一种基于BIM的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法及系统

一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法及系统
技术领域
1.本发明涉及装配式铺面结构技术领域，尤其是涉及一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法及系统。

背景技术：

2.近年来，装配式水泥混凝土铺面开始在道路和机场的快速维修、新建和改扩建工程中应用。在装配式水泥混凝土铺面的设计中，铺面板及其内部构造、构件、配筋等具有显著的三维尺寸与空间特性。因而，对装配式铺面进行高精度的三维设计是实现铺面板精准预制、现场精细装配的基础。
3.传统上，装配式铺面的设计多采用二维设计方法，其不足主要体现在：
4.(1)面向设计对象的几何信息与非几何信息间联动性欠佳，信息的传递与表达途径有限，设计过程受到多余信息的干扰，存在面向单一设计对象的“信息孤岛”、“信息冗余”、“信息不一致”的现象；
5.(2)由于二维设计中，设计对象间缺乏三维的参数化关联，使得二维设计方法无法高效应对装配式铺面结构中多对象的联动设计或方案修改；
6.(3)二维设计中缺乏对设计数据管理的统一机制，面向设计对象的数据提取与调用功能受限，使得设计方案自检和信息统计难以开展。
7.由此可知，针对装配式铺面三维设计，亟须寻求一种信息化、参数化的设计方法。

技术实现要素：

8.本发明的目的就是为了提供一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法及系统，提高了装配式水泥混凝土铺面三维质量、提高设计效率，实现了装配式水泥混凝土铺面的数字化和信息化设计。
9.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
10.一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，包括以下步骤：
11.基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型；
12.基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法，建立装配式铺面板块模型；
13.基于装配式铺面板中构造、构件与配筋预设设计方法和设计参数建立构造模型、构件模型与配筋模型；
14.基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型。
15.所述基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，包括：针对预设cad二维图纸或预设cad三维图纸提取道路三维中心线数据，针对预设道路三维测量表格数据提取道路三维高程信息。
16.针对预设cad二维图纸提取道路三维中心线数据包括以下步骤：
17.判断cad二维图纸中是否存在曲线，
18.若预设cad二维图纸中仅存在直线，则：
19.将平面设计线记为l1，获取平面设计线的工程正方向向量a；
20.将纵断面设计线记为l2，获取其水平面投影的工程正方向向量b；
21.获取向量a与向量b之间的夹角α，将l2绕z轴旋转α后，得到l2′
，使纵断面设计线在水平面的投影调整至与平面设计线平行；
22.在水平方向上平移l2′
，使其起点在水平面的投影与l1起点相重合，得到道路三维中心线l2″
；
23.若预设cad二维图纸中存在曲线，则：
24.从道路平面图与纵断面图中获取道路平面设计线与纵断面设计线；
25.在道路平面设计线上设置控制点，根据各控制点桩号，在纵断面设计线上获取控制点z轴坐标，绘制三维控制点；
26.使用b-spline样条曲线节点，串连三维控制点生成道路三维中心线。
27.所述针对预设道路三维测量表格数据提取道路三维高程信息包括以下步骤：
28.基于道路三维高程信息将道路信息导入到revit设计平台；
29.利用dynamo的数据分析节点对表格数据中的三维高程数据进行读取与处理；
30.利用revit的场地建模功能构建路表模型，直观反映装配式铺面的线形特征、三维高程设计信息、横截面宽度，使道路三维高程信息以曲面模型的形式可视化呈现。
31.所述基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型包括以下步骤：
32.判断建模信息是道路三维中心线还是路标模型，
33.当建模信息是道路三维中心线时，在道路三维中心线上选取放样控制点，并在控制点处设置放样控制平面；在放样控制平面上绘制铺面面层连续模型在该处对应的横断面，将所绘制的横断面作为放样对象；执行放样操作，生成相应的三维实体模型；
34.当建模信息是路表模型时，构建以dynamo的surface.thicken节点为核心的路表模型加工技术，使得模型几何造型由面状拉伸至体状，实现由路表模型向铺面面层连续模型的转变。
35.所述基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法包括：
36.当道路三维中心线仅由直线组成时，采用“拆分法”建立装配式铺面板块模型，在面层连续模型上直接进行装配式铺面板块的三维设计，具体包括：创建几何图形并将其放置于面层连续模型的指定处，使面层连续模型被拆分为多个装配式铺面板块模型；
