CN117786803A - 一种建筑模板体系数字孪生体的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑模板体系数字孪生体的构建方法，包括：根据建筑设计图纸构建建筑数字孪生体；对不同层高对应的建筑构件进行参数标记；提取建筑数字孪生体中的不规则边缘数据，构造出特殊结构的面域特征，并标记特殊位置；对结构进行配模，对于没有适配的部分，输出对应的结构并标记于特征表中；判断特殊结构中的不同面，对各个面进行排摸，得到模板数字孪生体；计算出建筑构件的体积，计算加固距离；在模板中配加加固件，将结构的模板数字孪生体作为新组件发布；将发布的组件以最大规格模板为递减层，进行切割分层，进行精简运算。本发明通过计算机辅助进行建筑模板体系的数字孪生体构建，其构建精度高，大大提高了配模效率。

Description

一种建筑模板体系数字孪生体的构建方法

技术领域

本发明涉及一种建筑模板体系构建方法，具体地说是一种建筑模板体系数字孪生体的构建方法。

背景技术

作为施工类项目，钢筋混凝土浇筑过程离不开支模，模板作为混凝土施工的必备工具，目前已经发展出了多种体系。随着施工标准的提高，组合式模板成为目前的主流，如铝合金模板、大钢模板、塑料模板等。这种组合式模板定制有一定的规格标准，使用时需要有一定的拼装顺序和方法。现有的配模过程过分依赖工人的经验，需要现场进行排铺。遇到复杂的结构时，定型模板在各个结构间相互牵制影响，现场组装耗费时间，需要人工干预，多次试模，试排，导致现场安装效率较低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种建筑模板体系数字孪生体的构建方法，以解决现有建筑模板配模过程效率低的问题。

本发明是这样实现的：一种建筑模板体系数字孪生体的构建方法，包括以下步骤。

S1.根据建筑设计图纸构建建筑数字孪生体。

S2.在建筑数字孪生体中，设定不同的层高，对不同层高对应的建筑构件进行参数标记，并记录在page表中。

S3.根据建筑数字孪生体中的不规则边缘数据提取建筑结构，并标记建筑结构位置，在page表中记录建筑结构的若干特征参数，存放面域特征结构，构造出建筑结构的面域特征，对提取的建筑结构进行自动配模。

S4.对于有适配模板的部分，输出对应的结构并标记在成品表中，记录结构特征，发布为新组件并标记出能够区别于其他构件的唯一标识参数；对于没有适配模板的部分，输出对应的特殊结构并标记于特征表中。

S5.判断特殊结构中的不同面，对各个面进行排摸，得到模板数字孪生体。

S6.计算出建筑构件的体积，结合工程设计要求的混凝土类型，按照混凝土自重、配合参数、支撑密度的计算公式得到加固距离。

S7.在模板中配加加固件，确定模板中的必选加固件的类型和数量，将结构的模板数字孪生体作为新组件发布，将发布的新组件标记出能够区别于其他构件的唯一标识参数。

S8.将发布的组件以最大规格模板为递减层，进行切割分层，将切割后的结构作为新构件建立结构表记录到模板构件库中，并标注特殊键值作为索引标记。

步骤S1包括以下步骤。

S11.将建筑设计图纸导入进计算机，形成可由计算机识别的数字文件。

S12. 获取预设的基础数字孪生体，基础数字孪生体包括：一个或多个孪生体单元，每个孪生体单元分别具有对应的定义信息，定义信息包括类型编码和属性。

S13. 获取目标建筑对象模型，将建筑构件“柱”、“墙”、“梁”所在图层的图元记录为后台数据表，并结合图纸上的“标高”、“层高”数据信息生成类型编码。

S14. 按照线模式构造空腔模型构件，模型构件具有一一对应的构件编码，构件编码与类型编码具有映射关系，基于映射关系，生成模型构件对应的属性表，将模型构件的属性信息填充至属性表，完成建筑物整体的数字孪生体的构建。

