CN115618479A - 一种基于bim的幕墙高封闭性安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，获取建筑物的三维模型，将建筑物的三维模型加载于BIM建模软件，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置。所述方法能够提高幕墙的整体坚固性，避免无效优化，节省建筑材料的同时还能形成高封闭性，提高幕墙的抗风抗震能力，保证幕墙在日常使用过程或面对极端恶劣天气的情况下都能够有效保护建筑物，充分提高幕墙的抗形变能力。

Description

一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法

技术领域

本发明涉及领域，特别涉及一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法。

背景技术

幕墙是建筑的外墙围护，在现代的大型建筑或高层建筑中常常用来充当建筑物的外层轻质墙体，在起美观装饰性作用的同时还有着抗风压变形、隔热隔声等诸多优良性能。

随着高科技生态技术的发展，现代建筑设计愈发注重建筑物外观的艺术效果，建造师在幕墙的设计过程中往往会综合空间、形态、材料、色彩等多种因素进而完成幕墙的最终成品，然而幕墙本身具有在风载荷或地震载荷的作用下极易被破坏的特性，因此在追求更精致外观的同时，幕墙整体坚固性的设计更需要精斟细酌。

目前，通过BIM辅助设计幕墙是国内主流的建筑设计形式，BIM作为建筑学、工程学及土木工程的新工具，常被用于以三维图形为主、物件导向、建筑学有关的电脑辅助设计，使用BIM技术能够加速新型建筑工业化全寿命期的一体化集成；而由于幕墙的脆性材料的变形能力较小，极易遭受外力破坏，同时为了追求幕墙的一体化效果、形成高封闭性，因此，需要在设计过程中，根据幕墙各位置载重能力的不同，对其进行针对性优化设计，确保幕墙能够最大程度地抗风抗震，保证其在日后使用过程中的牢固性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明提供了一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，获取建筑物的三维模型，将建筑物的三维模型加载于BIM建模软件，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置。所述方法能够提高幕墙的整体坚固性，避免无效优化，节省建筑材料的同时还能形成高封闭性，提高幕墙的抗风抗震能力，保证幕墙在日常使用过程或面对极端恶劣天气的情况下都能够有效保护建筑物，充分提高幕墙的抗形变能力。

为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，所述方法包括以下步骤：

S100，获取建筑物的三维模型，将建筑物的三维模型加载于BIM建模软件；

S200，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型；

S300，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型；

S400，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据；

S500，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置。

进一步地，步骤S100中，获取建筑物的三维模型的方法具体为：通过三维激光扫描仪对建筑物进行扫描，得到建筑物的建筑结构的点云数据，将建筑物的建筑结构的点云数据输入到建筑建模软件中，按照建模规范对建筑物进行建模，得到建筑物的三维模型，所述建筑建模软件为SkecthUp，Rhino，Maya，3DsMax，Revit中的一种；或者，将建筑物的二维图纸导入至BIM软件Revit中，按照建模规范建立建筑物的三维模型；其中，建筑物的三维模型中至少包含建筑物的建筑材料的材质、规格、尺寸信息。

进一步地，步骤S100中所述BIM建模软件为Revit、OBD、Navisworks、Navigator、MicroStion、Infraworks、civil3D中的其中一种。

进一步地，步骤S200中，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型的方法具体为：在BIM建模软件中的面幕墙系统中，通过拾取建筑物的三维模型中的体量面，选择所有体量面生成幕墙的三维模型。

进一步地，步骤S300中，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型的方法具体为：通过BIM建模软件中的建筑菜单中的幕墙网格命令对幕墙的三维模型进行网格划分，得到幕墙网格化模型；或者，通过Catmull-Clark网格细分算法、Unity动态网格简化算法、abaqus软件中的网格划分方法对幕墙的三维模型进行网格划分，得到幕墙网格化模型。

