本發(fā)明涉及建筑模板，更具體地說，本發(fā)明涉及基于bim的鋁合金模板參數(shù)化設(shè)計方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在建筑行業(yè)不斷發(fā)展的當(dāng)下，模板工程作為混凝土施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其設(shè)計與應(yīng)用的合理性直接影響建筑工程的質(zhì)量、成本與進度。鋁合金模板憑借質(zhì)量輕、強度高、可重復(fù)使用等優(yōu)勢，在建筑施工中得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)鋁合金模板設(shè)計方法存在諸多局限性，亟待創(chuàng)新突破。

2、與現(xiàn)有技術(shù)相比，傳統(tǒng)的鋁合金模板設(shè)計依賴人工查閱圖紙、手動計算與選型；建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，人工處理大量數(shù)據(jù)易出錯，例如在確定模板尺寸、數(shù)量和布局時，常因疏忽導(dǎo)致設(shè)計偏差，同時，設(shè)計過程繁瑣，從收集資料到完成設(shè)計需耗費大量時間，嚴(yán)重影響項目推進速度，難以滿足現(xiàn)代建筑高效施工的需求；且僅依據(jù)經(jīng)驗進行設(shè)計，無法準(zhǔn)確評估模板在不同施工工況下的承載能力；這使得施工中模板變形、開裂甚至坍塌等安全事故時有發(fā)生，威脅施工人員生命安全，也增加了工程質(zhì)量隱患和后期維修成本；

3、鑒于此，本發(fā)明提出基于bim的鋁合金模板參數(shù)化設(shè)計方法及系統(tǒng)以解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

2、基于bim的鋁合金模板參數(shù)化設(shè)計方法，包括：

3、步驟一：獲取建筑bim模型，并基于其獲取目標(biāo)建筑區(qū)域內(nèi)各個主體結(jié)構(gòu)在不同工況下的荷載信息，基于荷載信息構(gòu)建相應(yīng)的參數(shù)化模板庫，所述參數(shù)化模板庫由若干個不同的模板單元組成；

4、步驟二：將目標(biāo)建筑區(qū)域劃分為模板安裝區(qū)域，并結(jié)合參數(shù)化模板庫進行模板配模，獲得相應(yīng)的初始配模序列；

5、步驟三：將相應(yīng)初始配模序列應(yīng)用至建筑bim模型內(nèi)，結(jié)合荷載信息對模板安裝區(qū)域內(nèi)的各個模板單元進行受力分析，并基于受力分析結(jié)果對相應(yīng)模板單元進行參數(shù)調(diào)整，獲得相應(yīng)的區(qū)域配模序列；

6、步驟四：基于所述區(qū)域配模序列生成相應(yīng)的模板工程圖，并對其進行圖像優(yōu)化，獲得相應(yīng)的模板設(shè)計圖。

7、進一步地，獲取目標(biāo)建筑區(qū)域內(nèi)的建筑設(shè)計圖紙、主體結(jié)構(gòu)圖紙以及施工方案等相關(guān)信息，并結(jié)合bim軟件構(gòu)建目標(biāo)建筑區(qū)域?qū)?yīng)的建筑bim模型，所述建筑bim模型包括目標(biāo)建筑區(qū)域中的主體結(jié)構(gòu)體系及主體結(jié)構(gòu)信息，所述主體結(jié)構(gòu)體系為剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)；所述主體結(jié)構(gòu)信息包括各個主體結(jié)構(gòu)體系內(nèi)主體結(jié)構(gòu)的受力特點、連接方式以及位置和尺寸。

8、進一步地，參數(shù)化數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建過程包括：

9、相應(yīng)建筑bim模型進行受力分析，獲得相應(yīng)建筑區(qū)域內(nèi)各個主體結(jié)構(gòu)在不同工況下的荷載信息；

10、分別獲取各個主體結(jié)構(gòu)對應(yīng)的主體結(jié)構(gòu)信息及荷載信息，獲得相應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)信息；

11、獲取鋁合金構(gòu)件的構(gòu)件參數(shù)，基于其構(gòu)建基礎(chǔ)構(gòu)件模板，并對其進行模板預(yù)處理；基于所述bim軟件內(nèi)的dynamo插件對模板預(yù)處理后的基礎(chǔ)構(gòu)件模板進行參數(shù)化處理，獲得相應(yīng)的模板單元；同時，所述dynamo插件通過創(chuàng)建輸入節(jié)點，為每個模板單元的各項模板參數(shù)設(shè)置可調(diào)節(jié)接口；