在步骤S3中，从全部的特征参数中选取若干个特征，分出若干组，根据每一组中的特征进行配模，将长度、宽度与需要配模的面域一致的模块标记为开始模块，按照递减顺序从模板类型表中选择模板模块，所选择模板模块的宽度和长度小于等于开始模板，按照长度方向铺排，铺排后如果长度方向与模型边缘的截断尺寸小于最小宽度规格的模块时，进行下一阶段的模块铺排，得到若干模块的组合，并对各个模块组合的实际大小与面域尺寸比较，得到最佳组合方式。

在步骤S5中，构造一组结构函数，记录特征表中结构参数，并利用矢量函数，通过计算面之间的法向或切向，当两个面的夹角为30~90°，且有趋势变化时，判断为不同面。

在步骤S5中，对每个面的边缘向内按照最小模数距离构造出结构边线，形成位于同一面域的结构，在结构边线内部进行模板分配。

在步骤S7中，如果加固件占用模板内面积，则模板内面积做减法迭代，从而得到新的模板构件孪生体；如果加固件为模板外结构，则不计算在模板面积内。

在步骤S5中，包括库存模式参与配模与无库存参与模式配模两种配模方式，当选择库存模式参与配模时，将模板数字孪生体与模板库存数据形成映射关系，根据面状区域的类别划分优先级，取得图像中三维建筑结构的坐标位置，取建筑结构的参数与page表对比，如果匹配则按照page表中的索引找到构件表，得到模板的序号、类型数量以及排列方向进行模板结构孪生，如果不在page表中，则检索基础模板表，从基础模板表中选择。

检索基础模板表时，在面状区域内，以任意方向为匹配起点，用最短边进行搜索得到最接近的模板，逐一计算筛除，直到剩下的区域比最小的模板边都短时停止搜索，得到需要的模板。

在步骤S8中，按照不同建筑结构的数量多少，标记建筑结构的配模优先级别，数量多的建筑结构标记较高的优先等级，在进行配模搜索时，参考优先级进行配模。

本发明首先构建建筑物整体的数字孪生体，在建筑数字孪生体中提取特殊建筑结构，对特殊建筑结构进行配模，并将得到的模板数字孪生体作为新组件发布，在进行建筑整体配模时，识别建筑的特殊结构位置，可以直接检索到对应的模板数字孪生体，并进行调用，大大节省了配模时间。

本发明通过计算机辅助进行建筑模板体系的数字孪生体构建，该方法可以实现复杂结构的自动匹配，其构建精度高，为建筑机构的模板搭建提供搭建和用量的技术辅助，同时减少了匹配运算量以及搜索范围，大大提高了配模效率。

附图说明

图1是本发明的实现结构。

图2是某中央商务区综合管廊设计图。

图3是某中央商务区综合管廊模板配模模型。

具体实施方式

如图1，本发明基于建筑模板体系数字孪生体的构建系统实现，建筑模板体系数字孪生体的构建系统包括平台层、三维系统抽象层、参数化运算层、知识与模型平台以及实现层等部分。

平台层具有一定的运算能力，是整个系统的基础；通过参数化运算层以及三维系统抽象层生成配模框架；通过知识与模型平台，判断建筑的三维模型，抽取图形数据，加载配模规则，并进行三维扣减等复杂算法，以及进行各建筑构件的配模；实现层用于将构建好的建筑模板体系数字孪生体输出。

下面详细说明本发明建筑模板体系数字孪生体的构建方法的具体步骤。

S1.根据建筑设计图纸构建建筑数字孪生体。

其中，步骤S1构建建筑数字孪生体包括以下子步骤。

S11.将建筑设计图纸导入进计算机，形成可由计算机识别的数字文件。

取得建筑设计图纸后，通过平台层导入进计算机，形成可由计算机识别的数字文件。

S12. 获取预设的基础数字孪生体，基础数字孪生体包括：一个或多个孪生体单元，每个孪生体单元分别具有对应的定义信息，定义信息包括类型编码和属性。

基础数字孪生体是预先定义好的，能够便于后续将目标建筑对象模型中的属性信息的填充，为自动构建进驻数字孪生体打下基础框架。

S13. 获取目标建筑对象模型，通过识别提取单元，将建筑构件“柱”、“墙”、“梁”所在图层的图元记录为后台数据表，对图元构成的面状区域识别为片体构件，并结合图纸上的“标高”、“层高”数据信息生成类型编码。

