CN117251924B - 铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法 - Google Patents

铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法 Download PDF

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CN117251924B CN202311520859.0A CN202311520859A CN117251924B CN 117251924 B CN117251924 B CN 117251924B CN 202311520859 A CN202311520859 A CN 202311520859A CN 117251924 B CN117251924 B CN 117251924B
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Abstract

本发明公开了一种铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，包括获取目标隧道的工程数据信息；对第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋进行单独建模并建立对应的路径坐标点；在目标隧道所在的空间线上进行放样生成沿空间线分布的铁路底板型隧道钢筋，完成铁路底板型隧道钢筋的建模。本发明提供的这种铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，通过参数化底板型钢筋，抽象各种钢筋生成路径控制点坐标的数学表达式，因此能够快速、高效的建立铁路隧道底板型钢筋模型；同时本发明方法提出了通用性的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方案，提高了建模的效率，而且可靠性更高，精确性更好。

Description

铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法。
背景技术
铁路底板型隧道钢筋是隧道中的重要构件，也是承担受力的主要结构；其主要由垂直于隧道纵向的第一主筋和第二主筋、平行于隧道纵向的架立筋和用于绑扎主筋和纵筋的箍筋组成。因此，针对铁路底板型隧道钢筋进行建模，就显得尤为重要。
但是，由于铁路底板型隧道钢筋呈现带状分布，而且建模体量较大，现有传统的建筑领域的BIM建模方法并不能够适用于铁路底板型隧道钢筋的建模。这使得现今确实缺少一种可靠性高、效率较高的针对铁路底板型隧道钢筋的建模方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高、精确性好且效率较高的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法。
本发明提供的这种铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，包括如下步骤：
S1. 获取目标隧道的工程数据信息；
S2. 根据步骤S1获取的数据信息，结合第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋的结构数据信息，对第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋进行单独建模，并建立对应的路径坐标点；
S3. 根据步骤S2建立的各个模型和对应的路径坐标点，在目标隧道所在的空间线上进行放样，生成沿空间线分布的铁路底板型隧道钢筋，完成铁路底板型隧道钢筋的建模。
所述的步骤S2，具体包括如下步骤：
A. 针对第一主筋和第二主筋，根据第一主筋和第二主筋的结构信息和对应的标准截面图，确定第一主筋和第二主筋的截面上的特征点坐标，再基于建模软件获取截面路径上的点，实现第一主筋和第二主筋的参数化建模；
B. 针对架立筋，根据架立筋的结构信息和对应的标准截面图，确定架立筋的圆心坐标，并生成对应的路径，完成架立筋的参数化建模；
C. 针对箍筋，根据箍筋的结构信息和对应的标准截面图，确定箍筋的截面上的特征点坐标，再基于建模软件获取截面路径上的点，实现箍筋的参数化建模。
所述的步骤A，具体包括如下步骤：
A-1. 针对第一主筋进行建模：
第一主筋包括两端直线锚固段，两个直弯筋和两段直线段。以直弯筋的直角点为原点，设定第一主筋钢筋直径为/>，/>为第一主筋钢筋半径，第一主筋弯筋中心半径/>为/>；
第一段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>，其中/>为设定的常数并用于控制第一主筋第一段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第二段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为，其中/>为第一主筋第二段圆弧的路径上的点所对应的角度且/>，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第二段圆弧上的点的个数，/>为第一主筋第二段圆弧的路径上点的标号且取值为/>；
第三段直线部分上的点，水平坐标表示为，/>为第一主筋的长度，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第三段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；垂直坐标/>表示为/>；
第四段直线部分上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为第一主筋第四段直线部分的点距离该段线起点的距离且/>，/>为第一主筋第四段直线部分的长度，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第四段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第四段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第五段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中为第一主筋第五段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第五段圆弧部分上的点的个数，/>为第一主筋第五段圆弧部分的路径上点的标号且取值为；