进一步地，步骤S400中，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据的方法具体为：将幕墙网格化模型导入至有限元分析软件ANSYS中（由于步骤S200中已经通过选择体量面生成幕墙三维模型，所以该步骤中不需要再对模型进行处理、简化、平滑操作），在有限元分析软件ANSYS中为幕墙网格化模型添加单元信息、材料信息、载荷信息、边界条件，将有限元分析软件ANSYS中的分析计算模块中的结构静力分析（结构静力分析模块可用于求解外载荷引起的位移、应力和应变）应用于幕墙网格化模型，通过有限元分析软件ANSYS中的后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26输出幕墙网格化模型中每个网格在每个时间间隔T（即后处理模块中的子步进T）内的平均应力大小，所述平均应力大小即时间间隔内所有以每秒为单位的瞬时应力的平均值，其中，载荷信息设置为30-50米/秒的风速载荷，时间间隔T设置为[5,10]秒；记N为幕墙网格化模型中所有网格的数量，记Pre(M_i,T_i)为第M_i个网格在T_i内的平均应力大小（M_i与N个网格一一对应），其中，T_i=[(i-1)*T, i*T]， i=1,2,…,N；以Pre(M_i,T_i)作为各个网格的多组压力数组输出。

本步骤的有益效果为：通过将幕墙转化为三维模型，利用有限元分析计算，通过模拟幕墙在真实环境下的受力数据，找出幕墙设计过程的缺陷。

进一步地，步骤S500中，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置的方法具体为：

依次记第M_i个网格在时间段T₁至T_N内所有平均应力大小的总和为应力和SPre_i，即

，i=1,2,…,N；在所有网格中，记应力和最大的网格为源网格 M_p，p∈[1,N]，将源网格M_p在各个时间段内的平均应力大小记为TPre_i，即TPre_i=Pre(M_p,T_i)， Pre(M_p,T_i)为第M_p个网格在时间段T_i内的平均应力大小，i=1,2,…,N；以数组List[TPre]储 存TPre₁,TPre₂,…, TPre_N，对数组List[TPre]执行数组去重得到数组Ded，记Ded_j为数组 Ded中的第j个元素，K为数组Ded中所有元素的数量，依次记Ded_j在数组List[TPre]中的频 数为Que_j，以Que₁,Que₂,…,Que_N生成数组Que，Que_j为数组Que的第j个元素，j=1,2,…,K；将 所有SPre_i组成集合SPre，SPre={SPre₁,SPre₂,…, SPre_N}，记集合SPre中元素值最大的元 素为MaxSP，记集合SPre中元素值最小的元素为MinSP，将数组Que中的每个元素除以ME得到 新的数组Que，其中ME=(MaxSP/MinSP)，记数组List[TPre]中元素值最大的元素为MaxTP；通 过下式计算每个网格的耐压转移值TRA_i：

；

式中，TRA_i表示第M_i个网格的耐压转移值，Min(Ded)表示数组Ded中值最小的元素，Max(Que)表示数组Que中值最大的元素，i=1,2,…,N；

将耐压转移值低于MaxSP且处于边缘的网格标记为高脆弱网格，将耐压转移值低于MaxSP且不处于边缘的网格标记为低脆弱网格，将高脆弱网格和低脆弱网格的位置记为异常位置；其中，判断网格是否处于边缘的方法为：记幕墙网格化模型中每个体量面之间彼此相交而形成的线为体量线，标记与体量线存在交点的网格为处于边缘的网格，标记与体量线不存在交点的网格为不处于边缘的网格。

本步骤的有益效果为：由于幕墙在真实环境中会受到外力作用从而发生形变，当形变过大时会出现不可逆现象，导致幕墙损坏，造成严重损失，在实际的极端天气中，随着风速的持续增加，幕墙受到的压力将会在短时间持续缓慢增大，而在间断性的外力作用下，幕墙的受力可以看作在极短时间内由于瞬时形变产生的瞬时应力，因此，通过对幕墙进行网格划分并以网格的瞬时应力的平均值作为网格在步进T内的平均应力，在持续的风速条件下计算网格的耐压转移值，耐压转移值能够反映出模型中网格所在位置的抗形变能力，由于不同网格在幕墙中所在的相对位置不同，导致局部抗形变能力不同，同时处于耐压转移值较高的网格周围的网格往往也具有较强的抗形变能力，而处于边缘的网格由于位置关键，通常作为幕墙的主支撑点或次支撑点，所以这部分耐压转移值较低的网格所处的位置需要进行加固处理，防止在极端天气或极强外力作用下发生严重损坏。

