CN116842617A - 一种异形钢结构屋面模型设计构建方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形钢结构屋面模型设计构建方法及系统，包括：获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图和多个定位点的三维坐标值；将结构线型骨架图和所有定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，连接定位点以形成若干个节间线段；利用多个构件生成程序，根据所有节间线段生成第一异形钢结构屋面三维模型；利用分析程序，分析第一异形钢结构屋面三维模型，并根据分析结果优化第一异形钢结构屋面三维模型的各构件的参数。本发明在Grasshopper环境下，实现异形钢结构屋面三维模型的参数化设计与优化，而无需将模型导入其他建模、分析软件，提升设计效率和精度。

Description

一种异形钢结构屋面模型设计构建方法及系统

技术领域

本发明涉及异形钢结构模型构建领域，尤其涉及一种异形钢结构屋面模型设计构建方法及系统。

背景技术

对于异形钢结构屋面这种结构复杂多样且不规则的大型建筑物，其结构模型的设计手段落后，基本上停留在经验设计、参数静态仿真设计的阶段，其设计效率较低，并且设计精度得不到保障。现有技术中，通常还会采用AutoCAD绘图技术进行大型建筑物项目设计，然而，传统的AutoCAD绘图技术存在幅面信息表现力不足、设计效率与质量低、各专业协同难以及缺乏设计要素联动性等缺点，需要投入大量人力、时间成本进行重复修改设计错误。特别是在后期项目设计出现变更时，每一次修改均需要重新核对图纸，在缺乏联动性的情况下，许多地方往往无法进行正确修改，造成施工阶段的返工率高、施工成本增加等问题。

发明内容

本发明提供了一种异形钢结构屋面模型设计构建方法及系统，在Grasshopper环境下，实现构件的定位、生成与组合并基于各个分析程序的实时分析结果进行模型结构优化，提升整体的设计效率和设计精度。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种异形钢结构屋面模型设计构建方法，包括：

获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图，并对所述结构线型骨架图进行分析计算，得到对应的多个定位点的三维坐标值；

将所述结构线型骨架图和所有所述定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照所述结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，对所有所述定位点进行连接，形成若干个节间线段；

利用多个构件生成程序，根据所有所述节间线段，定位各个构件的位置并生成各所述构件的拉伸路径，并基于所有所述构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型；

利用若干个分析程序，对所述第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数，得到第二异形钢结构屋面三维模型；

其中，所述构件生成程序和所述分析程序都是基于Grasshopper预先编写得到的。

实施本发明实施例，在Grasshopper环境下，根据待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图、以及结构线型骨架图中多个定位点的三维坐标值，确定各个定位点之间的连接关系，形成若干个节间线段，并根据所有节间线段，定位各个构件的位置并生成各个构件的拉伸路径，以便基于所有构件的位置和拉伸路径，组合得到由多个构件关联构成的第一异形钢结构屋面三维模型，然后利用若干个分析程序，对第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数，以关联地变更第一异形钢结构屋面三维模型的结构，从而得到第二异形钢结构屋面三维模型，使得第一异形钢结构屋面三维模型的结构变更能够参数化地传播到所有视图，保证所有建筑图纸的一致性，而无需一一对所有视图进行修改，并且由于上述技术手段均是在Grasshopper环境下实现的，无需将模型导入其他建模、分析软件，避免了将模型导入其他建模、分析软件的时间、各计算参数二次调整的时间，从而提升整体的设计效率和工作质量。此外，根据各个分析程序的实时分析结果进行模型结构优化，为用户提供更为贴合应用需求的异形钢结构屋面三维模型结构图，从而节约建筑材料盈余。

作为优选方案，所述利用若干个分析程序，对所述第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数，得到第二异形钢结构屋面三维模型，具体为：

将所述第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到对应的环境分析结果和结构受力分析结果；

根据所述环境分析结果和所述结构受力分析结果，对所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数进行迭代调整，每次迭代调整时根据当前的环境分析结果和结构受力分析结果调整当前的第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数，并将调整后的第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到调整后的第一异形钢结构屋面三维模型对应的环境分析结果和结构受力分析结果，直至当前的环境分析结果和结构受力分析结果满足预设的精度范围，并将当前的第一异形钢结构屋面三维模型作为所述第二异形钢结构屋面三维模型。