37.当道路三维中心线中包含曲线时，采用“重构法”建立装配式铺面板块模型，通过面层连续模型关键信息的提取，重构铺面板块模型，具体包括：创建几何图形并将其放置于面层连续模型的指定处，并通过图形的交集处理获取面层连续模型在该处的横断面，再以此横截面作为放样对象，沿经修正的道路三维中心线放样，实现装配式铺面板块模型的重构。
38.构造模型、构件模型与配筋模型的建立方法包括：基于族文件的建模方法和基于
dynamo节点的建模方法。
39.所述基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型，包括以下步骤：
40.获取设计对象的空间位置信息和空间姿态信息，其中，获取设计对象的空间姿态信息包括对设计对象模型的空间姿态调整；
41.基于预设插件算法批量加载构造模型、构件模型和配筋模型；
42.基于装配式铺面板块模型的建模方法确定模型属性转换方法；
43.基于预设三维坐标系，获取配准对象间的空间关系描述数据；
44.基于预设传递路径获取模型外部的设计对象的设计参数并进行初次配准；
45.基于初次配准进行装配干涉检测，并进行协同配准优化；
46.完成协同配准优化，得到装配式铺面三维模型。
47.一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计系统，包括：
48.铺面面层连续模型建立模块，用于基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型；
49.装配式铺面板块模型建立模块，用于基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法，建立装配式铺面板块模型；
50.构件级模型建立模块，用于基于装配式铺面板中构造、构件与配筋预设设计方法和设计参数建立构造模型、构件模型与配筋模型；
51.模型配准模块，用于基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型。
52.所述模型配准模块包括：
53.配准对象空间信息获取单元，用于获取设计对象的空间位置信息和空间姿态信息，其中，获取空间姿态信息包括对设计对象模型的空间姿态调整；
54.构件级模型加载单元，基于预设插件算法批量加载构造模型、构件模型和配筋模型；
55.模型属性转换单元，用于基于装配式铺面板块模型的建模方法确定模型属性转换方法；
56.空间关系描述数据获取单元，用于基于预设三维坐标系，获取配准对象间的空间关系描述数据；
57.初次配准单元，用于基于预设传递路径获取模型外部的设计对象的设计参数并进行初次配准；
58.模型配准优化单元，用于基于初次配准进行装配干涉检测，并进行协同配准优化，得到装配式铺面三维模型。
59.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
60.本发明将装配式水泥混凝土铺面三维设计分为三个阶段，装配式铺面结构三维设计阶段，装配式铺面构造、构件、配筋三维尺寸设计阶段，装配式铺面三维模型组装与交付设计阶段。在此基础上，对各设计阶段的设计目标、设计流程、信息传递路径进行分析，形成了基于bim的装配式铺面三维设计流程，提高了装配式水泥混凝土铺面三维质量、提高设计
效率，实现了装配式水泥混凝土铺面的数字化和信息化设计。
附图说明
61.图1为本发明方法流程图；
62.图2是本发明提取道路三维中心线和道路三维高程信息的流程图；
63.图3是本发明建立铺面面层连续模型的方法示意图；
64.图4是一种实施例中道路三维中心线获取方法的示意图；
65.图5是另一种实施例中道路三维中心线获取方法的示意图；
66.图6是本发明对各模型进行协同配准的流程图；
67.图7是一种实施例中起吊调平构件角度调整过程示意图；
68.图8是面向装配式铺面三维设计的信息传递路径示意图；
69.图9是一种实施例中接缝构造布设图；
70.图10是一种实施例中配筋设计外部参数录入规则示意图；
71.图11是一种实施例中第二定位基准系统中关键点的示意图；
72.图12是一种实施例中内含井圈的装配式铺面板内，井圈特殊构件与钢筋发生冲突的示意图；
73.图13是基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计系统结构图；
74.图14是模型配准模块结构图。
具体实施方式
75.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
76.实施例1
77.本实施例提供了一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，如图1所示，包括以下步骤：
78.1)基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型，如图2和图3所示；
79.2)基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法，建立装配式铺面板块模型；
80.3)基于装配式铺面板中构造、构件与配筋预设设计方法和设计参数建立构造模型、构件模型与配筋模型；
81.4)基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型。
82.本实施例中，将装配式水泥混凝土铺面三维设计分为三个阶段，装配式铺面结构三维设计阶段，装配式铺面构造、构件、配筋三维尺寸设计阶段，装配式铺面三维模型组装与交付设计阶段。在此基础上，对各设计阶段的设计目标、设计流程、信息传递路径进行分析，形成了基于bim的装配式铺面三维设计流程，提高了装配式水泥混凝土铺面三维质量、
