CN117113493A - 一种施工平台设计方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种施工平台设计方法及系统，涉及桥梁施工领域，方法包括获取施工平台在三维地形模型上的位置及施工平台构造参数；根据所述位置及施工平台构造参数实时构建施工平台几何对象；根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量；根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图；根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。本发明能提高施工平台挖方方案设计的自动化程度。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁施工领域，特别是涉及一种施工平台设计方法及系统。
背景技术
在山区架设桥梁，因为技术要求或造价原因，常遇到峡谷沟壑地形上布置梁桥的情况，此时桥墩放置在陡峻山坡上的可能性非常大，为了便于施工，设计方或施工方通常会在墩底设置一块施工平台，有平台就会产生挖方及防护，就会提高施工成本。为了确保施工安全和成本可控，必须预先对施工平台的挖方方案进行设计。
施工平台开挖方案设计并未超出填挖方设计范畴，传统方法的缺陷主要有以下几点：涉及手工计算、草图绘制和图纸制作等过程，需要大量人力物力投入，效率低下；基于二维地形图进行经验估算，计算结果粗糙且与实际差距大；脱离现场数据指引，空间感受差，导致方案变更困难，近而降低施工质量。
施工平台开挖方案设计归根到几何上，核心是解决施工平台三维建模和不规则曲面求交问题，市面上有一些优秀产品可进行辅助设计，现代填挖方软件也有很多，包括但不限于AutodeskAutoCAD Civil 3D、BentleyMXROAD、Trimble Business Center、Site3D等。综合考虑施工平台的复杂程度以及主流软件的价格、适用性、数据处理和计算能力、技术支持等方面，可以看出现代填挖方设计软件有诸多不足，表现为：处理复杂地形的能力较弱、软件使用难度大，自动化设计程度低，十分容易导致填挖方工程量计算错误和设计出不切实际的设计方案等现象；软件专业针对性不足，模型的复用率差，难以与公路工程专业其他领域设计形成数据协同；以国外产品为主，技术支持和专业培训服务跟不上项目进度需求，且依赖高精度GIS数据，有的项目更是因为高精度GIS数据涉密而无法使用。
因此，需要一种能够实现提高自动化程度的施工平台开挖方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种施工平台设计方法及系统，以提高施工平台的设计及挖方的自动化程度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种施工平台设计方法，包括：
获取施工平台在三维地形模型上的位置及施工平台构造参数；
根据所述位置及施工平台构造参数实时构建施工平台几何对象；
根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量；
根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图；
根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。
本发明还提供一种施工平台设计系统，包括：
获取模块，用于获取施工平台在三维地形模型上的位置及施工平台构造参数；
构建模块，用于根据所述位置及施工平台构造参数实时构建施工平台几何对象；
计算模块，用于根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量；
提取和绘制模块，用于根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图；
