混凝土模板指浇混凝土成型的模板以及支撑模板的一整套构造体系，因此按照受力条件分为承重模板和非承重模板，在本实施例中获取模板支护体系模型的配模面属于非承重模板，即对混凝土进行围护与塑形作用的单元模板，因此计算各个配模面的面积即可获得非承重模板的面积。在其他实施例中模板支护体系模型还有需要支撑配模面的承重模板，根据模板支护模型还可获取承重模板的工程量，进而获取进行模板支护的总工程量，输出对应的图纸。
参照图8，计算各个配模面的面积和得出的总模型面积获取总工程量还包括：
S810、基于设置规则自动生成配模方案，方案包括模组数、水平竖向模板避让关系、阴阳角大小。
其中，模组数为在单位体积混凝土内单元模板的数量，例如在某项施工项目中每10立方米毛石混凝土的模板数为30.70平方米，每10立方米的基础垫层的模板数为13.83平方米等，根据实际混凝土的数量来配置单元模板的布置面积。水平竖向模板避让关系为水平向的模板与竖直向的模板之间不重叠的位置之间的关系。
S820、基于该方案获取总工程量。
参照图9，本申请另一实施例还公开了一种基于三维模型的支护板结构自动设计系统，包括：
体系建立模块1，用于根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，模板支护体系符合单元模板布置模式和施工模板规范要求；
模型建立模块2，用于通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数，基于对应算法与可调整参数建立模板支护体系模型；
工程量获取模块3，用于根据模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸。
本申请实施例基于三维模型的支护板结构自动设计方法与系统的实施原理为：体系建立模块1根据施工图纸建立BIM三维模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，使能在三维BIM模型中对模板支护体系进行模拟；模型建立模块2通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数，基于对应算法与可调整参数建立模板支护体系模型，使在建立参数模板支护体系模型的过程中更加贴近实际施工过程；工程量获取模块3根据模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸，使在建立BIM三维模型输出模板加工图纸过程中的参数调整符合要求。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于三维模型的支护板结构自动设计方法，其特征在于，包括：
根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，所述模板支护体系符合单元模板布置模式和施工模板规范要求；
将单元模板布置和施工规范设为条件和可调整参数；
通过参数化编程，在对应条件与所述可调整参数的基础上基于对应算法确定模型拓扑结构；
通过所述拓扑结构确定所述BIM三维结构模型中所有面的相邻集；
基于所述相邻集获取所述BIM三维结构模型中各个平面的关联关系，所述关联关系包括平行或相交关系；
基于所述关联关系合并相邻平行的所述平面并确定阴阳角；
基于所述平面的方向去除所述BIM三维结构模型中梁的顶面、板的顶面、墙的顶面与底面和柱的顶面与底面；
明确所述平面的延伸方向以生成模板支护体系模型；
根据所述模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸。
2.根据权利要求1所述的基于三维模型的支护板结构自动设计方法，其特征在于，所述BIM三维结构模型包括混凝土结构模型，所述根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，包括：
根据施工图纸建立所述混凝土结构模型；
根据优先顺序在所述混凝土结构模型的竖向结构安装支护模板，所述优先顺序为：优先在所述混凝土结构模型的竖向结构阴阳角放置定型模板，其次所述竖向结构的其他位置采用固定尺寸的单元模板拼接放置的方式进行布置。
3.根据权利要求1所述的基于三维模型的支护板结构自动设计方法，其特征在于，所述根据所述模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸包括：
获取所述模板支护体系模型的所有配模面；
计算各个配模面的面积和得出的总模型面积获取总工程量，输出模板加工图纸。
4.根据权利要求3所述的基于三维模型的支护板结构自动设计方法，其特征在于，所述计算各个配模面的面积和得出的总模型面积获取总工程量还包括：
基于设置规则自动生成配模方案，该所述方案包括模组数、水平竖向模板避让关系、阴阳角大小；
基于该所述方案获取总工程量。
5.一种基于三维模型的支护板结构自动设计系统，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的方法，包括：
体系建立模块（1），用于根据施工图纸建立BIM三维结构模型，以建立虚拟环境中的模板支护体系，所述模板支护体系符合单元模板布置模式和施工模板规范要求；
模型建立模块（2），用于通过参数化编程，将单元模板布置和施工规范作为条件和可调整参数，基于对应算法与所述可调整参数建立模板支护体系模型；
工程量获取模块（3），用于根据所述模板支护体系模型获取准确的工程量，输出模板加工图纸。
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基于Microstation平台的水利水电工程三维开挖设计软件开发与应用;吕彬 等;《人民珠江》;20211130;第16-23、52页 *
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