由于幕墙作为一个整体，处于幕墙内部的一些网格的局部抗形变能力较差，影响幕墙整体的抗风抗震能力，为解决该问题，同时节省建筑材料，本发明提供了一个更优先的确定幕墙网格化模型中的异常位置的方法如下：

优选地，记ATRA为幕墙网格化模型中所有网格的耐压转移值的平均值，将所有耐压转移值低于ATRA/2的网格记为半失衡网格，记所有半失衡网格中应力和最大(半失衡网格中各个点的应力和最大)的网格为检验网格，记检验网格的几何中心和平衡网格的几何中心之间在二维坐标系中的绝对距离为R，平衡网格是指几何中心与检验网格的几何中心之间在二维坐标系中的绝对距离最小的半失衡网格（即半失衡网格的几何中心和检验网格的几何中心的绝对距离在二维坐标系中最小）；创建P个失衡区域，P为所有半失衡网格的数量，计算每个失衡区域的解体率，将解体率低于平均解体率的失衡区域内的网格标记为易波动网格，将易波动网格和高脆弱网格的位置记为异常位置；

其中，平均解体率是指所有失衡区域的解体率的平均值；

失衡区域的创建方法为：记Imb_t为第t个半失衡网格，t=1,2,…,P；遍历t于t的取值范围，在幕墙网格化模型中，以Imb_t为中心，将几何中心与Imb_t的几何中心之间在二维坐标系中的绝对距离小于R的所有网格组成第t个失衡区域（即失衡区域的几何中心和Imb_t的几何中心的绝对距离在二维坐标系中小于R），从而得到P个失衡区域；

失衡区域的解体率的计算方法为：

，其中，

为第t个 失衡区域的解体率，

为解体系数，

，s1表示失衡区域中所有网格的应力和的最 小值，s2表示失衡区域中所有网格的应力和的总和，Y_a表示失衡区域中所有网格的耐压转 移值的方差，Y_b表示失衡区域中所有网格的耐压转移值的最大值减去失衡区域中所有网格 的耐压转移值的最小值。

本步骤的有益效果为：幕墙的加固部位一般包括边缘位置和核心位置两部分，如何定位出在幕墙中能够起到加固作用的真正核心位置成为增强幕墙牢固性和节省加固材料的关键，本步骤通过计算幕墙模型中的失衡区域，利用解体系数平衡所有网格的耐压转移值的权重，使得失衡区域的解体率更精确，从而利用失衡区域的解体率指示出幕墙中需要加固的核心位置，避免无谓加固的同时达到使幕墙整体加固的目的，在幕墙安装前有效地对局部位置进行针对性优化，避免严重灾害出现时导致不可挽回的损失。

进一步地，步骤S500中，还包括，对异常位置进行抗高压处理，具体方法为：通过外包钢加固法对异常位置进行加固以达到外加预应力的目的，实现异常位置的局部抗高压处理，根据处理后的幕墙网格化模型上幕墙各个组件的相应位置对幕墙进行安装。

本公开还提供了一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统，所述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法中的步骤，所述基于BIM的幕墙高封闭性安装系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、移动电话、手提电话、平板电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

模型处理单元，用于获取建筑物的三维模型，将建筑物的三维模型加载于BIM建模软件；

模型构建单元，用于在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型；

网格划分单元，用于对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型；

数据产生单元，用于将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据；

数据计算单元，用于根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置。

本发明的有益效果为：所述方法能够提高幕墙的整体坚固性，避免无效优化，节省建筑材料的同时还能形成高封闭性，提高幕墙的抗风抗震能力，保证幕墙在日常使用过程或面对极端恶劣天气的情况下都能够有效保护建筑物，充分提高幕墙的抗形变能力。