第六段直线上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为水平坐标/>的基础坐标，且；/>为垂直坐标/>的基础坐标，且；/>为设定的常数并用于控制第一主筋第六段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第六段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到第一主筋对应的生成路径；
A-2. 针对第二主筋进行建模：
第二主筋包括两段直线锚固段，两个直弯筋和一段直线段。以直弯筋的直角点为原点，设定第二主筋钢筋直径为/>，/>为第二主筋钢筋半径，第二主筋弯筋中心半径/>为/>；第二主筋弯筋延伸长度为/>；第二主筋的长度为/>；
第一段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第一段直线部分上的点的个数，/>为第二主筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第二段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为第二主筋第二段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第二段圆弧上的点的个数，/>为第二主筋第二段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第三段直线上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第三段直线上的点的个数，/>为第二主筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第四段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为第二主筋第四段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第四段圆弧上的点的个数，/>为第二主筋第四段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第五段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第五段直线上的点的个数，/>为第二主筋第五段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到第二主筋对应的生成路径。
所述的步骤B，具体包括如下步骤：
架立筋为一段直线。架立筋在空间上平行于隧道纵向；设定架立筋的圆心坐标，完成对应的路径生成；设定架立筋钢筋长度为，架立筋钢筋半径为/>。
所述的步骤C，具体包括如下步骤：
箍筋包括两段短直线，两段半圆弧，一段长直线。以箍筋的左弯筋的直角点为原点建模；设定箍筋钢筋直径为/>，箍筋弯筋中心半径/>为/>，箍筋弯筋延伸长度为/>，箍筋主筋长度为/>，箍筋钢筋半径为/>；
第一段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标表示为/>；/>为设定的常数并用于控制箍筋第一段直线上的点的个数，/>为箍筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第二段圆弧线上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为箍筋第二段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制箍筋第二段圆弧上的点的个数，/>为箍筋第二段圆弧部分的路径上点的标号且取值为；
第三段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制箍筋第三段直线上的点的个数，/>为箍筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为；
第四段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为箍筋第四段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制箍筋第四段圆弧上的点的个数，/>为箍筋第四段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第五段直线上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制箍筋第五段直线上的点的个数，/>为箍筋第五段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到箍筋对应的生成路径。
所述的步骤S3，具体包括如下步骤：
a. 第一主筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；第一主筋为横向分布的钢筋，空间放样参数为第一主筋纵间距；
b. 第二主筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；第二主筋为横向分布的钢筋，空间放样参数为第二主筋纵间距；
c. 架立筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；架立筋为纵向分布的钢筋，空间放样参数为架立筋横间距；
d. 箍筋在空间上垂直于空间线分布；空间放样参数为箍筋纵间距和箍筋横间距；
e. 步骤a~步骤d完成后，将生成的每延米内的第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋模型作为一个单元体，并沿空间线进行单元体复制，得到到沿空间线布置的铁路底板型隧道钢筋模型，完成铁路底板型隧道钢筋的建模。
所述的步骤a，具体包括如下步骤：
根据步骤A-1中计算得到的生成路径，通过three.js的内置函数将路径坐标点放样至模型空间内，生成第一主筋的三维模型；
通过three.js内置函数rotateZ，将生成的三维模型绕Z轴旋转角度，其中/>为第一主筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；然后，再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现第一主筋沿空间线截面的分布；