S14. 按照线模式构造空腔模型构件，模型构件具有一一对应的构件编码，构件编码与类型编码具有映射关系，基于映射关系，生成模型构件对应的属性表，将模型构件的属性信息填充至属性表，完成建筑物整体的数字孪生体的构建。

同时，将设建筑计图中大量的结构化数据整理归档，并作标记。

读取结构图中梁结构图表、柱结构图表以及板结构图表，形成记录表，按照梁的结构特征选择与衔接的柱或者板的相交面，两个相交面或多组相交面之间有相对应的相交线，将这些相交线按照三维结构的特点设定为边界线，并进行拾取。

按照线模式制定出配模的结构长短边框线的位置，找到三个相交面的焦点，三个面相交形成线段以及线段的端点，提取出各端线的实际特征，包括端点位置，起点、终点、角度等。

S2.对数据进行预处理，在建筑数字孪生体中，设定不同的层高，对不同层高对应的建筑构件进行参数标记，并记录在page表中。

具体的，包括数据收集、特征提取等。在建筑数字孪生体搭建完成后，通过设定的不同层高，对梁、板、柱、墙等结构进行标记，标记序号以及对应的各项参数包括长、宽、高、等特征标志。记录后台数据库，并统计建筑构件数量，其中序号与模型构件的构件编码具有映射关系。

S3.根据建筑数字孪生体中的不规则边缘数据提取建筑结构，并标记建筑结构位置，在page表中记录建筑结构的若干特征参数，包括节点个数、节点标记、边个数、边标记、边长度、角标号、角类型、角个数、角度数等若干特征，存放面域特征结构，构造出建筑结构的面域特征，对提取的建筑结构进行自动配模。

自动配模时，从全部的特征参数中选取若干个特征，分出若干组，根据每一组中的特征进行配模，将长度、宽度与需要配模的面域一致的模块标记为开始模块，按照递减顺序从模板类型表中选择模板模块，所选择模板模块的宽度和长度小于等于开始模板，按照长度方向铺排，铺排后如果长度方向与模型边缘的截断尺寸小于最小宽度规格的模块时，进行下一阶段的模块铺排，得到若干模块的组合，并对各个模块组合的实际大小与面域尺寸比较，得到最佳组合方式。

S4.对于有适配模板的部分，输出对应的结构并标记在成品表中，记录节点标记、边标记、边长度等结构特征，发布为新组件并标记出能够区别于其他构件的唯一标识参数；对于没有适配模板的部分，输出对应的特殊结构并标记于特征表中。

S5.判断特殊结构中的不同面，对各个面进行排摸，得到模板数字孪生体。

构造一组结构函数，记录特征表中结构参数，并利用矢量函数，通过计算面之间的法向或切向，当两个面的夹角为30~90°，且有趋势变化时，判断为不同面。

对每个面的边缘向内按照最小模数50mm距离构造出结构边线，形成位于同一面域的结构，在结构边线内部进行模板分配。

在边线区域内进行模数分配训练，第一次排摸按照整除方式取得商和余数，除数为最大模板长度，所得商为模板个数，余数为剩余部分；将剩余部分与第二大模板的尺寸比较，当剩余值在大于100mm时向下选择，连续进行。

S6.计算出建筑构件的体积，结合工程设计要求的混凝土类型，按照混凝土自重、配合参数、支撑密度的计算公式得到加固距离。

在构件表中，按照构件模型的长、宽、高计算出建筑构件的体积，结合工程设计要求的混凝土类型，如C20\C30等参数，按照混凝土自重、配合参数、支撑密度的计算公式得到加固距离，并设定加固判定参数赋值为特定参数，在计算实现层的组件种类时，根据这该参数铺设加固。