附图说明

通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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，在附图中：

图1所示为一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法的流程图；

图2所示为一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统的系统结构图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

如图1所示为根据本发明的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法的流程图，下面结合图1来阐述根据本发明的实施方式的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法。

本公开提出一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，所述方法包括以下步骤：

S100，获取建筑物的三维模型，将建筑物的三维模型加载于BIM建模软件；

S200，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型；

S300，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型；

S400，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据；

S500，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置。

进一步地，步骤S100中，获取建筑物的三维模型的方法具体为：通过三维激光扫描仪对建筑物进行扫描，得到建筑物的建筑结构的点云数据，将建筑物的建筑结构的点云数据输入到建筑建模软件中，按照建模规范对建筑物进行建模，得到建筑物的三维模型，所述建筑建模软件为SkecthUp，Rhino，Maya，3DsMax，Revit中的一种；或者，将建筑物的二维图纸导入至BIM软件Revit中，按照建模规范建立建筑物的三维模型；其中，建筑物的三维模型中至少包含建筑物的建筑材料的材质、规格、尺寸信息。

进一步地，步骤S100中所述BIM建模软件为Revit、OBD、Navisworks、Navigator、MicroStion、Infraworks、civil3D中的其中一种。

进一步地，步骤S200中，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型的方法具体为：在BIM建模软件中的面幕墙系统中，通过拾取建筑物的三维模型中的体量面（体量实例上的表面，可用于创建建筑图元），选择所有体量面生成幕墙的三维模型。

进一步地，步骤S300中，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型的方法具体为：通过BIM建模软件中的建筑菜单中的幕墙网格命令对幕墙的三维模型进行网格划分，得到幕墙网格化模型；或者，通过Catmull-Clark网格细分算法、Unity动态网格简化算法、abaqus软件中的网格划分方法对幕墙的三维模型进行网格划分，得到幕墙网格化模型。

进一步地，步骤S400中，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据的方法具体为：将幕墙网格化模型导入至有限元分析软件ANSYS中（由于步骤S200中已经通过选择体量面生成幕墙三维模型，所以该步骤中不需要再对模型进行处理、简化、平滑操作），在有限元分析软件ANSYS中为幕墙网格化模型添加单元信息、材料信息、载荷信息、边界条件，将有限元分析软件ANSYS中的分析计算模块中的结构静力分析（结构静力分析模块可用于求解外载荷引起的位移、应力和应变）应用于幕墙网格化模型，通过有限元分析软件ANSYS中的后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26输出幕墙网格化模型中每个网格在每个时间间隔T（即后处理模块中的子步进T）内的平均应力大小，所述平均应力大小即时间间隔内所有以每秒为单位的瞬时应力的平均值，其中，载荷信息设置为30-50米/秒的风速载荷，时间间隔T设置为[5,10]秒；记N为幕墙网格化模型中所有网格的数量，记Pre(M_i,T_i)为第M_i个网格在T_i内的平均应力大小（M_i与N个网格一一对应），其中，T_i=[(i-1)*T, i*T]，i=1,2,…,N；以Pre(M_i,T_i)作为各个网格的多组压力数组输出。