提高设计效率，实现了装配式水泥混凝土铺面的数字化和信息化设计。
83.11)具体来说，基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，包括：针对预设cad二维图纸和预设cad三维图纸提取道路三维中心线数据，针对预设道路三维测量表格数据提取道路三维高程信息。
84.将装配式铺面三维设计过程中涉及到的信息分为模型内部信息与模型外部信息两大类，模型内部信息是指在设计过程中依托所建立的模型而产生的各类信息，该类信息存储于模型中，包括铺面面层连续模型信息、铺面板块模型信息、构造模型信息、构件模型信息、配筋模型信息。模型外部信息由两部分组成：一部分是由设计资料提供的初始设计信息，即道路几何信息；另一部分是设计方案中关键设计参数的取值信息，依据装配式铺面结构和装配设计方法而形成，该类信息对应于参数化设计中的动态参数，经集成后传递至模型对应变量处，转化为模型内部信息。
85.对于装配式铺面道路几何信息，信息来源多样，为能从中针对性地提取出装配式铺面三维设计所需的基础信息，有必要分析不同信息源之间的差异。第一类是道路设计成果信息源，主要包括道路二维图纸与道路三维模型，第二类是道路测量成果信息源，使用装配式铺面技术对道路进行修复时，需通过测量手段获取既有道路的三维信息。
86.为了确保信息经传递仍保持其完整性和可编辑性，本实施例中以外部信息的高效传递为目标，结合设计平台所能提供的接口类型，明确各道路几何信息源的信息传递载体，选用dwg文件作为面向道路几何二维设计成果的信息载体，道路三维设计成果采用dwg文件作为信息载体，选用xlsx表格文件作为面向测量成果的信息传递载体。
87.依据装配式铺面三维设计对道路几何信息的需求，结合不同来源的道路几何信息特点，将道路三维中心线和道路三维高程信息作为道路几何信息提取目标，若以道路设计成果为信息源，例如预设cad二维图纸和预设cad三维图纸，则需提取道路三维中心线；若以道路三维测量成果为信息源，则需要提取道路三维高程信息。
88.具体来说，道路二维设计图纸以dwg文件格式导入到revit项目中后，还需进行后续加工处理以构建道路三维中心线。
89.针对预设cad二维图纸获取道路三维中心线数据包括：
90.判断cad二维图纸中是否存在曲线，
91.若预设cad二维图纸中仅存在直线，如图4所示，则：
92.将平面设计线记为l1，获取平面设计线的工程正方向向量a；
93.将纵断面设计线记为l2，获取其水平面投影的工程正方向向量b；
94.获取向量a与向量b之间的夹角α，将l2绕z轴旋转α后，得到l2′
，使纵断面设计线在水平面的投影调整至与平面设计线平行；
95.在水平方向上平移l2′
，使其起点在水平面的投影与l1起点相重合，得到道路三维中心线l2″
；
96.若预设cad二维图纸中存在曲线，如图5所示，则：
97.从道路平面图与纵断面图中获取道路平面设计线与纵断面设计线；
98.在道路平面设计线上设置控制点，根据各控制点桩号，在纵断面设计线上获取控制点z轴坐标，绘制三维控制点；
99.使用b-spline样条曲线节点，串连三维控制点生成道路三维中心线。
100.针对预设cad三维图纸提取道路三维中心线，基于道路三维设计的道路几何信息一般可直接用于后续设计，无需进行额外的信息转换。
101.所述针对预设道路三维测量表格数据提取道路三维高程信息包括以下步骤：
102.基于道路三维高程信息将道路信息导入到revit设计平台；
103.利用dynamo的数据分析节点对表格数据中的三维高程数据进行读取与处理；
104.利用revit的场地建模功能构建路表模型，直观反映装配式铺面的线形特征、三维高程设计信息、横截面宽度，使道路三维高程信息以曲面模型的形式可视化呈现。
105.在装配式铺面厚度设计阶段，考虑到道路几何信息三维转化成果的多样性，提出基于道路三维中心线和基于路表模型的铺面面层连续模型建立方法，以满足不同信息提取目标下的设计需求。
106.12)所述基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型包括以下步骤：
107.判断建模信息是道路三维中心线还是路标模型，
108.当建模信息是道路三维中心线时，在道路三维中心线上选取放样控制点，并在控制点处设置放样控制平面；在放样控制平面上绘制铺面面层连续模型在该处对应的横断面，将所绘制的横断面作为放样对象；执行放样操作，生成相应的三维实体模型；
109.该建模方法具有灵活可靠的特点，放样控制点与控制平面的设置是模型建立的关键，当横坡设计较为复杂时，可建立放样控制坐标系来提升设计的准确性。
110.具体的，其中的控制点的位置应选取在道路横坡发生变化的路段两端。若整个路段的横坡坡度保持不变，则仅需将道路三维中心线的两个端点作为放样控制点，反之，则不仅需将道路三维中心线两个端点设为放样控制点，还应在横坡发生变化的临界点位增设控制点；对于放样控制平面的设置，通常将道路三维中心线在放样控制点处的法平面作为放样控制平面，并在其上绘制放样对象；对于放样控制坐标系的建立，当横坡设计较为复杂时，为便于调整控制平面上的放样对象，在控制点处建立符合控制平面要求的控制坐标，精准设计放样对象的图形轮廓和角度，准确反映道路横坡的变化。
111.当建模信息是路表模型时，构建以dynamo的surface.thicken节点为核心的路表模型加工技术，使得模型几何造型由面状拉伸至体状，实现由路表模型向铺面面层连续模型的转变。
112.2)所述基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法，建立装配式铺面板块模型包括：