实施本发明实施例的优选方案，利用基于Grasshopper预先编写的风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，对接入的第一异形钢结构屋面三维模型进行环境分析和结构受力分析，并根据当前的环境分析结果和结构受力分析结果，对当前的第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数进行迭代调整，以逐步优化第一异形钢结构屋面三维模型的结构，最终得到满足预设精度要求的第二异形钢结构屋面三维模型。

作为优选方案，所述利用多个构件生成程序，根据所有所述节间线段，定位各个构件的位置并生成各所述构件的拉伸路径，并基于所有所述构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型，具体为：

根据各所述节间线段对应的截面尺寸，对各所述节间线段进行分类，以将各所述节间线段归属到对应的图层；其中，一个所述节间线段对应一种截面尺寸，所述截面尺寸与所述图层一一对应；

利用各所述构件生成程序，调用对应的所述图层中的所有所述节间线段，并根据调用的所有所述节间线段，定位各所述构件的位置并生成各所述构件的拉伸路径，并基于所有所述构件的位置和拉伸路径，组合得到所述第一异形钢结构屋面三维模型；其中，所述构件生成程序与所述图层一一对应，所述图层与所述构件一一对应。

实施本发明实施例的优选方案，针对每一种截面尺寸，设置一个图层，并按照各个节间线段的截面尺寸，对各个节间线段进行分类，以将各个节间线段归属到对应的图层中，然后利用构件生成程序，调用对应的图层中的所有节间线段，接着根据所调用的所有节间线段，定位各个构件的位置并生成各个构件的拉伸路径，并基于所有构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型，从而建立模型与构件参数的关联性，以便后续通过调整构件参数优化模型，同时更新模型的多个视图。

作为优选方案，所述获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图，并对所述结构线型骨架图进行分析计算，得到对应的多个定位点的三维坐标值，具体为：

根据待处理的所述三维建筑效果图，绘制出对应的所述结构线型骨架图；

获取所述结构线型骨架图对应的多个所述定位点和各所述定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，并建立绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵；

按照预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，结合各所述定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值、以及绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，分析计算得到各所述定位点的三维坐标值。

实施本发明实施例的优选方案，根据待处理的三维建筑效果图，绘制出对应的结构线型骨架图，直观地呈现三维建筑效果图中的点线结构，从而能够快速且准确地获取结构线型骨架图对应的多个定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，然后按照预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，结合绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵、以及各个定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，计算得到各个定位点的三维坐标值。

作为优选方案，所述预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，具体为：

式中，B′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值，x′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的横坐标，y′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的纵坐标，z′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的竖坐标，B表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，M表示绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，x表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的横坐标，y表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的纵坐标，z表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的竖坐标，δx、δy和δz表示绝对坐标系原点与场地基点的相对平移量。

实施本发明实施例的优选方案，基于绝对坐标系原点与场地基点的相对平移量，建立绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，并利用绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵、以及各个定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，将各个定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值转换为在相对坐标系下的三维坐标值，以便将各个定位点的三维坐标值导入基于Rhino运行的Grasshopper，从而在Rhino界面直观地显示所有定位点。

作为优选方案，所述将所述结构线型骨架图和所有所述定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照所述结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，对所有所述定位点进行连接，形成若干个节间线段，具体为：

将所述结构线型骨架图和所有所述定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并控制移动所述结构线型骨架图，直至所述结构线型骨架图中的各所述节点与任意一个所述定位点重合；

按照所述结构线型骨架图中所有所述节点之间的连接关系，对所有所述定位点进行连接，形成若干个节间线段；

其中，所述节点为所述结构线型骨架图中的线与线之间的交叉点。

实施本发明实施例的优选方案，在分别将结构线型骨架图和所有定位点的三维坐标值导入Grasshopper之后，将结构线型骨架图移动至其各个节点均与任意一个定位点重合，使得定位点能够与结构线型骨架图的节点的位置一一对应，然后按照结构线型骨架图中所有节点之间的连接关系，对所有定位点进行连接，形成若干个节间线段，初步绘制出结构线型骨架图的草图。

为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种异形钢结构屋面模型设计构建系统，包括：

数据获取模块，用于获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图，并对所述结构线型骨架图进行分析计算，得到对应的多个定位点的三维坐标值；

模型生成模块，用于将所述结构线型骨架图和所有所述定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照所述结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，对所有所述定位点进行连接，形成若干个节间线段；利用多个构件生成程序，根据所有所述节间线段，定位各个构件的位置并生成各所述构件的拉伸路径，并基于所有所述构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型；其中，所述构件生成程序是基于Grasshopper预先编写得到的；

