基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及异型桥梁方案设计领域，尤其涉及一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法、系统、设备及介质。

背景技术

景观桥梁作为城市重要的人造景观，追求的往往是造型美观、新颖、标新立异，然而异型的桥梁建筑设计往往会给其结构设计带来困难。

现代桥梁结构设计已不再局限于规则的梁、板、柱等结构，为追求结构的造型及美观，近年来城市桥梁会出现各式各样造型的异型曲面结构，而受限于国内的行业技术及环境，大部分设计院仍采用传统二维CAD制图，这就存在着以下缺点：

对于复杂异型曲面结构的表达存在困难；对于桥梁参建各方，模型的协同性较差；桥梁设计阶段的方案调整、施工阶段的变更给设计建模人员大量的重复性工作；传统图纸表达对结构施工的精度控制要求较差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了如下方案：

一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法，所述建模方法包括以下步骤：

输入所述空间曲面桥型的基本参数，所述基本参数包括：纵向总长、底面曲线总长、底面终点直线长、横向总宽、曲面影响点投影坐标、底面曲面最低点坐标、桥梁斜交角度、是否存在道路竖曲线、道路竖曲线样式；

根据所述基本参数，通过三维建模完成三维曲面模型的生成，所述三维曲面模型包括平面区域和曲面区域；

提取所述三维建模中特征线的线型及特征点坐标。

优选地，所述进行三维建模，包括：

形成平面点集；

根据所述平面点集，进行坐标干涉；

坐标干涉后整合平面点集并形成曲面点集；

根据所述曲面点集，形成完整箱体，所述完整箱体包括边板、顶板、承台顶面及箱梁底面。

优选地，所述形成平面点集，包括：

在所述平面区域上生成点集，提取并计算所述点集的坐标与所述曲面影响点投影坐标的差值。

优选地，所述坐标干涉，包括：

分别对所述曲面点集进行纵向高程干涉与横向高程干涉，提取完成高程干涉后纵向的单排曲面点集，依次复制所述曲面点集以进行整合。

优选地，所述形成完整箱体，包括：

根据完成整合的曲面点集提取特征线，根据所述特征线形成所述边板与所述顶板，根据承台顶标高、尺寸及斜交角形成所述承台顶面，切除所述曲面点集的多余部分形成所述箱梁底面。

优选地，所述提取特征线的线型，包括：

提取所述曲面区域的纵剖与斜向横剖，将所述纵剖与所述斜向横剖投影至所述平面区域并排列为二维曲线。

优选地，所述提取特征点的坐标，包括：

输入待导出坐标的水平投影精度，根据所述投影精度设置剖切曲面，获取所述剖切曲面的纵向线，根据所述纵向线获得所述特征点的坐标并进行提取。

一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模系统，所述系统包括：

传输模块，包括grasshopper图形化编程语言及grasshopper电池，用于传输参数及连接建模模块与grasshopper；

建模模块，用于根据桥型的基本参数进行三维建模；

提取模块，用于提取已完成的三维建模中特征线的线型及特征点坐标。

一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器及处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上文中所述的一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法。

一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时可实现如上文中任一项所述的一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法。

本发明提供的一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法、系统、设备及介质，基于grasshopper建立的桥梁模型，可以将建模流程记录下来并且可视化操作，设计人员构建好模型后，可以调整自定义的自变量(如桥跨、桥宽、梁高、板厚等)，可以直接由计算机辅助计算得到自定义的因变量 (如三维模型、桥梁特征线、控制点坐标、材料数量统计等)，设计人可以调整“自变量”而得到“因变量”，大大较少了重复工作的时间，而对于相对复杂的结构效果尤其显著。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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为本实施例中建模方法的流程图；

图2为本实施例中在坐标干涉后整合平面点集并形成曲面点集的插件连接图；

图3为本实施例中根据曲面点集生成完整箱体模型的示意图；

图4为本实施例中根据平面点集生成点集成面模型的示意图；

图5为本实施例中形成平面点集的插件连接图；

图6为本实施例中形成箱梁底面的曲面轮廓的插件连接图；

图7为本实施例中根据纵向腹板及横向隔板位置剖切箱梁得到腹板、隔板特征曲线的插件连接图；

图8为本实施例中将腹板、隔板特征曲线投影至平面区域并排列为二维曲线的示意图；

图9为本实施例中所有横向隔板位置的纵向腹板高度特征线的示意图；

图10为本实施例中根据纵向腹板及横向隔板位置得到截面隔板位置控制高度的插件连接图；

图11为本实施例中提供的桥型的纵向图；

图12为图11中A-A的横向断面图；

图13为图11中B-B的变高断面图；

图14为图11中C-C的等高断面图；

图15为本实施例提供的建模系统中传输模块的插件连接示意图；

图16-a和16-b为本实施例提供的建模系统中建模模块的插件连接示意图；

图17为本实施例提供的建模系统中提取模块的插件连接示意图。

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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如图1所示，本申请实施例提供了一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法，该方法可以包括以下步骤：

输入空间曲面桥型的基本参数(即在grasshopper中输入所述空间曲面桥型的基本参数)，包括：纵向总长、底面曲线总长、底面终点直线长、横向总宽、曲面影响点投影坐标、底面曲面最低点坐标、桥梁斜交角度、是否存在道路竖曲线、道路竖曲线样式；根据基本参数，通过三维建模完成三维曲面模型的生成，三维曲面模型包括平面区域和曲面区域；提取三维曲面模型中特征线的线型及特征点坐标。