12、基于各個模板單元對應(yīng)的鋁合金構(gòu)件的用途，將所獲得的所有模板單元進行分類存儲，獲得相應(yīng)的參數(shù)化模板庫。

13、進一步地，初始配模序列的獲取過程包括：

14、對目標(biāo)建筑區(qū)域進行區(qū)域劃分，獲得若干個模板安裝區(qū)域，并將模板安裝區(qū)域劃分為若干個矩形區(qū)域分區(qū)；

15、獲取模板安裝區(qū)域的長度方向上的矩形區(qū)域分區(qū)，以模板單元－鋁梁－模板單元為原則，且以矩形區(qū)域分區(qū)內(nèi)的模板單元使用數(shù)量最小、種類最小為目標(biāo)構(gòu)建相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，并設(shè)定約束函數(shù)；

16、定義目標(biāo)函數(shù)；式中，和分別表示模板數(shù)量和模板種類對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)；；i=1,2，……，，和i分別表示模板單元的長度規(guī)格總數(shù)和長度規(guī)格的索引；表示相應(yīng)矩形區(qū)域分區(qū)內(nèi)第i種長度規(guī)格的單元模板所使用的數(shù)量；；若第i種長度規(guī)格的模板單元被使用，則；若第i種長度規(guī)格的模板單元未被使用，則；lmin表示單個模板單元所允許的最小長度規(guī)格；表示相應(yīng)矩形區(qū)域分區(qū)內(nèi)第i種長度規(guī)格模板單元的尺寸；

17、定義約束函數(shù)；式中，表示相應(yīng)模板單元的鋁梁寬度；表示相應(yīng)矩形區(qū)域分區(qū)內(nèi)第i種長度規(guī)格模板單元的尺寸；表示第j個矩形區(qū)域分區(qū)內(nèi)第i種長度規(guī)格的模板單元的使用數(shù)量；表示第j個矩形區(qū)域分區(qū)的分區(qū)長度；j=1,2，……，；表示長度方向下矩形區(qū)域分區(qū)的總數(shù)；

18、基于改進粒子群優(yōu)化算法，并以約束函數(shù)為限制條件對目標(biāo)函數(shù)進行函數(shù)求解，獲得相應(yīng)的長度配模序列；

19、獲取相應(yīng)模板安裝區(qū)域內(nèi)各個彎折點與相應(yīng)基準(zhǔn)點之間的基準(zhǔn)距離；并分別基于其獲取所屬矩形區(qū)域分區(qū)的左邊界和右邊界的邊界距離；并基于所述基準(zhǔn)距離和邊界距離判斷是否需對相應(yīng)長度配模序列進行調(diào)整，若不需要，則不進行其他任何操作，若需要，則獲取相應(yīng)彎折點對應(yīng)的彎折點分區(qū)，并基于其對相應(yīng)長度配模序列進行調(diào)整；

20、待調(diào)整完成，提取相應(yīng)彎折點分區(qū)對應(yīng)的分區(qū)寬度，并基于所述長度配模序列的獲取過程，獲取相應(yīng)彎折點分區(qū)對應(yīng)的寬度配模序列；

21、將相應(yīng)長度配模序列和寬度配模序列進行組合，獲得相應(yīng)的初始配模序列。

22、進一步地，獲得相應(yīng)的長度配模序列的過程包括：

23、構(gòu)建一個初始粒子群，所述初始粒子群由若干個粒子構(gòu)成，其中，每個粒子代表一種長度配模序列；并定義相應(yīng)初始粒子群內(nèi)各個粒子的初始速度和初始位置；同時獲取各個粒子的位置向量和速度向量；

24、基于目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)，并基于其對相應(yīng)初始粒子群內(nèi)的各個粒子進行迭代訓(xùn)練；基于預(yù)先定義的策略更新函數(shù)，獲取相應(yīng)迭代訓(xùn)練過程中各個粒子對應(yīng)的更新系數(shù)gx；并基于其對粒子進行粒子更新；