结构优化模块，用于利用若干个分析程序，对所述第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数，得到第二异形钢结构屋面三维模型；其中，所述分析程序是基于Grasshopper预先编写得到的。

作为优选方案，所述结构优化模块，具体包括：

分析单元，用于将所述第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到对应的环境分析结果和结构受力分析结果；

迭代优化单元，用于根据所述环境分析结果和所述结构受力分析结果，对所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数进行迭代调整，每次迭代调整时根据当前的环境分析结果和结构受力分析结果调整当前的第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数，并将调整后的第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到调整后的第一异形钢结构屋面三维模型对应的环境分析结果和结构受力分析结果，直至当前的环境分析结果和结构受力分析结果满足预设的精度范围，并将当前的第一异形钢结构屋面三维模型作为所述第二异形钢结构屋面三维模型。

作为优选方案，所述数据获取模块，具体包括：

绘制单元，用于根据待处理的所述三维建筑效果图，绘制出对应的所述结构线型骨架图；

获取单元，用于获取所述结构线型骨架图对应的多个所述定位点和各所述定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值；

建立单元，用于建立绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵；

分析计算单元，用于按照预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，结合各所述定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值、以及绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，分析计算得到各所述定位点的三维坐标值。

作为优选方案，所述预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，具体为：

式中，B′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值，x′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的横坐标，y′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的纵坐标，z′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的竖坐标，B表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，M表示绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，x表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的横坐标，y表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的纵坐标，z表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的竖坐标，δx、δy和δz表示绝对坐标系原点与场地基点的相对平移量。

附图说明

图1：为本发明实施例一提供的一种异形钢结构屋面模型设计构建方法的流程示意图；

图2：为本发明实施例一提供的一种异形钢结构屋面模型设计构建系统的结构示意图。

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作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。

实施例一:

请参照图1，为本发明实施例提供的一种异形钢结构屋面模型设计构建方法，该方法包括步骤S1至步骤S4，各步骤具体如下：

步骤S1，获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图，并对结构线型骨架图进行分析计算，得到对应的多个定位点的三维坐标值。

作为优选方案，步骤S1包括步骤S11至步骤S13，各步骤具体如下：

步骤S11，根据待处理的三维建筑效果图，绘制出包含结构线型骨架的三维建筑效果图，作为异形钢结构屋面的结构线型骨架图(草图)。

步骤S12，获取结构线型骨架图对应的多个定位点和各个定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，并建立绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵。

在本实施例中，将结构线型骨架图导入AutoCAD软件，利用AutoCAD软件绘制出结构线型骨架图中线与线的交叉点，并将结构线型骨架图中的所有交叉点，作为结构线型骨架图对应的多个定位点。然后，在绝对坐标系下，输入LI命令计算各个定位点的绝对坐标值。接着，建立绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵。

步骤S13，按照预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，结合各个定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值、以及绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，分析计算得到各个定位点的三维坐标值。

作为优选方案，步骤S13中预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，具体为：

式中，B′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值，x′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的横坐标，y′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的纵坐标，z′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的竖坐标，B表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，M表示绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，x表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的横坐标，y表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的纵坐标，z表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的竖坐标，δx、δy和δz表示绝对坐标系原点(0,0,0)与场地基点的相对平移量。

步骤S2，将结构线型骨架图和所有定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，对所有定位点进行连接，形成若干个节间线段。

需要说明的是，在执行步骤S2之前，需要将所有定位点的三维坐标值整理为Excel文件，然后借助Grasshopper的panel电池，将Excel文件导入基于Rhino平台运行的Grasshopper，实现将所有定位点的三维坐标值导入Grasshopper，以在Rhino界面上显示各个定位点。

作为优选方案，步骤S2包括步骤S21至步骤S22，各步骤具体如下：

步骤S21，将结构线型骨架图和所有定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并控制移动结构线型骨架图，直至结构线型骨架图中的各个节点与Rhino界面中显示的任意一个定位点重合，使得定位点能够与结构线型骨架图的节点的位置一一对应；其中，节点为结构线型骨架图中的线与线之间的交叉点。

步骤S22，按照结构线型骨架图中所有节点之间的连接关系，对所有定位点进行连接，形成若干个节间线段。

步骤S3，利用多个构件生成程序，根据所有节间线段，定位各个构件的位置并生成各构件的拉伸路径，并基于所有构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型。