创建模块，用于根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过获取施工平台在三维地形模型上的位置及施工平台构造参数；根据所述位置及施工平台实时构造参数构建施工平台几何对象；根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量；根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图；根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型，从而提高施工平台挖方方案设计的自动化程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1为施工平台设计系统框架图；
图2为施工平台设计系统实现流程图；
图3为施工平台构造参数输入接口；
图4为系统输出的施工平台挖方方案渲染前后的三维示意模型；
图5为挖方土体单元体积计算公式推导说明图；
图6为挖方工程量输出接口；
图7为系统输出到桥型图中的施工平台平面和纵断面示意图；
图8为本发明提供的施工平台设计方法流程图。
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做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。
本发明的目的是提供一种施工平台设计方法及系统，以提高施工平台的设计及挖方的自动化程度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图8所示，本发明提供的一种施工平台设计方法，包括：
步骤101：获取施工平台在三维地形模型上的位置及施工平台构造参数。
步骤102：根据所述位置及施工平台构造参数实时构建施工平台几何对象。
步骤102，具体包括：
根据所述位置和施工平台构建参数生成施工平台轮廓线；根据所述施工平台轮廓线进行三维地形裁剪，得到施工平台几何对象。
步骤103：根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量。
步骤103，具体包括：
根据所述施工平台几何对象按照护坡级数进行树形整理，得到施工平台挖方土体的实体化模型。
根据所述施工平台几何对象和所述实体化模型得到挖方工程量；所述挖方工程量包括挖方面积和挖方体积；所述挖方面积包括防护面积和占地面积，所述挖方面积是利用三角形面积公式计算得到的；所述挖方体积是利用棱柱体体积公式计算得到的。
步骤104：根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图。
步骤104，具体包括：
根据所述施工平台几何对象进行平面提取和断面提取，得到施工图数据；根据所述施工图数据进行数据库解析，得到二维的施工图。
步骤105：根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。
步骤105具体包括：
对所述施工平台几何对象进行开口线纹理创建、施工平台和地面纹理创建、着色以及三维渲染，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。
本发明的交互方式是“一键放置”，参数“即改即现”，也就是输入参数仅包括施工平台在GIS模型上的位置和施工平台本身的属性参数；不似其他软件需要从点、线、面开始建模，也不需要结合打断、删除等交互命令对模型进行“精修”，建模过程全部在后台自动完成，交互体验有质的提升。输出的内容具有实时性，且交付的数字成果除开挖后的三维效果和挖方工程量数据外，还能输出挖方施工示意图数据，市面上暂无同类型产品。
为填补公路工程桥梁设计信息化技术领域这一空白，降低用户使用BIM软件的学习成本，本发明提出施工平台设计方法应用于公路桥梁墩台处，用户只要在GIS上直接指定建模点位，利用属性表添加或修改施工平台参数属性，就可立刻看到施工平台构型，属性参数使用图3所示窗口，三维下方案显示效果如图4中的(b)所示，图4中的(b)为渲染后的挖方方案三维示意模型。
本模型的实现过程如下：
1、开发基础
所述施工平台设计系统三维技术涉及现代计算机图形学，基于开源三维引擎OpenSceneGraph(OSG)进行开发，开发语言为C++。第三方依赖商用库有上海同豪土木工程咨询有限公司自主研发的GIS显示平台及CAD绘图模块，这两个模块已应用于《方案设计师》、《公路工程设计BIM系统》、《桥梁BIM设计师》等由上海同豪土木工程咨询有限公司发行的商用软件及相关产品的定制软件中，可以用其他功能类似的开源或商用库进行替代。
2、施工平台设计系统基本架构