113.21)当道路三维中心线仅由直线组成时，采用“拆分法”建立装配式铺面板块模型，即在面层连续模型上直接进行装配式铺面板块的三维设计，包括：创建几何图形并将其放置于面层连续模型的指定处，使面层连续模型被拆分为多个装配式铺面板块模型；
114.具体来说，拆分法的核心环节为：
115.211)以面层连续模型上表面为目标对象，建立二维坐标系统作为拆分操作的定位系统；
116.212)建立两个相互垂直的标准拆分工具，且均与上表面的平面相垂直；
117.213)通过移动标准拆分工具，将拆分工具放置到面层连续模型中；
118.214)依据拆分工具与面层连续模型的空间分布，完成装配式铺面的分板工作。
119.在二维坐标系中将模型表面两条相互垂直的边分别记作u轴与v轴，以(u,v)来描述曲面上任意一点的位置，u、v分别是该点到原点的距离在u轴、v轴上的投影与表面对应板边边长的相对值大小。对标准拆分工具而言，其平面法向量分别取子u轴、v轴的方向，具备划分面层连续模型的纵向与横向划分。在确定坐标系与拆分工具后，以u轴正方向与v轴正方向作为标准拆分工具的移动方向，对面层连续模型进行划分。
120.22)当道路三维中心线中包含曲线时，采用“重构法”建立装配式铺面板块模型，即通过面层连续模型关键信息的提取，重构铺面板块模型，包括：创建几何图形并将其放置于面层连续模型的指定处，并通过图形的交集处理获取面层连续模型在该处的横断面，再以此横截面作为放样对象，沿经修正的道路三维中心线放样，实现装配式铺面板块模型的重构。
121.放样重构法的实质，是提取并合理修正铺面分层模型中的横断面、三维中心线等关键信息，重构铺面板块模型，消除面层连续模型中原有弧形线的影响。该方法的设计核心是通过放样路径的“线段化”处理，该设计技术的核心环节如下：
122.221)获取道路三维中心线；
123.222)在道路三维中心线上设置控制点，将其转化成若干条线段，以三维中心线段为放样路径；
124.223)获取各控制点处的法平面上的面层横断面，将其边界曲线作为放样对象；
125.224)执行放样操作，完成装配式铺面板块模型的放样重构。
126.3)为了保障装配式铺面板的施工工艺和性能，在板块间或板块内会设置接缝、注浆孔、注浆导流槽等构造，以及起吊调平、传力杆等构件。此外，还需对装配式铺面板进行配筋设计，以预防施工中的板块断裂，并提高服役中混凝土开裂后的路用性能。
127.基于装配式铺面板中构造、构件与配筋预设设计方法和设计参数建立构造模型、构件模型与配筋模型，举例来说，起吊调平构件设计方法，构件尺寸需根据荷载、材料强度进行三维尺寸设计，起吊调平构件的三维尺寸设计包括起吊零件与调平零件两部分。起吊构件可按照吊环工作荷载来选用内径。
128.装配式铺面板内的钢筋模型尺寸设计主要包括钢筋直径与长度设计，在确定了钢筋直径后，再根据配筋率要求设计配筋方案。目前装配式铺面工程项目中常用的钢筋直径12mm进行建模，长度取板边长度减去两端保护层厚度后所得值。
129.在建立构造模型、构件模型与配筋模型时，需要基于装配式铺面构造、构件、配筋三维尺寸设计方法及各设计对象的三维尺寸设计参数，明确模型建立时所需定义的参数及其规则。举例来说，起吊调平构件三维尺寸设计涵盖以下设计参数：起吊零件的内径、外径、埋深、下翼板厚度、防浆管内径、防浆管长度、承载板边长与承载板厚度，上述目标参数以荷载和构件材料强度为依据，故在制定设计方案前应确定各构件材料的选取以及设计荷载大小。
130.上述构造模型、构件模型与配筋模型的建立方法包括：基于族文件的建模方法和基于dynamo节点的建模方法。例如，对于起吊调平构件模型采用基于族文件的模型建立方法，以构件的承载板中心点作为模型建立基点。对于注浆构造模型的建立，注浆构造内部结构固定，可采用“整体设计”的思路，将导流槽零件作为主要元素，依据构件几何参数间的关系，对其余零件依次进行建模与布设，最终将所有零件模型相连形成一体化的注浆构造模
型。考虑到注浆构造对应于铺面板中的预留孔和预留槽，应选用空心模型，将其与铺面板实体模型结合后，即可去除铺面板块模型在空心模型处的实体，形成孔、槽构造。由于注浆构造模型由多个圆柱几何形体组成，结构简单，且无附加属性信息，利用dynamo中的cylinder.bypointsradius节点完成注浆构造模型的几何造型建立，并将该模型的可视化表达方式设置为空心模型。
131.4)所述基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型，如图6所示，包括以下步骤：
132.41)获取设计对象的空间位置信息和空间姿态信息，其中，获取设计对象的空间姿态信息包括对设计对象模型的空间姿态调整；
133.42)基于预设插件算法批量加载构造模型、构件模型和配筋模型；
134.43)基于装配式铺面板块模型的建模方法确定模型属性转换方法；
135.44)基于预设三维坐标系，获取配准对象间的空间关系描述数据；
136.45)基于预设传递路径获取模型外部的设计对象的设计参数并进行初次配准；
137.46)基于初次配准进行装配干涉检测，并进行协同配准优化；
138.47)完成协同配准优化，得到装配式铺面三维模型。
139.41)获取设计对象的空间位置信息与空间姿态信息，包括：
140.装配式铺面构造、构件、配筋的配准设计以完成配准对象的空间位置与空间姿态设计为目标，配准设计信息主要包含了空间位置信息与空间姿态信息。
141.对于注浆构造，注浆孔和维压孔(释放孔)的位置由板底一侧圆心坐标与铺面板板底法向量(由板底指向板顶)共同组成。其中板底一侧的圆心坐标由导流槽的端点坐标决定，导流槽端点坐标与板底法向量是注浆构造装配设计的基础。