将建筑构件的“结构类型”、“长度”、“宽度”、“高度”、“衔接板厚”、“连接规格”等多项会影响到是否进行加固的特征称为“特征”，也即自变量，将“是否对拉螺栓加固”称为“标签”，知识与模型平台利用上述“特征”进行计算，判断是够采用对拉螺栓加固。

知识与模型平台进行运算时，首先对宽度进行划分，比如以600mm宽度为界，大于600mm宽度时，更容易归类为‘需要加固结构’，接着对长度进行划分，比如大于1500mm为界，大于1500mm时更可能划分为‘大面结构’，依次循环下去，特征之间的逻辑组合后（比如宽度大于600mm，长度大于1500mm），对应到是否大体积结构整面加固这一标签上。

S7.在模板中配加加固件，确定模板中的必选加固件的类型和数量，将结构的模板数字孪生体作为新组件发布，将发布的新组件标记出能够区别于其他构件的唯一标识参数。

如果加固件占用模板内面积，则模板内面积做减法迭代，从而得到新的模板构件孪生体；如果加固件为模板外结构，如钢管、木方等，则不计算在模板面积内。

将发布的模板数字孪生体标记出能够区别于其他构建的唯一标识参数，唯一标识用于新组件在运行过程中作为能够被识别出的必选参数值。

对于典型的功能模型发布为新组件，确定功能模型中的必选组件数量，类型，并记录入模板构件库。记录特征字段包括但不限于长、宽、高、结构序号、建筑类型以及规格等特性参数，并标记有特殊键值。

S8.将发布的组件以最大规格模板为递减层，进行切割分层，将切割后的结构作为新构件建立结构表记录到模板构件库中，并标注特殊键值作为索引标记。

本步骤用于对发布的组件进行剪枝运算，根据建筑构件的统计表，按照不同建筑结构的数量多少，标记建筑结构的配模优先级别，数量多的建筑结构标记较高的优先等级，在进行配模搜索时，参考优先级进行配模，调整搜索顺序可以明显减少搜索次数，从而提高搜索的效率。

在步骤S5中，包括库存模式参与配模与无库存参与模式配模两种配模方式，当选择库存模式参与配模时，将模板数字孪生体与模板库存数据形成映射关系，根据面状区域的类别划分优先级，取得图像中三维结构的坐标位置，取边个数、边标记、边长度、标号、内角个数、内角度数等参数与page表对比，如果匹配则按照page表中的索引找到构件表，得到模板的序号、类型数量以及排列方向进行模板结构孪生，如果不在page表中，则检索基础模板表，从基础模板表中选择。

检索基础模板表时，在面状区域内，以任意方向为匹配起点，用最短边进行搜索得到最接近的模板，逐一计算筛除，直到剩下的区域比最小的模板边都短时停止搜索，得到需要的模板。

本发明根据生成的建筑孪生体生成模板面，根据模板面之间的相互关系包括相交、相平行、相垂直等，在结构中得到最优解，生成角模板或平面模板的组合，再根据技术规范生成安全的支撑体系及对拉体系。对整体体系中的模板种类进行匹配，让墙面、柱子、梁、反坎、洞口等结构件最多可能的进行匹配。按照构件对模板组合满足从小到大排序，然后依次选能够满足模板需求的最小模板组合，这样依次分下去就可以达到最优的配模的目的。

当构件配模需要结合实际库存时，依照优先级进行排列计算，在配模方案中优先级也作为参数参与计算。

如图2所示，为某中央商务区综合管廊设计图，在该设计图中标注的位置，该结构有多组且结构相同，在配模时由构件表中可以查询获得，大大提高了配模效率。生成的模板孪生体如图3所示。

Claims (9)

1.一种建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.根据建筑设计图纸构建建筑数字孪生体；

S2.在建筑数字孪生体中，设定不同的层高，对不同层高对应的建筑构件进行参数标记，并记录在page表中；

S3.根据建筑数字孪生体中的不规则边缘数据提取建筑结构，并标记建筑结构位置，在page表中记录建筑结构的若干特征参数，存放面域特征结构，构造出建筑结构的面域特征，对提取的建筑结构进行自动配模；