所述施工平台设计系统不是独立系统，是自主管理生成的数据和数据转化过程，通过开放的接口被其他系统调用，基本架构如图1所示。
根据图1，所述施工平台设计系统由施工平台构造设计单元、三维地形裁剪运算单元、三维显示渲染处理单元、工程量计算单元、施工图数据生成单元5个核心单元组成，实施过程中产生施工平台与地面求交后得到的挖方土体底面的OSG几何体对象、开口线OSG几何体对象两个核心中间结果。最终实现了桥梁墩台处施工平台的三维模型示意、工程量计算、施工图数据生成三大功能。
基本的数据处理流程可概括为：通过输入数据接口传入三维地形图数据，施工平台位置和方向角，施工平台类型、尺寸、坡率、护坡级数等属性参数，由施工平台构造设计单元和三维地形裁剪运算单元交替处理输入数据，逐级生成挖方土体底面的和开口线的OSG几何体对象。紧接着，根据用户使用场景不同，分别由三维显示渲染处理单元对中间结果进行处理，把最终挖方方案显示到三维视口中，由工程量计算单元计算挖方工程量进行计算，或由施工图数据生成单元对挖方土体底面进行处理，得到施工图数据，由第三方库生成CAD图元并输出到CAD软件或平台进行显示。
3、施工平台设计系统详细设计
整个模型工作流程如图2所示。
模块工作时，内部的具体实施步骤如下：
【步骤一】输入数据接口实现
本交互系统运行时需要准备三类数据：
(1)三维地形模型的OSG几何体对象
本发明通过第三方GIS平台库将数字高程、三维等高线、倾斜摄影等不同文件格式的GIS数据转化成OSG几何体对象，即图4中的(a)效果图中除施工平台以外的这种网格数据，其中图4中的(a)为网格模式下的挖方方案三维示意模型。
(2)施工平台在三维地形模型上的位置以及施工平台构造参数
在某桥梁设计BIM系统的三维可视化窗里，在三维地形模型上点选或利用属性表确定施工平台的位置。所实现的交互系统提供构造参数输入对话框，如图3所示。
图3中位置的确定是关联某桥梁BIM系统对墩台位置的识别实现的，即以某桥墩或桥台底部中心作为施工平台的建模中心，相关的含义隐含在图3的平台名称上，平台名称的表达为“[用户自定义施工平台名称]|[所属桥名]|[所属墩台号]”，假设墩号为6，意思是以6号墩台处，布孔线与地面线交点作为建模原点，该点处布孔线方向向量为施工平台局部x轴，垂直布空线切朝向道路设计线前进方向的向量为施工平台的局部y轴，局部z轴铅锤向上，本模块根据表达式从全桥BIM模型上获得建模中心和局部坐标系向全局坐标系的转化矩阵。该表达式也是将施工平台与路线、桥梁进行数据关联的纽带。
施工平台构造属性具体参看图3。其中施工平台样式除了图4效果图所示矩形倒角形式，还有八边形。
(3)三维显示纹理图片
根据显示效果需要，将png,jpg等常见图片格式的施工平台护坡纹理图片和碎落台纹理图片放置在配置文件目录下即可。通常系统预设好，不需要用户进行设置。
【步骤二】构建施工平台OSG几何对象
总的来说，该过程由施工平台构造设计单元和三维地形剪裁运算单元按护坡级数逐级交替完成OSG几何对象的生成。具体步骤如下：
(1)生成施工平台轮廓线：
①计算局部坐标系下采样点行列式
针对底平台轮廓线，构造方法是在局部系下根据尺寸和底面对称性先对第2象限轮廓线关键点进行采样，按照一定步长在关键点之间进行加密，接着沿局部y轴取对称得到第3象限点，再沿局部x轴取对称，得到第1和第4象限的点。以y轴正方向这一点作为轮廓线起点，逆时针顺序将采样点连起来形成底平台轮廓线；针对碎落台处的轮廓线，根据台阶高度和碎落台宽度，计算碎落台轮廓线各个点相对于底平台轮廓线采样点的中心缩放矩阵，采样点向量右乘缩放矩阵后得到碎落台处的采样点向量。循环此操作，直到
达到用户输入的高度，每一条轮廓线的采样点向量即组成所述采样点行列式。②采样点坐标转换到全局坐标系
将采样点行列式每个元素按照用户输入的旋转角绕局部z轴进行自旋转，再平移到用户输入的施工平台所在位置。提及的平移、旋转、缩放等操作均是线性代数里的基础方法，采用OSG::Matrix提供的矩阵运算实现，此处不展开说明。
上述步骤中提及的关键点取决于施工平台底平台的造型，如果选用了矩形倒角，关键点直边与倒角间的相切点，倒角圆弧断则均匀放置了5个关键点，如果采用了八边形，则每个八边形的每个顶点就是一个关键点。关键点间可按照需要进行加密采样。
(2)三维地形剪裁运算单元进行“几何开挖”
①对施工平台挖方土体底面进行预剪裁