其中，构件生成程序是基于Grasshopper预先编写得到的。

作为优选方案，步骤S3包括步骤S31至步骤S32，各步骤具体如下：

步骤S31，根据各个节间线段对应的截面尺寸，对各个节间线段进行分类，以将各个节间线段归属到对应的图层；其中，一个节间线段对应一种截面尺寸，截面尺寸与图层一一对应。

步骤S32，利用各个构件生成程序，调用对应的图层中的所有节间线段，并根据调用的所有节间线段，定位各个构件的位置并生成各个构件的拉伸路径，并基于所有构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型；其中，构件生成程序与图层一一对应，图层与构件一一对应。

在本实施例中，构件生成程序的种类，包括但不限于薄壁圆管截面构件生成程序和H型钢截面构件生成程序。比如，一个薄壁圆管截面构件生成程序，用于调用一种截面尺寸对应的图层中的所有节间线段，并根据调用的所有节间线段，定位薄壁圆管的位置并生成薄壁圆管的拉伸路径。

步骤S4，利用若干个分析程序，对第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化第一异形钢结构屋面三维模型的各构件的参数，得到第二异形钢结构屋面三维模型，实现基于三维建筑效果图的参数化设计。其中，分析程序是基于Grasshopper预先编写得到的。

需要说明的是，参数化设计是一种利用若干参数来描述几何形体、空间、表皮和结构，并且通过若干参数控制来满足设计要求的方法。近年来，随着BI M技术在国内不断发展，参数化设计技术成为BI M技术领域不可或缺的一部分。通过参数化设计实现模型信息的集成性、联动性、协调性，将各设计要素进行关联，提升BI M模型生成和修改速度，大幅提高设计效率，在建筑设计领域发挥着极为重要的作用。

作为优选方案，步骤S4包括步骤S41至步骤S42，各步骤具体如下：

步骤S41，将第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到对应的环境分析结果和结构受力分析结果。

步骤S42，根据环境分析结果和结构受力分析结果，对第一异形钢结构屋面三维模型的各构件的参数进行迭代调整，每次迭代调整时根据当前的环境分析结果和结构受力分析结果调整当前的第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数，并将调整后的第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到调整后的第一异形钢结构屋面三维模型对应的环境分析结果和结构受力分析结果，直至当前的环境分析结果和结构受力分析结果满足预设的精度范围，并将当前的第一异形钢结构屋面三维模型作为第二异形钢结构屋面三维模型。

需要说明的是，在执行步骤S4之后，由于Grasshopper文件存储小，所以将第二异形钢结构屋面三维模型、环境分析结果和结构受力分析结果以Grasshopper可视化程序方式存储、传递，可以节约第二异形钢结构屋面三维模型的存储空间。

请参照图2，为本发明实施例提供的一种异形钢结构屋面模型设计构建系统的结构示意图，该系统包括数据获取模块M1、模型生成模块M2和结构优化模块M3，各模块具体如下：

数据获取模块M1，用于获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图，并对结构线型骨架图进行分析计算，得到对应的多个定位点的三维坐标值；

模型生成模块M2，用于将结构线型骨架图和所有定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，对所有定位点进行连接，形成若干个节间线段；利用多个构件生成程序，根据所有节间线段，定位各个构件的位置并生成各构件的拉伸路径，并基于所有构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型；其中，构件生成程序是基于Grasshopper预先编写得到的；

结构优化模块M3，用于利用若干个分析程序，对第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化第一异形钢结构屋面三维模型的各构件的参数，得到第二异形钢结构屋面三维模型；其中，分析程序是基于Grasshopper预先编写得到的。

作为优选方案，结构优化模块M3，具体包括分析单元31和迭代优化单元32，各单元具体如下：

分析单元31，用于将第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到对应的环境分析结果和结构受力分析结果；

迭代优化单元32，用于根据环境分析结果和结构受力分析结果，对第一异形钢结构屋面三维模型的各构件的参数进行迭代调整，每次迭代调整时根据当前的环境分析结果和结构受力分析结果调整当前的第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数，并将调整后的第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到调整后的第一异形钢结构屋面三维模型对应的环境分析结果和结构受力分析结果，直至当前的环境分析结果和结构受力分析结果满足预设的精度范围，并将当前的第一异形钢结构屋面三维模型作为第二异形钢结构屋面三维模型。