S4.对于有适配模板的部分，输出对应的结构并标记在成品表中，记录结构特征，发布为新组件并标记出能够区别于其他构件的唯一标识参数；对于没有适配模板的部分，输出对应的特殊结构并标记于特征表中；

S5.判断特殊结构中的不同面，对各个面进行排摸，得到模板数字孪生体；

S6.计算出建筑构件的体积，结合工程设计要求的混凝土类型，按照混凝土自重、配合参数、支撑密度的计算公式得到加固距离；

S7.在模板中配加加固件，确定模板中的必选加固件的类型和数量，将结构的模板数字孪生体作为新组件发布，将发布的新组件标记出能够区别于其他构件的唯一标识参数；

S8.将发布的组件以最大规格模板为递减层，进行切割分层，将切割后的结构作为新构件建立结构表记录到模板构件库中，并标注特殊键值作为索引标记。

2.根据权利要求1所述的建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：

S11.将建筑设计图纸导入进计算机，形成可由计算机识别的数字文件；

S12. 获取预设的基础数字孪生体，基础数字孪生体包括：一个或多个孪生体单元，每个孪生体单元分别具有对应的定义信息，定义信息包括类型编码和属性；

S13. 获取目标建筑对象模型，将建筑构件“柱”、“墙”、“梁”所在图层的图元记录为后台数据表，并结合图纸上的“标高”、“层高”数据信息生成类型编码；

S14. 按照线模式构造空腔模型构件，模型构件具有一一对应的构件编码，构件编码与类型编码具有映射关系，基于映射关系，生成模型构件对应的属性表，将模型构件的属性信息填充至属性表，完成建筑物整体的数字孪生体的构建。

3.根据权利要求1所述的建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，在步骤S3中，从全部的特征参数中选取若干个特征，分出若干组，根据每一组中的特征进行配模，将长度、宽度与需要配模的面域一致的模块标记为开始模块，按照递减顺序从模板类型表中选择模板模块，所选择模板模块的宽度和长度小于等于开始模板，按照长度方向铺排，铺排后如果长度方向与模型边缘的截断尺寸小于最小宽度规格的模块时，进行下一阶段的模块铺排，得到若干模块的组合，并对各个模块组合的实际大小与面域尺寸比较，得到最佳组合方式。

4.根据权利要求1所述的建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，在步骤S5中，构造一组结构函数，记录特征表中结构参数，并利用矢量函数，通过计算面之间的法向或切向，当两个面的夹角为30~90°，且有趋势变化时，判断为不同面。

5.根据权利要求4所述的建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，在步骤S5中，对每个面的边缘向内按照最小模数距离构造出结构边线，形成位于同一面域的结构，在结构边线内部进行模板分配。

6.根据权利要求1所述的建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，在步骤S7中，如果加固件占用模板内面积，则模板内面积做减法迭代，从而得到新的模板构件孪生体；如果加固件为模板外结构，则不计算在模板面积内。

7.根据权利要求1所述的建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，在步骤S5中，包括库存模式参与配模与无库存参与模式配模两种配模方式，当选择库存模式参与配模时，将模板数字孪生体与模板库存数据形成映射关系，根据面状区域的类别划分优先级，取得图像中三维建筑结构的坐标位置，取建筑结构的参数与page表对比，如果匹配则按照page表中的索引找到构件表，得到模板的序号、类型数量以及排列方向进行模板结构孪生，如果不在page表中，则检索基础模板表，从基础模板表中选择。

8.根据权利要求7所述的建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，检索基础模板表时，在面状区域内，以任意方向为匹配起点，用最短边进行搜索得到最接近的模板，逐一计算筛除，直到剩下的区域比最小的模板边都短时停止搜索，得到需要的模板。

9.根据权利要求1所述的建筑模板体系数字孪生体的构建方法，其特征在于，在步骤S8中，按照不同建筑结构的数量多少，标记建筑结构的配模优先级别，数量多的建筑结构标记较高的优先等级，在进行配模搜索时，参考优先级进行配模。