通过three.js内置的镜像函数，生成关于空间线原点对称的另一条第一主筋；
最后，通过three.js内置的复制函数，将已生成的两条第一主筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有第一主筋。
所述的步骤b，具体包括如下步骤：
根据步骤A-2中计算得到的生成路径，通过three.js的内置函数将路径坐标点放样至模型空间内，生成第二主筋的三维模型；
通过three.js内置函数rotateZ，将生成的三维模型绕Z轴旋转角度，其中/>为第二主筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；然后，再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现第二主筋沿空间线截面的分布；
最后，通过three.js内置的复制函数，将已生成的第二主筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有第二主筋。
所述的步骤c，具体包括如下步骤：
根据步骤B中计算得到的生成路径，根据架立筋在空间截面的分布，确定分布中心：其中，右上部分的分布中心坐标为，其中/>，/>；右下部分的分布中心坐标为/>，其中，/>；左上部分的分布中心坐标为/>，其中/>，/>；左下部分的分布中心坐标为/>，其中/>，；其中，/>为架立筋钢筋直径，且/>，/>为架立筋钢筋半径；/>为架立筋对应的生成路径上的点的标号且取值为/>，/>为架立筋对应的生成路径上的点的个数且/>，/>为取整符号，/>为架立筋横间距；
接着，通过three.js内置函数rotateZ将架立筋模型绕Z轴旋转角度，其中/>为架立筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现架立筋沿空间线截面的分布，最后根据架立筋。
所述的步骤d，具体包括如下步骤：
根据步骤C中计算得到的生成路径，根据箍筋在空间截面的分布，确定分布中心：右侧分布中心的坐标为，其中/>，；左侧分布中心的坐标为/>，其中，/>；其中，/>为箍筋钢筋直径，且，/>为架立筋钢筋半径；/>为箍筋对应的生成路径上的点的标号且取值为，/>为箍筋对应的生成路径上的点的个数且/>，/>为取整符号，/>为箍筋横间距；
通过three.js内置函数rotateZ将箍筋模型绕Z轴旋转角度，其中为箍筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，以实现箍筋沿空间线截面分布；
最后，通过three.js内置的复制函数，将将已生成的箍筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有箍筋。
本发明提供的这种铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，通过参数化底板型钢筋，抽象各种钢筋生成路径控制点坐标的数学表达式，因此能够快速、高效的建立铁路隧道底板型钢筋模型；同时本发明方法提出了通用性的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方案，提高了建模的效率，而且可靠性更高，精确性更好。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
图2为本发明方法中第一主筋生成控制路径示意图。
图3为本发明方法中第二主筋生成控制路径示意图。
图4为本发明方法中箍筋生成控制路径示意图。
图5为本发明方法中架立筋横向依次放样示意图。
图6为本发明方法中箍筋横向依次放样示意图。
图7为本发明方法实施例的底板型钢筋建模细节示意图。
图8为本发明方法实施例的底板型钢筋整体渲染效果示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明公开的这种铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，包括如下步骤：
S1. 获取目标隧道的工程数据信息；
S2. 根据步骤S1获取的数据信息，结合第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋的结构数据信息，对第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋进行单独建模，并建立对应的路径坐标点；具体包括如下步骤：
A. 针对第一主筋和第二主筋，根据第一主筋和第二主筋的结构信息和对应的标准截面图，确定第一主筋和第二主筋的截面上的特征点坐标，再基于建模软件获取截面路径上的点，实现第一主筋和第二主筋的参数化建模；具体包括如下步骤：
A-1. 针对第一主筋进行建模：
第一主筋包括两个直弯筋，因此第一主筋可以建模成以半径为的圆为截面、沿特定路径生成的几何体；根据几何关系可以得到路径上点的坐标，通过曲线拟合即可实现路径的获取；
如图2所示，第一主筋包括两端直线锚固段，两个直弯筋和两段直线段。
以直弯筋的直角点为原点，设定第一主筋钢筋直径为/>，/>为第一主筋钢筋半径，第一主筋弯筋中心半径/>为/>；
第一段直线（图中标示2-1）上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>，其中/>为设定的常数并用于控制第一主筋第一段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第二段圆弧（图中标示2-2）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为，其中/>为第一主筋第二段圆弧的路径上的点所对应的角度且/>，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第二段圆弧上的点的个数，/>为第一主筋第二段圆弧的路径上点的标号且取值为/>；
第三段直线（图中标示2-3）部分上的点，水平坐标表示为，/>为第一主筋的长度，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第三段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；垂直坐标/>表示为/>；