作为优选方案，数据获取模块M1，具体包括绘制单元11、获取单元12、建立单元13和分析计算单元14，各单元具体如下：

绘制单元11，用于根据待处理的三维建筑效果图，绘制出对应的结构线型骨架图；

获取单元12，用于获取结构线型骨架图对应的多个定位点和各定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值；

建立单元13，用于建立绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵；

分析计算单元14，用于按照预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，结合各定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值、以及绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，分析计算得到各定位点的三维坐标值。

作为优选方案，分析计算单元14中预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，具体为：

式中，B′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值，x′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的横坐标，y′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的纵坐标，z′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的竖坐标，B表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，M表示绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，x表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的横坐标，y表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的纵坐标，z表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的竖坐标，δx、δy和δz表示绝对坐标系原点与场地基点的相对平移量。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：

本发明提供了一种异形钢结构屋面模型设计构建方法及系统，在Grasshopper环境下，根据待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图、以及结构线型骨架图中多个定位点的三维坐标值，确定各个定位点之间的连接关系，形成若干个节间线段，并根据所有节间线段，定位各个构件的位置并生成各个构件的拉伸路径，以便基于所有构件的位置和拉伸路径，组合得到由多个构件关联构成的第一异形钢结构屋面三维模型，然后利用若干个分析程序，对第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，最后根据分析结果，优化第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数，以关联地调整第一异形钢结构屋面三维模型的结构，从而得到第二异形钢结构屋面三维模型，使得第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的变更能够参数化地传播到所有视图，保证所有建筑图纸的一致性，而无需一一对所有视图进行修改，并且由于上述技术手段均是在Grasshopper环境下实现的，无需将模型导入其他建模、分析软件，避免了将模型导入其他建模、分析软件的时间、各计算参数二次调整的时间，从而提升整体的设计效率和工作质量。此外，根据各个分析程序的实时分析结果进行模型结构优化，为用户提供更为贴合应用需求的异形钢结构屋面三维模型结构图，从而节约建筑材料盈余。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异形钢结构屋面模型设计构建方法，其特征在于，包括：

获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图，并对所述结构线型骨架图进行分析计算，得到对应的多个定位点的三维坐标值；

将所述结构线型骨架图和所有所述定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照所述结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，对所有所述定位点进行连接，形成若干个节间线段；

利用多个构件生成程序，根据所有所述节间线段，定位各个构件的位置并生成各所述构件的拉伸路径，并基于所有所述构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型；

利用若干个分析程序，对所述第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数，得到第二异形钢结构屋面三维模型；

其中，所述构件生成程序和所述分析程序都是基于Grasshopper预先编写得到的。

2.如权利要求1所述的一种异形钢结构屋面模型设计构建方法，其特征在于，所述利用若干个分析程序，对所述第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数，得到第二异形钢结构屋面三维模型，具体为：

将所述第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到对应的环境分析结果和结构受力分析结果；

根据所述环境分析结果和所述结构受力分析结果，对所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数进行迭代调整，每次迭代调整时根据当前的环境分析结果和结构受力分析结果调整当前的第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数，并将调整后的第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到调整后的第一异形钢结构屋面三维模型对应的环境分析结果和结构受力分析结果，直至当前的环境分析结果和结构受力分析结果满足预设的精度范围，并将当前的第一异形钢结构屋面三维模型作为所述第二异形钢结构屋面三维模型。

3.如权利要求1所述的一种异形钢结构屋面模型设计构建方法，其特征在于，所述利用多个构件生成程序，根据所有所述节间线段，定位各个构件的位置并生成各所述构件的拉伸路径，并基于所有所述构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型，具体为：

根据各所述节间线段对应的截面尺寸，对各所述节间线段进行分类，以将各所述节间线段归属到对应的图层；其中，一个所述节间线段对应一种截面尺寸，所述截面尺寸与所述图层一一对应；

利用各所述构件生成程序，调用对应的所述图层中的所有所述节间线段，并根据调用的所有所述节间线段，定位各所述构件的位置并生成各所述构件的拉伸路径，并基于所有所述构件的位置和拉伸路径，组合得到所述第一异形钢结构屋面三维模型；其中，所述构件生成程序与所述图层一一对应，所述图层与所述构件一一对应。

4.如权利要求1所述的一种异形钢结构屋面模型设计构建方法，其特征在于，所述获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图，并对所述结构线型骨架图进行分析计算，得到对应的多个定位点的三维坐标值，具体为：