142.对于起吊调平构件，采用公制常规模型样板文件进行建模。将族模型载入到项目中时，系统将默认草图文件中的预设角度为其载入空间姿态，常常会出现与设计方案不符的情况。因此，该模型载入至项目指定位置后，还需进行空间姿态调整。起吊调平构件的空间位置、空间姿态与铺面板相关联。现有dynamo节点仅支持模型以世界坐标系z轴为旋转轴的旋转变化，无法使起吊调平构件的空间状态适应铺面板而进行自动调整。
143.如图7所示，本实施例提出一种面向起吊调平构件的空间姿态自适应设计方法，驱动构件模型在草图文件中按照如下步骤进行角度调整：
144.411)获取铺面板板底的法向量a(方向由板底指向板面)，计算a与起吊调平构件模型参照曲线b之间的夹角度数；
145.412)获取a、b向量的乘积向量c；
146.413)以构件模型布设基点为原点，以向量c为旋转轴，将起吊调平构件旋转，得到空间姿态与设计相符的构件模型。
147.起吊调平构件的配准设计可采用阵列法，其配准参数包括：装配式铺面板的长度、宽度、厚度，构件基点坐标，构件参照线向量以及设计平台世界坐标系中的z轴向量。
148.对于接缝构造，与起吊调平构件相似，接缝构造空间位置、空间姿态与装配式铺面板的三维信息高度关联，且受到了更多的空间姿态约束：接缝构造模型的底部应与装配式铺面板平行，且其传力杆应垂直于其所布设的板边。为此，基于起吊调平构件空间姿态调整方法，提出一种面向接缝构造的空间姿态调整方法，该方法中模型需经历两次角度调整：
149.414)第一次角度调整采用的方法与起吊调平构件的角度调整方法相同，调整目标是使构件的传力杆槽下表面平面与铺面板板底平面相平行；
150.415)第二次角度调整需使构件的传力杆与所布设的板边相垂直。
151.接缝构造的配准设计采用阵列法，故其配准布设参数包括：装配式铺面板的长度、宽度、厚度、构件布设基点坐标，构件参照线向量世界坐标系中规范z轴向量、构件数量以及布设间距。
152.对于配筋的配准设计参数包括：起始钢筋中心线所在的参照平面和端点坐标，各钢筋间的距离以及各方向上的钢筋总数。
153.42)基于预设插件算法批量加载构造模型、构件模型和配筋模型。
154.装配式铺面的构造、构件、配筋模型完成建立后，模型文件将依照建模方法以族文件、dynamo系统节点或者dynamo自定义节点的形式分别存储于rfa、dyn和dyf文件中。
155.本实施例中，以revit api与c#语言为基础，通过开发相应的revit插件，形成一种面向多文件类型的模型批量加载方法。具体来说，为实现模型的批量载入，需要借助revit api对revit软件进行二次开发。revit软件系统内部存在一类预先定义的函数，支持软件内部管理元素的加载、添加、修改、删除等操作，而当外部程序通过api接入revit系统后，即可调用该类预定义函数对项目内元素进行相应操作。revit api允许用户将基于c#、c++、vb等于语言开发的外部应用程序与revit主程序进行对接，经过addin manager插件管理工具，对外部应用程序进行加工，形成符合revit主程序要求的插件。基于开发的批量加载插件，根据revit api预定义的函数集合，以其中用于实现跨平台、应用的数据、信息传递的transaction函数作为载入模块核心，建立面向装配式铺面模型库的载入模块，实现模型文件的批量载入。具体的，该载入模块的建立，包括：
156.421)借助api预定义函数activeuidocument获取活跃文件，即当前模型文件，获得其相关属性与函数；
157.422)借助api预定义函数transaction与当前文件的属性函数loadfamily，批量代入模型文件对应的存储路径与文件名，完成装配式铺面模型的批量加载；
158.423)利用判断语句检验载入结果并返回提示信息，防止文件在整理过程中出现纰漏。
159.通过上述开发的批量加载插件和载入模块，实现配准模型文件的批量载入，保证装配式铺面模型空间配准的模型基础。
160.43)基于装配式铺面板块模型的建模方法确定模型属性转换方法。
161.装配式铺面板块模型因缺乏能够被bim环境识别的模型属性信息，模型的部分编辑功能受限，致使模型中的部分关键信息无法提取利用，不具备创建空间定位参照系统的前提条件。本实施例中，模型属性的转变方法主要有两种方式，如表1所示：
162.表1模型属性转变规律
163.164.面层连续模型采用基于道路中心线的建模方法建立时，模型属性为程序模型，当面层连续面层连续模型采用基于三维高程的建模方法时，其模型属性经历了场地模型(族模型)—装配式铺面面层连续面层连续模型(程序模型)的变化。场地模型属于族模型，附带有一定的初始属性信息。考虑到装配式铺面板块模型中可能存有一定的场地属性信息，且模型几何造型较为规则，采用基于族文件的信息传递方法，该方法对装配式铺面板块模型的两种建立方法均有良好的适应性，具体流程如下：首先，将目标族文件中的属性信息进行打包；然后，族文件属性信息文件传递到铺面板块模型中，覆盖铺面板块模型原有非几何信息；最后，达到将模型属性转变为族模型的目的。
165.44)基于预设三维坐标系，获取配准对象间的空间关系描述数据。
166.三维坐标系，采用拆分法建立的装配式铺面板块模型，考虑到其底面形状为矩形，采用uvz三轴的三维坐标系，记为第一定位参照系统，以满足面向该类铺面板块模型的配准空间信息描述需求，采用重构法建立的装配式铺面板块模型，其板底平面形状为非矩形，基于uvz三维坐标系的定位参照系统不再适用。