第四段直线（图中标示2-4）部分上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为第一主筋第四段直线部分的点距离该段线起点的距离且/>，/>为第一主筋第四段直线部分的长度，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第四段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第四段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第五段圆弧（图中标示2-5）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中为第一主筋第五段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第五段圆弧部分上的点的个数，/>为第一主筋第五段圆弧部分的路径上点的标号且取值为；
第六段直线（图中标示2-6）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为水平坐标/>的基础坐标，且；/>为垂直坐标/>的基础坐标，且；/>为设定的常数并用于控制第一主筋第六段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第六段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到第一主筋对应的生成路径；
A-2. 针对第二主筋进行建模：
如图3所示，第二主筋包括两段直线锚固段，两个直弯筋和一段直线段。以直弯筋的直角点为原点，设定第二主筋钢筋直径为/>，/>为第二主筋钢筋半径，第二主筋弯筋中心半径/>为/>；第二主筋弯筋延伸长度为/>；第二主筋的长度为；
第一段直线（图中标示3-1）上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第一段直线部分上的点的个数，/>为第二主筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第二段圆弧（图中标示3-2）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为第二主筋第二段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第二段圆弧上的点的个数，/>为第二主筋第二段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第三段直线（图中标示3-3）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第三段直线上的点的个数，/>为第二主筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第四段圆弧（图中标示3-4）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为第二主筋第四段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第四段圆弧上的点的个数，/>为第二主筋第四段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第五段直线（图中标示3-5）上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第五段直线上的点的个数，/>为第二主筋第五段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到第二主筋对应的生成路径；
B. 针对架立筋，根据架立筋的结构信息和对应的标准截面图，确定架立筋的圆心坐标，并生成对应的路径，完成架立筋的参数化建模；具体包括如下步骤：
架立筋为一段直线，在空间上是平行于隧道纵向的结构钢筋，起构成钢筋骨架的作用；从横断面的角度看，架立筋是一个点，故只需给定架立筋圆心坐标即可完成对其的路径生成；
架立筋在空间上平行于隧道纵向；设定架立筋的圆心坐标，完成对应的路径生成；设定架立筋钢筋长度为，架立筋钢筋半径为/>；
C. 针对箍筋，根据箍筋的结构信息和对应的标准截面图，确定箍筋的截面上的特征点坐标，再基于建模软件获取截面路径上的点，实现箍筋的参数化建模；具体包括如下步骤：
如图4所示，箍筋包括两段短直线，两段半圆弧，一段长直线。以箍筋的左弯筋的直角点为原点建模；设定箍筋钢筋直径为/>，箍筋弯筋中心半径/>为，箍筋弯筋延伸长度为/>，箍筋主筋长度为/>，箍筋钢筋半径为/>；
第一段直线（图中标示4-1）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；/>为设定的常数并用于控制箍筋第一段直线上的点的个数，/>为箍筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第二段圆弧（图中标示4-2）线上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为箍筋第二段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制箍筋第二段圆弧上的点的个数，/>为箍筋第二段圆弧部分的路径上点的标号且取值为；
第三段直线（图中标示4-3）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，为设定的常数并用于控制箍筋第三段直线上的点的个数，/>为箍筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；/>
第四段圆弧（图中标示4-4）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为箍筋第四段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制箍筋第四段圆弧上的点的个数，/>为箍筋第四段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第五段直线（图中标示4-5）上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制箍筋第五段直线上的点的个数，/>为箍筋第五段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到箍筋对应的生成路径；