25、其中，策略更新函數(shù)的函數(shù)公式為：；式中，表示最大迭代次數(shù)，，為固定常數(shù)；t表示當(dāng)前迭代次數(shù)；

26、相應(yīng)粒子更新過程包括：

27、若更新系數(shù)gx≥r0，則對相應(yīng)粒子的初始速度和初始位置進行更新，相應(yīng)初始速度的更新公式為：；相應(yīng)初始位置的更新公式為：；式中，表示t+1次迭代訓(xùn)練時的初始速度；和分別表示個體歷史最優(yōu)值和歷史全局最優(yōu)值；和分別表示第t+1次和第t次迭代訓(xùn)練時的初始位置；其中，r1、r2為隨機數(shù)且r1、r2∈(0,1)；

28、若更新系數(shù)gx＜r0，則獲取相應(yīng)粒子的位置向量進行向量變異，獲得相應(yīng)的變異速度向量；其中，r0∈[0,1]

29、將相應(yīng)變異速度向量和原始速度向量作為父代進行交叉擇優(yōu)，獲得相應(yīng)的子代速度向量，并基于其對原始速度向量進行更新；

30、基于適應(yīng)度函數(shù)重復(fù)相應(yīng)粒子更新過程，直至滿足預(yù)先設(shè)定的迭代停止條件，所述迭代停止條件包括達(dá)到最大迭代次數(shù)或達(dá)到最大停滯代數(shù)；則停止迭代訓(xùn)練，獲得相應(yīng)的長度配模序列。

31、進一步地，對長度配模序列進行調(diào)整的過程包括：

32、分別獲取相應(yīng)彎折點與相應(yīng)矩形區(qū)域分區(qū)內(nèi)最長分區(qū)邊界的垂直距離，以及彎折點與鋁梁之間的距離；

33、基于所述構(gòu)件參數(shù)內(nèi)的材料性質(zhì)獲取各個模板單元對應(yīng)的最大長度規(guī)格、最小長度規(guī)格和最小寬度規(guī)格及最大寬度規(guī)則，基于其判定對相應(yīng)彎折點分區(qū)進行橫向布置、縱向布置或采用異形鋁合金構(gòu)件進行對相應(yīng)長度配模序列進行調(diào)整。

34、進一步地，獲取區(qū)域配模序列的過程包括：

35、基于所述初始配模序列獲取相應(yīng)建筑安裝區(qū)域內(nèi)各個矩形區(qū)域分區(qū)對應(yīng)模板單元的組合方式，并將其輸入至建筑bim模型內(nèi)；

36、將相應(yīng)模板單元的模板參數(shù)與相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)信息進行參數(shù)關(guān)聯(lián)；

37、將相應(yīng)模板單元的參數(shù)輸入至預(yù)先選取的有限元分析軟件內(nèi)；

38、基于所述有限元分析軟件基于不同工況下的荷載信息對相應(yīng)建筑bim模型內(nèi)各個建筑安裝區(qū)域的模板單元進行受力模擬，獲得相應(yīng)模板單元對應(yīng)的受力數(shù)據(jù)，并基于所述受力數(shù)據(jù)對相應(yīng)的模板單元進行模板參數(shù)調(diào)整；對參數(shù)調(diào)整后的模板單元進行二次受力分析，并重復(fù)上述過程，直至相應(yīng)模板單元滿足需求；

39、將參數(shù)調(diào)整后的初始配模序列進行特定文件格式導(dǎo)出，獲得相應(yīng)的序列族文件；同時，基于建筑bim模型構(gòu)建同種文件格式的區(qū)域族文件；

40、將相應(yīng)建筑安裝區(qū)域內(nèi)對應(yīng)的序列族文件和區(qū)域族文件輸入至navisworks軟件內(nèi)進行碰撞測試，并基于navisworks軟件動態(tài)監(jiān)測相應(yīng)初始配模序列內(nèi)的模板單元與相應(yīng)建筑安裝區(qū)域內(nèi)主體結(jié)構(gòu)之間的空間關(guān)系，且所述navisworks軟件會對存在相互干涉的主體結(jié)構(gòu)和模板單元及所屬區(qū)域進行區(qū)域標(biāo)記，并記錄干涉信息；

41、基于所述干涉信息對相應(yīng)模板單元進行二次參數(shù)調(diào)整，并重復(fù)上述碰撞測試過程，直到消除所有干涉信息并通過設(shè)計驗證；獲得相應(yīng)的區(qū)域配模序列。