根据待处理的所述三维建筑效果图，绘制出对应的所述结构线型骨架图；

获取所述结构线型骨架图对应的多个所述定位点和各所述定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，并建立绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵；

按照预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，结合各所述定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值、以及绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，分析计算得到各所述定位点的三维坐标值。

5.如权利要求4所述的一种异形钢结构屋面模型设计构建方法，其特征在于，所述预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，具体为：

式中，B′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值，x′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的横坐标，y′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的纵坐标，z′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的竖坐标，B表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，M表示绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，x表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的横坐标，y表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的纵坐标，z表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的竖坐标，δx、δy和δz表示绝对坐标系原点与场地基点的相对平移量。

6.如权利要求1所述的一种异形钢结构屋面模型设计构建方法，其特征在于，所述将所述结构线型骨架图和所有所述定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照所述结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，对所有所述定位点进行连接，形成若干个节间线段，具体为：

将所述结构线型骨架图和所有所述定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并控制移动所述结构线型骨架图，直至所述结构线型骨架图中的各所述节点与任意一个所述定位点重合；

按照所述结构线型骨架图中所有所述节点之间的连接关系，对所有所述定位点进行连接，形成若干个节间线段；

其中，所述节点为所述结构线型骨架图中的线与线之间的交叉点。

7.一种异形钢结构屋面模型设计构建系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取待处理的三维建筑效果图对应的结构线型骨架图，并对所述结构线型骨架图进行分析计算，得到对应的多个定位点的三维坐标值；

模型生成模块，用于将所述结构线型骨架图和所有所述定位点的三维坐标值导入Grasshopper，并按照所述结构线型骨架图中节点与节点之间的连接关系，对所有所述定位点进行连接，形成若干个节间线段；利用多个构件生成程序，根据所有所述节间线段，定位各个构件的位置并生成各所述构件的拉伸路径，并基于所有所述构件的位置和拉伸路径，组合得到第一异形钢结构屋面三维模型；其中，所述构件生成程序是基于Grasshopper预先编写得到的；

结构优化模块，用于利用若干个分析程序，对所述第一异形钢结构屋面三维模型进行分析，并根据分析结果，优化所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数，得到第二异形钢结构屋面三维模型；其中，所述分析程序是基于Grasshopper预先编写得到的。

8.如权利要求7所述的一种异形钢结构屋面模型设计构建系统，其特征在于，所述结构优化模块，具体包括：

分析单元，用于将所述第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到对应的环境分析结果和结构受力分析结果；

迭代优化单元，用于根据所述环境分析结果和所述结构受力分析结果，对所述第一异形钢结构屋面三维模型的各所述构件的参数进行迭代调整，每次迭代调整时根据当前的环境分析结果和结构受力分析结果调整当前的第一异形钢结构屋面三维模型的各个构件的参数，并将调整后的第一异形钢结构屋面三维模型分别接入风环境分析程序、日照环境分析程序、热环境分析程序、光环境分析程序、噪声环境分析程序和结构受力分析程序，进行环境分析和结构受力分析，得到调整后的第一异形钢结构屋面三维模型对应的环境分析结果和结构受力分析结果，直至当前的环境分析结果和结构受力分析结果满足预设的精度范围，并将当前的第一异形钢结构屋面三维模型作为所述第二异形钢结构屋面三维模型。

9.如权利要求7所述的一种异形钢结构屋面模型设计构建系统，其特征在于，所述数据获取模块，具体包括：

绘制单元，用于根据待处理的所述三维建筑效果图，绘制出对应的所述结构线型骨架图；

获取单元，用于获取所述结构线型骨架图对应的多个所述定位点和各所述定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值；

建立单元，用于建立绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵；

分析计算单元，用于按照预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，结合各所述定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值、以及绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，分析计算得到各所述定位点的三维坐标值。

10.如权利要求9所述的一种异形钢结构屋面模型设计构建系统，其特征在于，所述预设的绝对坐标系与相对坐标系变换算法，具体为：

式中，B′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值，x′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的横坐标，y′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的纵坐标，z′表示定位点在相对坐标系下的三维坐标值中的竖坐标，B表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值，M表示绝对坐标系与相对坐标系的平移矩阵，x表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的横坐标，y表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的纵坐标，z表示定位点在绝对坐标系下的绝对坐标值中的竖坐标，δx、δy和δz表示绝对坐标系原点与场地基点的相对平移量。