S3. 根据步骤S2建立的各个模型和对应的路径坐标点，在目标隧道所在的空间线上进行放样，生成沿空间线分布的铁路底板型隧道钢筋，完成铁路底板型隧道钢筋的建模；具体包括如下步骤：
a. 第一主筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；第一主筋为横向分布的钢筋，空间放样参数为第一主筋纵间距；具体包括如下步骤：
根据步骤A-1中计算得到的生成路径，通过three.js的内置函数将路径坐标点放样至模型空间内，生成第一主筋的三维模型；
通过three.js内置函数rotateZ，将生成的三维模型绕Z轴旋转角度，其中/>为第一主筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；然后，再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现第一主筋沿空间线截面的分布；
通过three.js内置的镜像函数，生成关于空间线原点对称的另一条第一主筋；
最后，通过three.js内置的复制函数，将已生成的两条第一主筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有第一主筋；
b. 第二主筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；第二主筋为横向分布的钢筋，空间放样参数为第二主筋纵间距；具体包括如下步骤：
根据步骤A-2中计算得到的生成路径，通过three.js的内置函数将路径坐标点放样至模型空间内，生成第二主筋的三维模型；
通过three.js内置函数rotateZ，将生成的三维模型绕Z轴旋转角度，其中/>为第二主筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；然后，再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现第二主筋沿空间线截面的分布；
最后，通过three.js内置的复制函数，将已生成的第二主筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有第二主筋；
c. 架立筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；架立筋为纵向分布的钢筋，空间放样参数为架立筋横间距；具体包括如下步骤：
根据步骤B中计算得到的生成路径，根据架立筋在空间截面的分布，确定分布中心：其中，右上部分的分布中心坐标为，其中/>，/>；右下部分的分布中心坐标为/>，其中，/>；左上部分的分布中心坐标为/>，其中/>，/>；左下部分的分布中心坐标为/>，其中/>，；其中，/>为架立筋钢筋直径，且/>，/>为架立筋钢筋半径；/>为架立筋对应的生成路径上的点的标号且取值为/>，/>为架立筋对应的生成路径上的点的个数且/>，/>为取整符号，/>为架立筋横间距；
接着，通过three.js内置函数rotateZ将架立筋模型绕Z轴旋转角度，其中/>为架立筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现架立筋沿空间线截面的分布。最后，根据架立筋的横间距参数，复制生成全截面所有架立筋，如图5所示，图5中的/>表示横间距参数，/>表示架立筋；
d. 箍筋在空间上垂直于空间线分布；空间放样参数为箍筋纵间距和箍筋横间距；具体包括如下步骤：
根据步骤C中计算得到的生成路径，根据箍筋在空间截面的分布，确定分布中心：右侧分布中心的坐标为，其中/>，；左侧分布中心的坐标为/>，其中，/>；其中，/>为箍筋钢筋直径，且，/>为架立筋钢筋半径；/>为箍筋对应的生成路径上的点的标号且取值为，/>为箍筋对应的生成路径上的点的个数且/>，/>为取整符号，/>为箍筋横间距；
通过three.js内置函数rotateZ将箍筋模型绕Z轴旋转角度，其中为箍筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，以实现箍筋沿空间线截面分布；
最后，通过three.js内置的复制函数，将将已生成的箍筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有箍筋，如图6所示，图6中的/>表示箍筋；
e. 步骤a~步骤d完成后，将生成的每延米内的第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋模型作为一个单元体，并沿空间线进行单元体复制，得到到沿空间线布置的铁路底板型隧道钢筋模型，完成铁路底板型隧道钢筋的建模。
通过本发明方法与传统CAD建模方法、基于Revit软件的BIM建模方法进行试验比较，验证该方法的建模效率、建模精度以及渲染效果。
在建模效率方面，本发明方法基于Visual Studio Code编译搭建Vue架构项目，实现模型在Web端的呈现，整个过程仅耗费4秒左右即可实现每延米长度底板型钢筋模型的建立。而传统CAD建模、基于Revit软件的BIM建模方法则需要建模人员耗费数十分钟对底板钢筋截面进行绘制、并拉伸、复制、对模型位姿进行调整。因此，本发明方法在建模效率方面具有较高的优势。
在建模精度方面，本发明方法可实现底板型钢筋的精细化建模，完整呈现底板型钢筋各组分：第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋。相较于传统CAD标注式的建模方法以及基于Revit的BIM建模方法中模糊式的建模精度，该发明方法具有更好的建模精度和更强的可视化效果，如图7所示。
在渲染效果方面，本发明方法基于WebGL技术实现底板型钢筋的参数化建模，可以在前端条件下实现25帧每秒的高精度实时渲染，在修改参数后也可以实现几秒内的再次渲染，平均帧数在 25帧每秒。同时相较于传统CAD建模和基于Revit的BIM建模方法，该方法可显著降低运行内存，因此具备较优的渲染效果，如图8所示。

Claims (8)

1.一种铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，其特征在于包括如下步骤：
S1. 获取目标隧道的工程数据信息；
S2. 根据步骤S1获取的数据信息，结合第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋的结构数据信息，对第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋进行单独建模，并建立对应的路径坐标点；具体包括如下步骤：