167.针对该类模型提出基于控制点的定位参照系统，记为第二定位参照系统，该第二定位参照系统的构建思路为：以板底作为基准面，将板底四个板角设为控制点，取垂直于板底方向且由板底指向板面的方向为基准面方向，标记为z轴。本定制参照系统中的z坐标所表示的意义与基于三维坐标的定位参照系统中的意义相同。则以绝对值表示该点从基准面沿基准方向平移的距离，且以毫米为单位。
168.该定位参照系统通过建立关键点坐标与配准对象各空间参数间的约束关系，表达配准对象的空间信息。该定位参照系统的描述方法为：
169.441)获取控制点在世界坐标系的坐标；
170.442)将四个控制点两两相连得到铺面板板底的六条基础线段；
171.443)通过六条基础线段的平移、相交等操作，定义空间点在基准面投影方向上的约束，结合z轴数值，完成基于该定位系统的配准对象约束设置。
172.控制点坐标的获取是该第二定位参照系统发挥其功能的前提。如图8所示，以a-d点标记装配式铺面板板底板角，a点和b点位于同一放样控制平面内，c点和d点位于同一放样控制平面内，abb'a'和cdd'c'是铺面板块模型重构时的放样对象。
173.利用dynamo的select face节点与element.getparameterva-luebyname节点，准确获取各控制点的坐标集合，继而结合道路工程方向向量即可建立a～d点与所获得的坐标的对应关系，明确各控制点在世界坐标系中的坐标。
174.45)基于预设传递路径获取模型外部的设计对象的设计参数并进行初次配准。
175.装配式铺面三维设计的信息传递过程，本质上是指将模型外部信息转化为bim模型信息后，信息以模型内部信息的形式在模型间流动和传递的过程。因此，装配式铺面三维设计中的信息传递可分为模型外部信息向模型内部模型的传递和模型内部信息间的传递两类，分别简称为内外传递与内部传递。
176.根据装配式铺面三维设计中的信息传递方向，可得到如图9所示的信息传递路径，图中圆形箭头表示内外传递，三角箭头表示内部传递，且装配式铺面三维设计中的内部传递路径有三条。
177.在配准设计过程中，部分配准设计信息为模型外部信息，需传递至模型中，具体包
括：(1)与配筋相关的设计参数，如配筋所在的板块、布设间距、布设数量、钢筋半径等；(2)与接缝构件、注浆构造相关的设计参数，如构件、构造所在的板块与板边、布设间距、布设数量等。
178.配准设计信息种类繁杂且信息量庞大，应采用高效便捷的批量传递方式。为此，本实施例中通过建立装配式铺面板块的标准描述方法，统一异源信息描述方式，进而提出配准设计信息的标准录入格式，建立模型内外信息间的对应关系。
179.具体的，对于装配式铺面板块的描述，对各装配式铺面板块模型进行编号，通过该编号值明确模型外部信息对各板块的描述方式；对于板边与板底板角的描述，当装配式铺面板块模型采用“重构法”建立时，板底板角名称命名方式同基于控制点的定位系统保持一致；当装配式铺面板块模型采用“拆分法”建立时，以基于uv二维坐标系的定位基准系统为依据，将(0,0,0)定义为a点，(1,0,0)定义为b点，(1,1,0)定义为c点，(0,1,0)定义为d点。
180.对于配准设计信息的标准录入格式，主要包括接缝构造设计与配筋设计的配准设计信息的标准录入格式，如表2所示，是《接缝构造设计的外部信息录入表》的示例，revit项目中可能包含多种接缝构造布设方案，每一种布设方案应明确铺面板四条板边对应的构造布设参数。“板块编号”栏中是采用此种布设方案的所有板块对应编号的集合，各板边对应的“构件首距离”、“构件尾距离”栏中应填入分布于对应板边最外侧的两个构件与邻近板角间的距离。表中，ab、bc、cd、ad表示板边，an(n＝1,2,3,
…
)表示板块编号，hn和tn(n＝1,2,3,
…
)分别表示接缝构造空间位置的首尾距离，nij和mij(ij＝ab、bc、cd、ad)表示板边接缝构造的数量和间距，下标ij表示其对应的板边。
181.表2接缝构造配准信息录入表
[0182][0183]
如图10所示，在板边布设接缝构件时，按照命名顺序确定首尾顺序，即bc边以板角b为首，标记为1号的接缝构造与板角b之间的距离即为首距离，以板角c为尾，标记为10号的接缝构造与板角c之间的距离为尾距离。在首尾距离的基础上，可选择以构造数量或者间距来表达其余构造的位置分布情况。
[0184]
对于配筋设计的外部信息录入格式，表3是《配筋设计外部信息录入表》，用于规范配筋的相关配准信息录入方式，使其适用于参数化设计。以图11为例对配筋配准信息录入方式进行说明：
[0185]
451)以距离ad边最近的纵筋作为纵筋起始钢筋，以距离ab边最近的横筋作为横筋起始钢筋；
[0186]
452)以与起始钢筋平行的板边的命名顺序为准，确定钢筋的首尾端点，以钢筋首尾端点与板边之间的距离确定起始钢筋的位置；
[0187]
453)根据钢筋间距以及数量依次确定其余钢筋的位置。
[0188]
表3配筋设计外部信息录入表
[0189][0190]
46)基于初次配准进行装配干涉检测，并进行协同配准优化。
[0191]
装配干涉是指两个或多个对象占用同一物理空间的现象。在完成配准设计后，应分析各配准模型间的空间占用情况，规避模型间的几何冲突。依据装配式铺面三维模型配准的空间特点，可明确装配干涉类型。装配式铺面三维模型的空间配准具有以下特点：起吊调平构件、注浆孔、释放孔、维压孔贯穿布设于铺面板内，接缝构造设置于板边且下底面贴合板底，钢筋则设于板面下1/3-1/2板厚范围内。因此，可按照冲突对象的构成，将装配式铺面三维设计中的干涉可分为两类：第一类干涉为构造和构件、钢筋间的干涉；第二类干涉为铺面板与其他配准对象间的冲突，以保证铺面板内各预留空间的连通性为干涉检测与协调目标。经检测判定存在干涉时，应依据干涉协调流程，开展如下协调工作以实现多模型的协同：