轮廓线采样点向量生成算法每生成一个采样点向量就传入三维地形剪裁运算单元的几何挖方算法中；算法内遍历采样点向量上每一个元素，以元素表示的点为起点，向铅锤方向作一条射线，使用OSG提供的碰撞检查器，计算三维地形网格对象与该射线的交点，如果交点高程(z)值高于采样点高程，则该点位于地面以下，处于挖方段，需要显示，可见性行列式对应位置标记可见(1)，否则标记不可见(0)，完成遍历操作后将预剪裁后的采样点向量和可见性向量存入容器中。循环该过程，直到完成所有轮廓线的遍历或可见性向量全部元素不可见，终止存储。
②开口线采样点坐标修正
本实例使用的算法基本原理如下：网格上某顶点不可见，但是与该顶点相邻的另一个顶点可见，那么以该点为起点，相邻可见点为终点作一个线段，该线段必定与地面有至少一个交点。依据这一条性质，从上一步的所得结果容器中逐个取出组成施工平台底面的四边形面片，先判断四个顶点是否同时存在可见点和不可见点，如果同时存在，则以不可见点为起点，向其他可见的点作线段，分别与地面求交，求得的交点就是当前四边形面片与地面的真实交点，也就是开口线的轮廓线点。有时可能识别出多个交点，按照实际识别出的点数进行存储，并整理好顶点顺序，对应可见性行列式上的元素标记为2，方便后续步骤快速取出开口线的点。
此处涉及真实几何裁剪，由于需要识别开口线的面片顶点数量很少，可以直接使用一些第三方库提供的求交工具进行求解，常用的开源第三方库例如OpenCASCADE(OCC)、CGAL等，在GIS数据量不大的情况下，采用这些库同样可以保证比较高的计算效率。由于路桥上使用的GIS数据量都较大，为了提高用户在GIS基础上设计施工平台的交互体验，本发明实施时直接采用OSG实现了该步骤，以消除第三方库因调用太多次地面网格导致卡顿的现象。
(3)施工平台OSG几何对象组装
在算法层面上，由于(2)已将每一级护坡面或碎落台面的轮廓线与地面的交点都标记了出来，只需要将位于开口线内部，也就是将可见性行列式标记大于0的点集取出，代入第三方库的三角剖分函数中，即可构造一个坡面或一个碎落台台面的三角网对象；再利用OSG几何体对象的属性，多个面片又可拼凑出大的OSG几何体对象，逐级护坡循环取点集构造网格对象，最终形成裁剪后的挖方土体底面的OSG几何对象，效果如图4(a)中施工平台部分，该几何对象用树形数据结构进行存储，数据构出如表1示意。
表1施工平台OSG几何对象数据结构
本发明所实现的系统，使用了同豪土木工程咨询有限公司自主开发GIS库中的三角剖分函数，此外还有很多开源库可提供这类功能，例如trangle，CGAL等，不一一举例。该三角剖分函数的基本原理是对两条轮廓线围成的空间曲面的顶点顺序进行规划，离散出一系列不重叠的三角形。表1中所提及三角剖分后的顶点顺序数据就是描述曲面网格对象上每个不重叠的三角形的顶点连接顺序的，顶点顺序集合上每一个元素都是由三个顶点编号组成，且三个顶点的排列顺序要遵循右手螺旋法则，以确保每个三角面片法向正方向符合正面约定。
【步骤三】施工平台OSG几何对象向交互平台输出数据
按照图1，本系统共实现了三个应用场景，因此也就能输出三种形式的成果。
(1)工程量计算结果
①施工平台挖方土体“实体化”
步骤二已获得了施工土体底面的三角网格，并按照护坡级数整理成表1所示树形，次级面数据对应的每个树节点表示一级护坡或一级碎落台的空间曲面OSG几何对象。系统内部先树节点循环，再每个三角面片循环执行以下操作：以三角形顶点为基点，垂直向上作射线，使用OSG提供的碰撞检查器识别射线与地面OSG几何体对象的交点，交点和基点进行连线，这样就等同于把挖方土体地面的网格投射到了地面上，也就把挖方土体切分成了一个个小的拟三棱柱，这样可以用于挖方土体体积计算的挖方土体模型就“实体化”好了。
②工程量计算
步骤二(3)已获取了挖方土地地面网格和实体化模型，也就能知道每个顶点的坐标，如此就可以采用三角形面积公式计算护坡上的三角网格的面积，累加起来就是防护面积，三角形面积公式此处不展开说明。
如图5所示，土体单元是拟棱柱体，体积的计算方法模拟了流体，将土体视为不可压缩的流体，放入占地面积和土体单元相同的“试管”中，就可以采用棱柱体计算公式计算土体单元的体积，公式推导过程如图5。
h1＝z′1-z1；h2＝z′2-z2；h3＝z′3-z3
x1,x2,x3为土体单元底面三角形的三个顶点的x坐标；y1,y2,y3为土体单元底面三角形的三个顶点的y坐标；z1,z2,z3为土体单元底面三角形的三个顶点的z坐标；z′1,z′2,z′3为土体单元顶面三角形的三个顶点的z坐标；A′为土体单元的占地面积；h1,h2,h3为土体单元三条棱边的高，不允许出现负数；h′为与土体单元体积等价的三棱柱的高；V为土体单元的体积。