A. 针对第一主筋和第二主筋，根据第一主筋和第二主筋的结构信息和对应的标准截面图，确定第一主筋和第二主筋的截面上的特征点坐标，再基于建模软件获取截面路径上的点，实现第一主筋和第二主筋的参数化建模；具体包括如下步骤：
A-1. 针对第一主筋进行建模：
第一主筋包括两端直线锚固段，两个直弯筋和两段直线段；以直弯筋的直角点为原点，设定第一主筋钢筋直径为/>，/>为第一主筋钢筋半径，第一主筋弯筋中心半径为/>；
第一段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为，其中/>为设定的常数并用于控制第一主筋第一段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为；
第二段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为，其中/>为第一主筋第二段圆弧的路径上的点所对应的角度且/>，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第二段圆弧上的点的个数，/>为第一主筋第二段圆弧的路径上点的标号且取值为/>；
第三段直线部分上的点，水平坐标表示为，/>为第一主筋的长度，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第三段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；垂直坐标/>表示为/>；
第四段直线部分上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为第一主筋第四段直线部分的点距离该段直线起点的距离且/>，/>为第一主筋第四段直线部分的长度，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第四段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第四段直线部分的路径上点的标号且取值为；
第五段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中为第一主筋第五段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且，/>为设定的常数并用于控制第一主筋第五段圆弧部分上的点的个数，/>为第一主筋第五段圆弧部分的路径上点的标号且取值为；
第六段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为水平坐标/>的基础坐标，且；/>为垂直坐标/>的基础坐标，且；/>为设定的常数并用于控制第一主筋第六段直线部分上的点的个数，/>为第一主筋第六段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到第一主筋对应的生成路径；
A-2. 针对第二主筋进行建模：
第二主筋包括两段直线锚固段，两个直弯筋和一段直线段；以直弯筋的直角点为原点，设定第二主筋钢筋直径为/>，/>为第二主筋钢筋半径，第二主筋弯筋中心半径为/>；第二主筋弯筋延伸长度为/>；第二主筋的长度为/>；
第一段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第一段直线部分上的点的个数，/>为第二主筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为；
第二段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为第二主筋第二段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第二段圆弧上的点的个数，/>为第二主筋第二段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第三段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第三段直线上的点的个数，/>为第二主筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第四段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为第二主筋第四段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第四段圆弧上的点的个数，/>为第二主筋第四段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第五段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制第二主筋第五段直线上的点的个数，/>为第二主筋第五段直线部分的路径上点的标号且取值为；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到第二主筋对应的生成路径；
B. 针对架立筋，根据架立筋的结构信息和对应的标准截面图，确定架立筋的圆心坐标，并生成对应的路径，完成架立筋的参数化建模；
C. 针对箍筋，根据箍筋的结构信息和对应的标准截面图，确定箍筋的截面上的特征点坐标，再基于建模软件获取截面路径上的点，实现箍筋的参数化建模；
S3. 根据步骤S2建立的各个模型和对应的路径坐标点，在目标隧道所在的空间线上进行放样，生成沿空间线分布的铁路底板型隧道钢筋，完成铁路底板型隧道钢筋的建模。
2.根据权利要求1所述的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，其特征在于所述的步骤B，具体包括如下步骤：
架立筋为一段直线；架立筋在空间上平行于隧道纵向；设定架立筋的圆心坐标，完成对应的路径生成；设定架立筋钢筋长度为，架立筋钢筋半径为/>。
3.根据权利要求2所述的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，其特征在于所述的步骤C，具体包括如下步骤：
箍筋包括两段短直线，两段半圆弧，一段长直线；以箍筋的左弯筋的直角点为原点建模；设定箍筋钢筋直径为/>，箍筋弯筋中心半径/>为/>，箍筋弯筋延伸长度为/>，箍筋主筋长度为/>，箍筋钢筋半径为/>；