42、進一步地，構(gòu)建工程設(shè)計圖，并對其進行圖像優(yōu)化的過程包括：

43、基于所獲得的區(qū)域配模序列，并基于bim軟件內(nèi)的圖紙生成功能構(gòu)建相應(yīng)的模板安裝圖；依次對相應(yīng)模板安裝圖進行視圖位置調(diào)整和視圖比例調(diào)整；

44、同時，基于預(yù)先構(gòu)建的尺寸數(shù)據(jù)庫對相應(yīng)模板安裝圖內(nèi)的模板單元及各個模板安裝區(qū)域?qū)?yīng)的建筑bim模型進行尺寸調(diào)整，獲得相應(yīng)的模板設(shè)計圖，并對其進行尺寸標(biāo)注及注解說明。

45、進一步地，視圖比例調(diào)整的過程包括：

46、以視圖比例調(diào)整前后的對角線長度接近程度以及調(diào)整前后的視圖比例構(gòu)建相應(yīng)的粒子種群及適應(yīng)度函數(shù)，并基于上述改進粒子群優(yōu)化算法進行求解，獲得最優(yōu)的視圖比例，并基于其對比例映射后的模板安裝圖中進行視圖比例調(diào)整；

47、所述尺度調(diào)整的作用在于對視圖位置調(diào)整和視圖比例調(diào)整后的模板安裝圖像內(nèi)的模板單元尺寸和建筑bim模型尺寸進行調(diào)整，以防止由于模板安裝圖的視圖調(diào)整過程中，導(dǎo)致模板單元之間或模板單元與建筑bim模型之間出現(xiàn)重疊或干涉等情況。

48、基于bim的鋁合金模板參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，包括：

49、模板庫構(gòu)建模塊，用于獲取建筑bim模型，并基于其獲取目標(biāo)建筑區(qū)域內(nèi)各個主體結(jié)構(gòu)在不同工況下的荷載信息，基于荷載信息構(gòu)建相應(yīng)的參數(shù)化模板庫，所述參數(shù)化模板庫由若干個不同的模板單元組成；

50、序列構(gòu)建模塊，用于將目標(biāo)建筑區(qū)域劃分為模板安裝區(qū)域，并結(jié)合參數(shù)化模板庫進行模板配模，獲得相應(yīng)的初始配模序列；

51、序列優(yōu)化模塊，用于將相應(yīng)初始配模序列應(yīng)用至建筑bim模型內(nèi)，結(jié)合荷載信息對模板安裝區(qū)域內(nèi)的各個模板單元進行受力分析，并基于受力分析結(jié)果對相應(yīng)模板單元進行參數(shù)調(diào)整，獲得相應(yīng)的區(qū)域配模序列；

52、圖紙生成模塊，基于所述區(qū)域配模序列生成相應(yīng)的模板工程圖，并對其進行圖像優(yōu)化，獲得相應(yīng)的模板設(shè)計圖。

53、本發(fā)明基于bim的鋁合金模板參數(shù)化設(shè)計方法及系統(tǒng)的技術(shù)效果和優(yōu)點：

54、1.在初始配模序列獲取過程中，以模板單元使用數(shù)量和種類最小為目標(biāo)構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，通過改進粒子群優(yōu)化算法求解；能快速找到較優(yōu)解，避免人工配模的盲目性，大幅提高配模效率；而且在處理彎折點分區(qū)時，根據(jù)不同情況合理選擇模板單元和布置方式，進一步優(yōu)化配模方案。

55、2.通過獲取建筑bim模型及目標(biāo)建筑區(qū)域內(nèi)主體結(jié)構(gòu)荷載信息，構(gòu)建由不同模板單元組成的參數(shù)化模板庫；接著劃分模板安裝區(qū)域，構(gòu)建初始配模序列；再將其應(yīng)用到bim模型進行受力分析與模板單元參數(shù)調(diào)整，得到區(qū)域配模序列；最后生成并優(yōu)化模板工程圖得到設(shè)計圖，提高設(shè)計效率與準(zhǔn)確性，保障模板安全性與可靠性，降低成本，便于協(xié)同管理與可視化設(shè)計，為建筑施工帶來諸多便利。