本步骤的有益效果为：通过将幕墙转化为三维模型，利用有限元分析计算，通过模拟幕墙在真实环境下的受力数据，找出幕墙设计过程的缺陷。

进一步地，步骤S500中，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置的方法具体为：

依次记第M_i个网格在第T₁至第T_N个时间段内所有平均应力大小的总和为应力和 SPre_i，即

，i=1,2,…,N；在所有网格中，记应力和最大的网 格为源网格M_p，p∈[1,N]，将源网格M_p在各个时间段内的平均应力大小记为TPre_i，TPre_i= Pre(M_p,T_i)，Pre(M_p,T_i)为第M_p个网格在第T_i个时间段内的平均应力大小，i=1,2,…,N；以数 组List[TPre]储存TPre₁,TPre₂,…, TPre_N，对数组List[TPre]执行数组去重得到数组Ded， 记Ded_j为数组Ded中的第j个元素，K为数组Ded中所有元素的数量，依次记Ded_j在数组List [TPre]中的频数为Que_j，以Que₁,Que₂,…,Que_N生成数组Que，Que_j为数组Que的第j个元素，j= 1,2,…,K；将所有SPre_i组成集合SPre，SPre={SPre₁,SPre₂,…, SPre_N}，记集合SPre中元素 值最大的元素为MaxSP，记集合SPre中元素值最小的元素为MinSP，将数组Que中的每个元素 除以ME得到新的数组Que，其中ME=(MaxSP/MinSP)，记数组List[TPre]中元素值最大的元素 为MaxTP；通过下式计算每个网格的耐压转移值TRA_i：

；

式中，TRA_i表示第M_i个网格的耐压转移值，Min(Ded)表示数组Ded中值最小的元素，Max(Que)表示数组Que中值最大的元素，i=1,2,…,N；

将耐压转移值低于MaxSP且处于边缘的网格标记为高脆弱网格，将耐压转移值低于MaxSP且不处于边缘的网格标记为低脆弱网格，将高脆弱网格和低脆弱网格的位置记为异常位置；其中，判断网格是否处于边缘的方法为：记幕墙网格化模型中每个体量面之间彼此相交而形成的线为体量线，标记与体量线存在交点的网格为处于边缘的网格，标记与体量线不存在交点的网格为不处于边缘的网格。

本步骤的有益效果为：由于幕墙在真实环境中会受到外力作用从而发生形变，当形变过大时会出现不可逆现象，导致幕墙损坏，造成严重损失，在实际的极端天气中，随着风速的持续增加，幕墙受到的压力将会在短时间持续缓慢增大，而在间断性的外力作用下，幕墙的受力可以看作在极短时间内由于瞬时形变产生的瞬时应力，因此，通过对幕墙进行网格划分并以网格的瞬时应力的平均值作为网格在步进T内的平均应力，在持续的风速条件下计算网格的耐压转移值，耐压转移值能够反映出模型中网格所在位置的抗形变能力，由于不同网格在幕墙中所在的相对位置不同，导致局部抗形变能力不同，同时处于耐压转移值较高的网格周围的网格往往也具有较强的抗形变能力，而处于边缘的网格由于位置关键，通常作为幕墙的主支撑点或次支撑点，所以这部分耐压转移值较低的网格所处的位置需要进行加固处理，防止在极端天气或极强外力作用下发生严重损坏。

由于幕墙作为一个整体，处于幕墙内部的一些网格的局部抗形变能力较差，影响幕墙整体的抗风抗震能力，为解决该问题，同时节省建筑材料，本发明提供了一个更优先的确定幕墙网格化模型中的异常位置的方法如下：

优选地，记ATRA为幕墙网格化模型中所有网格的耐压转移值的平均值，将所有耐压转移值低于ATRA/2的网格记为半失衡网格，记所有半失衡网格中应力和最大的网格为检验网格，记检验网格的几何中心和平衡网格的几何中心之间在二维坐标系中的绝对距离为R，平衡网格是指几何中心与检验网格的几何中心之间在二维坐标系中的绝对距离最小的半失衡网格（即半失衡网格的几何中心和检验网格的几何中心的绝对距离在二维坐标系中最小）；创建P个失衡区域，P为所有半失衡网格的数量，计算每个失衡区域的解体率，将解体率低于平均解体率的失衡区域内的网格标记为易波动网格，将易波动网格和高脆弱网格的位置记为异常位置；

其中，平均解体率是指所有失衡区域的解体率的平均值；

失衡区域的创建方法为：记Imb_t为第t个半失衡网格，t=1,2,…,P；遍历t于t的取值范围，在幕墙网格化模型中，以Imb_t为中心，将几何中心与Imb_t的几何中心之间在二维坐标系中的绝对距离小于R的所有网格组成第t个失衡区域（即失衡区域的几何中心和Imb_t的几何中心的绝对距离在二维坐标系中小于R），从而得到P个失衡区域；