[0192]
461)根据干涉检测结果信息表获取协调所需信息；
[0193]
462)依据干涉模型协调等级，确定保留对象与非保留对象；
[0194]
463)依据干涉协调手段，处理冲突处的非保留对象，并考虑是否需要对干涉处进行加强处理。
[0195]
制定面向装配式铺面三维模型的干涉模型协调等级的意义在于：当多个对象发生装配干涉时，处于高层级的干涉对象将在协调中优先被列为保留对象，其模型保持完整性的概率也将更高。在装配式铺面三维设计中，常见的干涉对象协调优先等级由高至低依次为：构造与构件、钢筋、装配式铺面板。特殊构件的协调等级应依据具体情况进行灵活调整。此外，还应考虑是否需对冲突处进行加强处理，如当配筋因冲突而截断时，需在局部增设加强钢筋。图12是内含井圈的装配式铺面板内，井圈特殊构件与钢筋发生冲突，应截断铺面板中井圈部位的钢筋，并添加与钢筋网格平行的加强钢筋以及环绕井圈的圆形钢筋进行局部加强。
[0196]
实施例2
[0197]
本实施例提供了一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计系统，如图13所示，包括：
[0198]
铺面面层连续模型建立模块，用于基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型；
[0199]
装配式铺面板块模型建立模块，用于基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法，建立装配式铺面板块模型；
[0200]
构件级模型建立模块，用于基于装配式铺面板中构造、构件与配筋预设设计方法和设计参数建立构造模型、构件模型与配筋模型；
[0201]
模型配准模块，用于基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模
型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型。
[0202]
所述模型配准模块如图14所示，包括：
[0203]
配准对象空间信息获取单元，用于获取设计对象的空间位置信息和空间姿态信息，其中，获取空间姿态信息包括对设计对象模型的空间姿态调整；
[0204]
构件级模型加载单元，基于预设插件算法批量加载构造模型、构件模型和配筋模型；
[0205]
模型属性转换单元，用于基于装配式铺面板块模型的建模方法确定模型属性转换方法；
[0206]
空间关系描述数据获取单元，用于基于预设三维坐标系，获取配准对象间的空间关系描述数据；
[0207]
初次配准单元，用于基于预设传递路径获取模型外部的设计对象的设计参数并进行初次配准；
[0208]
模型配准优化单元，用于基于初次配准进行装配干涉检测，并进行协同配准优化，得到装配式铺面三维模型。
[0209]
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依据本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理、或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，其特征在于，包括以下步骤：基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型；基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法，建立装配式铺面板块模型；基于装配式铺面板中构造、构件与配筋预设设计方法和设计参数建立构造模型、构件模型与配筋模型；基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型。2.根据权利要求1所述的一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，其特征在于，所述基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，包括：针对预设cad二维图纸或预设cad三维图纸提取道路三维中心线数据，针对预设道路三维测量表格数据提取道路三维高程信息。3.根据权利要求2所述的一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，其特征在于，针对预设cad二维图纸提取道路三维中心线数据包括以下步骤：判断cad二维图纸中是否存在曲线，若预设cad二维图纸中仅存在直线，则：将平面设计线记为l1，获取平面设计线的工程正方向向量a；将纵断面设计线记为l2，获取其水平面投影的工程正方向向量b；获取向量a与向量b之间的夹角α，将l2绕z轴旋转α后，得到l2′
，使纵断面设计线在水平面的投影调整至与平面设计线平行；在水平方向上平移l2′
，使其起点在水平面的投影与l1起点相重合，得到道路三维中心线l2″