计算结果最终汇总显示在图6所示对话框中。
(2)挖方施工示意图
①施工图示意图信息表提取
从步骤二(3)所得挖方土体地面网格上提取数据组织到平面示意图信息表和断面示意图信息表中，由第三方CAD库去解析并绘制到CAD平台上。平面示意图信息表和断面示意图信息表样表如表2和表3所示：
表2平面示意图信息表样表
表3断面示意图信息表样表
从表1数据中提取出表2、表3数据用到平面投影算法和剖断面与轮廓线的碰撞检查。具体实施步骤分三步：
第一步，将表1所有子面数据投影到平面上，将每个子面的外轮廓线的平面坐标按顺序填到表2的坡顶线二维点集和坡底线二维点集中，相应的子面所属平台或边坡的文字标注也映射到边坡标注一列内。如此表2就提取完成了。
第二步，将道路设计线投影在第一步得到的平面图上，逐条轮廓线进行求交运算，此步骤使用OSG碰撞检查器实现。第一步所得平面投影来自表1，保留每条轮廓线所属边坡信息，因此可以查询到交点属于哪一级边坡，是边坡线还是平台线。
第三步，第二步所得交点的水平坐标就是表3中二维点集和平台线二维点集的水平坐标，平台高程加平台建模中心Z坐标值就是表3中二维点集和平台线二维点集的竖向坐标。
注意横桥向剖断图信息表的提取遵从第二步和第三步，不同的是进行碰撞检查的线是布孔线，而不是道路设计线，此处不重复说明。
②第三方CAD库数据解析
首先将表2、表3中的点集数据转成多段线图元，将标注转成文字图元，按照一个大致美观的规则设置标注位置，设置填充等操作，最后按照CAD可以读取的文件格式输出到CAD软件上，就能得到如图7所示的成果，其中，图7中的(a)为施工平台在桥型平面图中的示意图，图7中的(b)为施工平台在桥型纵断面图中的示意图。
(3)三维挖方方案模型
本发明设计所得施工平台最终显示到三维界面以前，需要采用OSG提供的纹理剪裁和贴图渲染技术进行三维效果处理。基本步骤遵从OpengGL的基本使用规则，最终的显示效果参见图4中的(b)。实现过程具体如下：①创建开口线纹理
从步骤二(2)存储采样点的容器中取出开口线点集，即步骤二(2)得到的可见性行列式标记了2的元素对应的点，并按右手螺旋顺序连成一条空间曲线，投影到平面上，求出曲线的包围框，以包围框为纹理图片的边，使用OSG提供的纹理创建器创建开口线纹理图片，该图片开口线内侧着红色(RGB:255,0,0)，外侧着黑色(RGB:0,0,0)，然后缓存到一个OSG::Image对象中；接着把该OSG::Image对象与地面模型进行绑定，并将包围框设置成纹理区域。
②创建施工平台和地面纹理
施工平台和地面的纹理图片均为预设图片，使用OSG提供的读入工具将图片缓存到OSG::Image对象中。
③创建着色器实现GIS模型上“开洞”效果
着色器是运行在GPU上的小程序，用于计算每个像素的颜色值。地面模型的颜色值取决于②传入的预设图片，是一条色带，不同高程着色带上不同高度处的颜色值。当着色器处理到①绑定的绘图区域时，先拾取开口线纹理对应位置的像素颜色值，如果是黑色，则按照②的色带纹理进行着色，如果是红色，则放弃着色，如此并行处理像素点，就能营造在地面模型上“开洞”的效果。
④使用OSG提供的内置着色器来渲染施工平台
分别将②读入的施工平台纹理对象绑定到施工平台底面的OSG几何对象上，设置好渲染状态，拉伸平铺纹理，OSG内置着色器就能按照②传入的施工平台的贴图拾取像素点的颜色值进行着色。
完成上述步骤后，OSG的渲染引擎就能将带有纹理的施工平台开挖后的场景图绘制到屏幕上了。
本发明还提供一种施工平台设计系统，包括：
获取模块，用于获取施工平台在三维地形模型上的位置及施工平台构造参数。
构建模块，用于根据所述位置及施工平台构造参数实时构建施工平台几何对象。
计算模块，用于根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量。
提取和绘制模块，用于根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图。
创建模块，用于根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。
作为一种可选地实施方式，构建模块具体包括：