失衡区域的解体率的计算方法为：

，其中，

为第t个 失衡区域的解体率，

为解体系数，

，s1表示失衡区域中所有网格的应力和的最 小值，s2表示失衡区域中所有网格的应力和的总和，Y_a表示失衡区域中所有网格的耐压转 移值的方差，Y_b表示失衡区域中所有网格的耐压转移值的最大值减去失衡区域中所有网格 的耐压转移值的最小值。

本步骤的有益效果为：幕墙的加固部位一般包括边缘位置和核心位置两部分，如何定位出在幕墙中能够起到加固作用的真正核心位置成为增强幕墙牢固性和节省加固材料的关键，本步骤通过计算幕墙模型中的失衡区域，利用解体系数平衡所有网格的耐压转移值的权重，使得失衡区域的解体率更精确，从而利用失衡区域的解体率指示出幕墙中需要加固的核心位置，避免无谓加固的同时达到使幕墙整体加固的目的，在幕墙安装前有效地对局部位置进行针对性优化，避免严重灾害出现时导致不可挽回的损失。

进一步地，步骤S500中，还包括，对异常位置进行抗高压处理，具体方法为：通过外包钢加固法对异常位置进行加固以达到外加预应力的目的，实现异常位置的局部抗高压处理，根据处理后的幕墙网格化模型进行安装。

所述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法实施例中的步骤，所述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、移动电话、手提电话、平板电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中，可运行的系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器、服务器集群。

本公开的实施例提供的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统，如图2所示，该实施例的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统包括：处理器、存储器及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法实施例中的步骤，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下系统的单元中：

模型处理单元，用于获取建筑物的三维模型，将建筑物的三维模型加载于BIM建模软件；

模型构建单元，用于在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型；

网格划分单元，用于对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型；

数据产生单元，用于将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据；

数据计算单元，用于根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置。

所述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统可以运行于桌上型计算机、笔记本电脑、掌上电脑及云端数据中心等计算设备中。所述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法及系统的示例，并不构成对一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法及系统的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立元器件门电路或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种基于BIM的幕墙高封闭性安装系统的各个分区域。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法及系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card ,SMC)，安全数字(Secure Digital ,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本发明提供了一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，本发明提供了一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，获取建筑物的三维模型，将建筑物的三维模型加载于BIM建模软件，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置。所述方法能够提高幕墙的整体坚固性，避免无效优化，节省建筑材料的同时还能形成高封闭性，提高幕墙的抗风抗震能力，保证幕墙在日常使用过程或面对极端恶劣天气的情况下都能够有效保护建筑物，充分提高幕墙的抗形变能力。尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。

Claims (8)

1.一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100，获取建筑物的三维模型，将建筑物的三维模型加载于BIM建模软件；