第一段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；/>为设定的常数并用于控制箍筋第一段直线上的点的个数，/>为箍筋第一段直线部分的路径上点的标号且取值为/>；
第二段圆弧线上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为；其中，/>为箍筋第二段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制箍筋第二段圆弧上的点的个数，/>为箍筋第二段圆弧部分的路径上点的标号且取值为；
第三段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制箍筋第三段直线上的点的个数，/>为箍筋第三段直线部分的路径上点的标号且取值为；
第四段圆弧上的点，水平坐标表示为，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为箍筋第四段圆弧对应路径上的点所对应的角度，且/>，/>为设定的常数并用于控制箍筋第四段圆弧上的点的个数，/>为箍筋第四段圆弧部分的路径上点的标号且取值为/>；
第五段直线上的点，水平坐标表示为/>，垂直坐标/>表示为/>；其中，/>为设定的常数并用于控制箍筋第五段直线上的点的个数，/>为箍筋第五段直线部分的路径上点的标号且取值为；
最后，通过Three.js内置函数实现曲线拟合，得到箍筋对应的生成路径。
4.根据权利要求3所述的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，其特征在于所述的步骤S3，具体包括如下步骤：
a. 第一主筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；第一主筋为横向分布的钢筋，空间放样参数为第一主筋纵间距；
b. 第二主筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；第二主筋为横向分布的钢筋，空间放样参数为第二主筋纵间距；
c. 架立筋沿空间线，按每延米长度进行放样生成；架立筋为纵向分布的钢筋，空间放样参数为架立筋横间距；
d. 箍筋在空间上垂直于空间线分布；空间放样参数为箍筋纵间距和箍筋横间距；
e. 步骤a~步骤d完成后，将生成的每延米内的第一主筋、第二主筋、架立筋和箍筋模型作为一个单元体，并沿空间线进行单元体复制，得到到沿空间线布置的铁路底板型隧道钢筋模型，完成铁路底板型隧道钢筋的建模。
5.根据权利要求4所述的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，其特征在于所述的步骤a，具体包括如下步骤：
根据步骤A-1中计算得到的生成路径，通过three.js的内置函数将路径坐标点放样至模型空间内，生成第一主筋的三维模型；
通过three.js内置函数rotateZ，将生成的三维模型绕Z轴旋转角度，其中/>为第一主筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；然后，再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现第一主筋沿空间线截面的分布；
通过three.js内置的镜像函数，生成关于空间线原点对称的另一条第一主筋；
最后，通过three.js内置的复制函数，将已生成的两条第一主筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有第一主筋。
6.根据权利要求5所述的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，其特征在于所述的步骤b，具体包括如下步骤：
根据步骤A-2中计算得到的生成路径，通过three.js的内置函数将路径坐标点放样至模型空间内，生成第二主筋的三维模型；
通过three.js内置函数rotateZ，将生成的三维模型绕Z轴旋转角度，其中/>为第二主筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；然后，再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现第二主筋沿空间线截面的分布；
最后，通过three.js内置的复制函数，将已生成的第二主筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有第二主筋。
7.根据权利要求6所述的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，其特征在于所述的步骤c，具体包括如下步骤：
根据步骤B中计算得到的生成路径，根据架立筋在空间截面的分布，确定分布中心：其中，右上部分的分布中心坐标为，其中/>，；右下部分的分布中心坐标为/>，其中，/>；左上部分的分布中心坐标为/>，其中/>，/>；左下部分的分布中心坐标为/>，其中/>，；其中，/>为架立筋钢筋直径，且/>，/>为架立筋钢筋半径；/>为架立筋对应的生成路径上的点的标号且取值为/>，/>为架立筋对应的生成路径上的点的个数且/>，/>为取整符号，/>为架立筋横间距；
接着，通过three.js内置函数rotateZ将架立筋模型绕Z轴旋转角度，其中/>为架立筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，从而实现架立筋沿空间线截面的分布；最后，根据架立筋的横间距参数，复制生成全截面所有架立筋。
8.根据权利要求7所述的铁路底板型隧道钢筋模型的建立方法，其特征在于所述的步骤d，具体包括如下步骤：
根据步骤C中计算得到的生成路径，根据箍筋在空间截面的分布，确定分布中心：右侧分布中心的坐标为，其中/>，；左侧分布中心的坐标为/>，其中，/>；其中，/>为箍筋钢筋直径，且，/>为架立筋钢筋半径；/>为箍筋对应的生成路径上的点的标号且取值为，/>为箍筋对应的生成路径上的点的个数且/>，/>为取整符号，/>为箍筋横间距；
通过three.js内置函数rotateZ将箍筋模型绕Z轴旋转角度，其中为箍筋沿空间线分布的水平、垂直坐标；再通过three.js内置函数rotateX，将模型绕X轴旋转角度/>，以实现箍筋沿空间线截面分布；
最后，通过three.js内置的复制函数，将将已生成的箍筋以设定的纵间距沿空间线复制，得到每延米空间内的所有箍筋。
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