施工平台构造设计单元，用于根据所述位置和施工平台构建参数生成施工平台轮廓线；三维地形裁剪运算单元，用于根据所述施工平台轮廓线进行三维地形裁剪，得到施工平台几何对象。具体为，生成所述施工平台挖方土体任意一级护坡土体碎落台平面或护坡坡面的轮廓线进行采样。施工平台构造设计单元仅根据用户所输高度动态创建这一高程处施工平台的坡面或碎落台平面的，以降低三维地形裁剪运算单元算法设计难度和单次循环的求解数量级。
作为一种可选地实施方式，计算模块具体包括：
树形整理单元，用于根据所述施工平台几何对象按照护坡级数进行树形整理，得到施工平台挖方土体的实体化模型。
工程量计算单元，用于根据所述施工平台几何对象和所述实体化模型得到挖方工程量；所述挖方工程量包括挖方面积和挖方体积；所述挖方面积包括防护面积和占地面积，所述挖方面积是利用三角形面积公式计算得到的；所述挖方体积是利用棱柱体体积公式计算得到的。
作为一种可选地实施方式，提取和绘制模块具体包括：
施工图数据生成单元，用于根据所述施工平台几何对象进行平面提取和断面提取，得到施工图数据；解析单元，用于根据所述施工图数据进行数据库解析，得到二维的施工图。
本发明包括：施工平台构造设计单元，三维地形裁剪运算单元，工程量计算单元，施工图数据生成单元，三维显示渲染处理单元。本发明已应用于某公路桥梁BIM设计系统，利用所述系统进行施工平台开挖方案设计仅需在GIS模型上点选施工平台位置，按需调整构造参数，就可立即在GIS模型上显示挖方三维效果，且后台实时计算挖方土体体积、防护面积、占地面积三个工程量，自动按照桥梁工程常用剖断位置输出施工图数据。本发明将施工平台开挖方案设计、出图、三维模型生成全过程进行了一体化封装，大大提高了施工平台开挖方案设计的效率和自动化程度，降低了用户在确定合理方案时的试错成本，设计体验有了质的提升。同时支持二维和三维的数字成果向施工单位交付，以数字孪生方式指导施工，确保施工质量。
本发明提供的方法和系统具有以下优势：
继承现代填挖方软件在三维可视化方面的优势
所述设计系统基于现代图形技术编程库开发，可以借助三维平台展示填挖方的空间结构和形态；利用了计算机技术和三维建模技术，可以快速、精确地计算挖方体积、确定坡度和设计防护措施等。这些功能可以帮助工程师更好地理解挖方的结构和特点，减少设计误差，提高设计效率。
极高的自动化程度和极强的专业针对性
所述设计系统高度抽象了施工平台开挖方案设计全过程，实现了“设计”、“成模”、“出图”一体化封装，用户对模型参数的修改“即改即现”，工程量后台实时计算。同时，模型还可以与CAD软件进行对接，直接生成施工图纸或者三维数字模型，具备与公路桥设计其他领域达成数据一致性和数据协作性的能力。
较强的数据处理能力
所述模块的三维地形裁剪运算单元专门针对墩台施工平台设计了GIS剪裁算法，以较低的运算数量级满足挖方土体开口线计算的工程精度，还保证了施工平台模块对复杂地形的适应能力；构造设计单元专门针对墩台施工平台三角网格进行了规划，降低了复杂土体体积计算的复杂程度和计算数量级，确保实时计算工程量得以实现；所述模块的裁剪运算单元采用了几何裁剪和GPU裁剪相结合的模式，提高计算效率的同时兼顾了模型显示时的渲染效果。最终实现的交互系统在设计施工平台挖方方案时可做到“即改即现”，确保交互过程中用户对模块后台数据处理是“无感”的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种施工平台设计方法，其特征在于，包括：
获取施工平台在三维地形模型上的位置及施工平台构造参数；
根据所述位置及施工平台构造参数实时构建施工平台几何对象；
根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量；
根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图；
根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。
2.根据权利要求1所述的施工平台设计方法，其特征在于，根据所述位置及施工平台构造参数实时构建施工平台几何对象，具体包括：
根据所述位置和施工平台构建参数生成施工平台轮廓线；
根据所述施工平台轮廓线进行三维地形裁剪，得到施工平台几何对象。
3.根据权利要求1所述的施工平台设计方法，其特征在于，根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量，具体包括：