S200，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型；

S300，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型；

S400，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据；

S500，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，其特征在于，步骤S100中，获取建筑物的三维模型的方法具体为：通过三维激光扫描仪对建筑物进行扫描，得到建筑物的建筑结构的点云数据，将建筑物的建筑结构的点云数据输入到建筑建模软件中，按照建模规范对建筑物进行建模，得到建筑物的三维模型，所述建筑建模软件为SkecthUp，Rhino，Maya，3DsMax，Revit中的一种；或者，将建筑物的二维图纸导入至BIM软件Revit中，按照建模规范建立建筑物的三维模型；其中，建筑物的三维模型中至少包含建筑物的建筑材料的材质、规格、尺寸信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，其特征在于，步骤S100中所述BIM建模软件为Revit、OBD、Navisworks、Navigator、MicroStion、Infraworks、civil3D中的其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，其特征在于，步骤S200中，在BIM建模软件中，根据建筑物的三维模型构建幕墙的三维模型的方法具体为：在BIM建模软件中的面幕墙系统中，拾取建筑物的三维模型中的体量面，选择所有体量面生成幕墙的三维模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，其特征在于，步骤S300中，对幕墙的三维模型进行网格划分得到幕墙网格化模型的方法具体为：通过BIM建模软件中的建筑菜单中的幕墙网格命令对幕墙的三维模型进行网格划分，得到幕墙网格化模型；或者，通过Catmull-Clark网格细分算法、Unity动态网格简化算法、abaqus软件中的网格划分方法对幕墙的三维模型进行网格划分，得到幕墙网格化模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，其特征在于，步骤S400中，将幕墙网格化模型进行有限元分析，得到各个网格的多组压力数据的方法具体为：将幕墙网格化模型导入至有限元分析软件ANSYS中，在有限元分析软件ANSYS中为幕墙网格化模型添加单元信息、材料信息、载荷信息、边界条件，将有限元分析软件ANSYS中的分析计算模块中的结构静力分析应用于幕墙网格化模型，通过有限元分析软件ANSYS中的后处理模块POST1和时间历程后处理模块POST26输出幕墙网格化模型中每个网格在每个时间间隔T内的平均应力大小，所述平均应力大小即时间间隔内所有以每秒为单位的瞬时应力的平均值，其中，载荷信息设置为30-50米/秒的风速载荷，时间间隔T设置为[5,10]秒；记N为幕墙网格化模型中所有网格的数量，记Pre(M_i,T_i)为第M_i个网格在T_i内的平均应力大小，其中，T_i=[(i-1)*T, i*T]， i=1,2,…,N；以Pre(M_i,T_i)作为各个网格的多组压力数组输出。

7.根据权利要求6所述的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，其特征在于，步骤S500中，根据各个网格的多组压力数据计算网格的耐压转移值，利用耐压转移值确定幕墙网格化模型中的异常位置的方法具体为：

依次记第M_i个网格在时间段T₁至T_N内所有平均应力大小的总和为应力和SPre_i，即

，i=1,2,…,N；在所有网格中，记应力和最大的网格为源网格 M_p，p∈[1,N]，将源网格M_p在各个时间段内的平均应力大小记为TPre_i，即TPre_i=Pre(M_p,T_i)， Pre(M_p,T_i)为第M_p个网格在时间段T_i内的平均应力大小，i=1,2,…,N；以数组List[TPre]储 存TPre₁,TPre₂,…, TPre_N，对数组List[TPre]执行数组去重得到数组Ded，记Ded_j为数组 Ded中的第j个元素，K为数组Ded中所有元素的数量，依次记Ded_j在数组List[TPre]中的频 数为Que_j，以Que₁,Que₂,…,Que_N生成数组Que，Que_j为数组Que的第j个元素，j=1,2,…,K；将 所有SPre_i组成集合SPre，SPre={SPre₁,SPre₂,…, SPre_N}，记集合SPre中元素值最大的元 素为MaxSP，记集合SPre中元素值最小的元素为MinSP，将数组Que中的每个元素除以ME得到 新的数组Que，其中ME=(MaxSP/MinSP)，记数组List[TPre]中元素值最大的元素为MaxTP；通 过下式计算每个网格的耐压转移值TRA_i：

；

式中，TRA_i表示第M_i个网格的耐压转移值，Min(Ded)表示数组Ded中值最小的元素，Max(Que)表示数组Que中值最大的元素，i=1,2,…,N；

将耐压转移值低于MaxSP且处于边缘的网格标记为高脆弱网格，将耐压转移值低于MaxSP且不处于边缘的网格标记为低脆弱网格，将高脆弱网格和低脆弱网格的位置记为异常位置；其中，判断网格是否处于边缘的方法为：记幕墙网格化模型中每个体量面之间彼此相交而形成的线为体量线，标记与体量线存在交点的网格为处于边缘的网格，标记与体量线不存在交点的网格为不处于边缘的网格。

8.根据权利要求7所述的一种基于BIM的幕墙高封闭性安装方法，其特征在于，步骤S500中，还包括，对异常位置进行抗高压处理，具体方法为：通过外包钢加固法对异常位置进行加固以达到外加预应力的目的，实现异常位置的局部抗高压处理，根据处理后的幕墙网格化模型进行安装。

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