；若预设cad二维图纸中存在曲线，则从道路平面图与纵断面图中获取道路平面设计线与纵断面设计线；在道路平面设计线上设置控制点，根据各控制点桩号，在纵断面设计线上获取控制点z轴坐标，绘制三维控制点；使用b-spline样条曲线节点，串连三维控制点生成道路三维中心线。4.根据权利要求1所述的一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，其特征在于，所述针对预设道路三维测量表格数据提取道路三维高程信息包括以下步骤：基于道路三维高程信息将道路信息导入到revit设计平台；利用dynamo的数据分析节点对表格数据中的三维高程数据进行读取与处理；利用revit的场地建模功能构建路表模型，直观反映装配式铺面的线形特征、三维高程设计信息、横截面宽度，使道路三维高程信息以曲面模型的形式可视化呈现。5.根据权利要求1所述的一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，其特征在于，所述基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型包括以下步骤：判断建模信息是道路三维中心线还是路标模型，当建模信息是道路三维中心线时，在道路三维中心线上选取放样控制点，并在控制点
处设置放样控制平面；在放样控制平面上绘制铺面面层连续模型在该处对应的横断面，将所绘制的横断面作为放样对象；执行放样操作，生成相应的三维实体模型；当建模信息是路表模型时，构建以dynamo的surface.thicken节点为核心的路表模型加工技术，使得模型几何造型由面状拉伸至体状，实现由路表模型向铺面面层连续模型的转变。6.根据权利要求1所述的一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，其特征在于，所述基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法包括：当道路三维中心线仅由直线组成时，在面层连续模型上直接进行装配式铺面板块的三维设计，具体包括：创建几何图形并将其放置于面层连续模型的指定处，使面层连续模型被拆分为多个装配式铺面板块模型；当道路三维中心线中包含曲线时，通过面层连续模型关键信息的提取，重构铺面板块模型，具体包括：创建几何图形并将其放置于面层连续模型的指定处，并通过图形的交集处理获取面层连续模型在该处的横断面，再以此横截面作为放样对象，沿经修正的道路三维中心线放样，实现装配式铺面板块模型的重构。7.根据权利要求1所述的一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，其特征在于，构造模型、构件模型与配筋模型的建立方法包括：基于族文件的建模方法和基于dynamo节点的建模方法。8.根据权利要求1所述的一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法，其特征在于，所述基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型，包括以下步骤：获取设计对象的空间位置信息和空间姿态信息，其中，获取设计对象的空间姿态信息包括对设计对象模型的空间姿态调整；基于预设插件算法批量加载构造模型、构件模型和配筋模型；基于装配式铺面板块模型的建模方法确定模型属性转换方法；基于预设三维坐标系，获取配准对象间的空间关系描述数据；基于预设传递路径获取模型外部的设计对象的设计参数并进行初次配准；基于初次配准进行装配干涉检测，并进行协同配准优化；完成协同配准优化，得到装配式铺面三维模型。9.一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计系统，其特征在于，包括：铺面面层连续模型建立模块，用于基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立装配式铺面面层连续模型；装配式铺面板块模型建立模块，用于基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法，建立装配式铺面板块模型；构件级模型建立模块，用于基于装配式铺面板中构造、构件与配筋预设设计方法和设计参数建立构造模型、构件模型与配筋模型；模型配准模块，用于基于装配式铺面板块模型及其构造模型、构件模型和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准，得到装配式铺面三维模型。
10.根据权利要求9所述的一种基于bim的装配式水泥混凝土铺面三维设计系统，其特征在于，所述模型配准模块包括：配准对象空间信息获取单元，用于获取设计对象的空间位置信息和空间姿态信息，其中，获取空间姿态信息包括对设计对象模型的空间姿态调整；构件级模型加载单元，基于预设插件算法批量加载构造模型、构件模型和配筋模型；模型属性转换单元，用于基于装配式铺面板块模型的建模方法确定模型属性转换方法；空间关系描述数据获取单元，用于基于预设三维坐标系，获取配准对象间的空间关系描述数据；初次配准单元，用于基于预设传递路径获取模型外部的设计对象的设计参数并进行初次配准；模型配准优化单元，用于基于初次配准进行装配干涉检测，并进行协同配准优化，得到装配式铺面三维模型。

技术总结

本发明涉及一种基于BIM的装配式水泥混凝土铺面三维设计方法及系统，其中方法包括：基于道路平纵横的几何信息进行信息转换获取道路三维中心线和道路三维高程信息，基于道路三维中心线和道路三维高程信息分别建立铺面面层连续模型；基于装配式铺面面层连续模型的分板适应性确定匹配的铺面板块三维设计方法，建立装配式铺面板块模型；基于装配式铺面板中构造、构件与配筋预设设计方法和设计参数建立构造模型、构件模型与配筋模型；基于装配式铺面板块模型以及其构造、构件和配筋模型之间的空间关系，对各模型进行协同配准。与现有技术相比，本发明实现了装配式水泥混凝土铺面的数字化和信息化设计，提高了设计效率。提高了设计效率。提高了设计效率。