具体地，进行三维建模包括：形成平面点集；根据平面点集，进行坐标干涉；如图2所示，坐标干涉后整合平面点集并形成曲面点集；根据曲面点集形成包括边板、顶板、承台顶面及箱梁底面的完整箱体(如图3所示)。

如图4-5所示，形成平面点集，包括：在所述平面区域上生成点集，提取并计算所述点集的坐标与所述曲面影响点投影坐标的差值。

具体地，坐标干涉包括：分别对所述曲面点集进行纵向高程干涉与横向高程干涉，提取完成高程干涉后纵向的单排曲面点集，依次复制所述曲面点集以进行整合。

具体的，形成完整箱体包括：根据完成整合的曲面点集提取特征线，根据所提取的特征线形成边板与顶板，如图6所示，根据承台顶标高、尺寸及斜交角形成所述承台顶面，切除所述曲面点集的多余部分形成所述箱梁底面。

如图7所示，提取特征线的线型，包括：提取曲面区域的纵剖与斜向横剖，将纵剖与斜向横剖投影至平面区域并排列为二维曲线(如图8所示)；具体为根据纵向腹板及横向隔板位置剖切箱梁得到腹板、隔板特征曲线。

如图9-10所示，所述提取特征点的坐标，包括：输入待导出坐标的水平投影精度，根据投影精度设置剖切曲面，获取剖切曲面的纵向线，根据纵向线获得特征点的坐标并进行提取。

如图11至图14所示，该桥桥型为60+30m钢箱梁桥，钢箱梁底板为异型光滑曲面，曲面中间下凹，四条边线为直线，桥梁箱梁设置纵向腹板及横向隔板，对于本桥复杂结构，在设计、施工下料、现场拼接焊接流程中需要各方协同及控制精度，要求结构建模精度高、数据同步性好；且由于在桥梁前期方案设计中，相关各方多轮的意见及桥梁航道、净空对结构模型的调整也对结构建模效率提出很高要求；相对于工民建筑结构，桥梁结构跨度大，需要考虑道路纵断面(一般道路纵断面为二维竖曲线，本例同)对结构的影响，本实施例中的建模方法，可根据如图12-14所示道路各处的纵断面自行调整各项基本参数。

本发明实施例可以通过调整桥型的纵向总长L、底面曲线总长L2、底面终点直线长L3、建模划分精度(如划分水平投影精度为1m、0.1m)、横桥向宽度B、曲面影响点Z1轴中点投影坐标P点坐标、底面曲面最低点Z坐标高差 H1、斜交角度A、是否考虑道路竖曲线(是/否)、竖曲线样式(二维多段线导入)等参数，即时得到三维曲面模型、列出底面腹板纵向控制线及横向隔板控制线、导出设计人精度要求下曲面的点阵三维坐标。

具体的操作步骤如下：

(1)通过传输模块输入以下参数，传输模块如图15所示：

纵向总长L＝90m；底面曲线总长L2＝63m；

底面终点直线长L3＝2m；

建模划分精度＝1m；

横桥向宽度B＝24m；

曲面影响点Z1轴中点投影坐标P点坐标(60，0，0)；

底面曲面最低点Z坐标高差H1＝5.308；

斜交角度A＝14°；

是否考虑道路竖曲线(是)；

竖曲线样式(二维多段线导入)；

边腹板高度＝2m；

桥梁横坡＝0.02；

承台顶高程＝-3.173；

纵向各腹板Y坐标：

-11.55/-11.12/-10.69/-10.26/-9.83/-9.4/-8.97/-8.13/-7.7/-7.27/-6.84/-6.41/-5.98/ -5.55/-4.71/-4.28/-3.85/-3.42/-2.99/-2.56/-2.13/-1.29/-0.86/-0.43/0/0.43/0.86/1.29/2. 13/2.56/2.99/3.42/3.85/4.28/4.71/5.55/5.98/6.41/6.84/7.27/7.7/8.13/8.97/9.4/9.83/10. 26/10.69/11.12/11.55；

横向各隔板X坐标：

0.09/0.6/1.59/3.2/5.2/8.2/11.2/14.2/17.2/20.2/23.2/26.2/29.2/32.2/35.2/38.2/41. 2/44.2/47.2/50.2/53.2/55.6/57.6/59/60/61/62.4/64.4/66.8/69.8/72.8/75.8/78.8/81.8/8 4.8/86.8/88.41/89.4/89.91/；

坐标导出表格控制精度＝0.5。

(2)通过运行建模模块得到三维曲面模型，建模模块如图16-a、图16-b 所示。

(3)通过提取模块对已完成的三维曲面模型中特征线的线型及特征点坐标进行提取，再以EXCEL格式导出特征点坐标，提取模块如图17所示。

本发明实施例公开了一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法、系统及装置，可以将建模流程记录下来并且可视化操作，设计人员构建好模型后，可以调整自定义的自变量，且可以直接由计算机辅助计算得到自己定义因变量，设计人可以依据需要自行调整，大大减少了重复工作的时间，而对于相对复杂的结构效果尤其显著。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上对本发明所提供的一种基于grasshopper的空间曲面桥型参数化建模方法、系统、设备及介质，进行了详细介绍，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。