根据所述施工平台几何对象按照护坡级数进行树形整理，得到施工平台挖方土体的实体化模型；
根据所述施工平台几何对象和所述实体化模型得到挖方工程量；所述挖方工程量包括挖方面积和挖方体积；所述挖方面积包括防护面积和占地面积，所述挖方面积是利用三角形面积公式计算得到的；所述挖方体积是利用棱柱体体积公式计算得到的。
4.根据权利要求1所述的施工平台设计方法，其特征在于，根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图，具体包括：
根据所述施工平台几何对象进行平面提取和断面提取，得到施工图数据；
根据所述施工图数据进行数据库解析，得到二维的施工图。
5.根据权利要求1所述的施工平台设计方法，其特征在于，根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型，具体包括：
对所述施工平台几何对象进行开口线纹理创建、施工平台和地面纹理创建、着色以及三维渲染，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。
6.一种施工平台设计系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取施工平台在三维地形模型上的位置及施工平台构造参数；
构建模块，用于根据所述位置及施工平台构造参数实时构建施工平台几何对象；
计算模块，用于根据所述施工平台几何对象进行工程量计算，得到挖方工程量；
提取和绘制模块，用于根据所述施工平台几何对象提取施工图数据并根据所述施工图数据绘制施工图；
创建模块，用于根据所述施工平台几何对象实时创建三维挖方方案，得到施工平台的挖方方案三维示意模型。
7.根据权利要求6所述的施工平台设计系统，其特征在于，构建模块具体包括：
施工平台构造设计单元，用于根据所述位置和施工平台构建参数生成施工平台轮廓线；
三维地形裁剪运算单元，用于根据所述施工平台轮廓线进行三维地形裁剪，得到施工平台几何对象。
8.根据权利要求6所述的施工平台设计系统，其特征在于，计算模块具体包括：
树形整理单元，用于根据所述施工平台几何对象按照护坡级数进行树形整理，得到施工平台挖方土体的实体化模型；
工程量计算单元，用于根据所述施工平台几何对象和所述实体化模型得到挖方工程量；所述挖方工程量包括挖方面积和挖方体积；所述挖方面积包括防护面积和占地面积，所述挖方面积是利用三角形面积公式计算得到的；所述挖方体积是利用棱柱体体积公式计算得到的。
9.根据权利要求6所述的施工平台设计系统，其特征在于，提取和绘制模块具体包括：
施工图数据生成单元，用于根据所述施工平台几何对象进行平面提取和断面提取，得到施工图数据；
解析单元，用于根据所述施工图数据进行数据库解析，得到二维的施工图。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311079417.7A CN117113493A (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 一种施工平台设计方法及系统 |
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| CN202311079417.7A CN117113493A (zh) | 2023-08-25 | 2023-08-25 | 一种施工平台设计方法及系统 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117934789A (zh) * | 2024-03-18 | 2024-04-26 | 中国铁路设计集团有限公司 | 一种三维构件造型驱动参数表达与模型动态造型方法 |
| CN117934789B (zh) * | 2024-03-18 | 2024-06-28 | 中国铁路设计集团有限公司 | 一种三维构件造型驱动参数表达与模型动态造型方法 |
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2023
- 2023-08-25 CN CN202311079417.7A patent/CN117113493A/zh active Pending
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