一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法及装置，该方法包括：分别计算出横曲线和竖曲线后，利用里程作为参数，对横曲线添加高程，拉高整条横曲线，得到基线；提取高铁桥梁构件的特征参数，在同一坐标系下，对高铁桥梁构件进行参数化设计，得到高铁桥梁构件模型；根据建立的高铁桥梁构件模型间的装配矩阵实现桥梁装配。本发明专利技术实施例提供的铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法及装置，通过根据横曲线和竖曲线拟合得到基线，实现了参数化准确创建基线；通过建立相邻高铁桥梁构件模型间的装配矩阵，明晰了高铁桥梁构件相互作用规则；通过在基线的基础上，利用装配矩阵实现桥梁装配，提高了铁路桥梁BIM施工模型创建的准确性和快速性。

A method and device for quick generation of BIM construction model of railway bridge

【技术实现步骤摘要】
一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法及装置
本专利技术涉及建筑工程
，具体涉及一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法及装置。
技术介绍
随着中国铁路大发展，特别是近年来中国高速铁路迅猛发展，带动全球掀起了新的一波铁路建设潮流。铁路BIM(BuildingInformationModeling，建筑信息模型)技术的发展，更是推进铁路信息化大发展。而BIM技术的基础是三维模型，因此如何快速创建三维BIM模型，成为近些年BIM领域众多学者研究热点。在铁路行业，工期紧、任务重，BIM模型的快速生成技术，决定着高速铁路BIM信息化应用的质量。参数化设计是几何体建模的重要手段，高铁桥梁的三维可视化是当今桥梁信息化的发展趋势。参数化三维桥梁模型创建在铁路行业研究较少。当前铁路桥梁BIM施工模型生成依赖国外CAD软件，国产化成分不高。当前铁路桥梁BIM施工模型创建过程一般如下：对高速铁路桥梁进行组件拆分与子类划分，形成建模的最小构件，采用参数化方法描述构件的几何、定位、材质特征，通过输入参数值获得形态迥异的构件实例；然后根据组件的相互作用规则与定位参数，将组件自动组合为桥梁；最后依托国外建模软件，编程或者脚本实现。已有技术中铁路桥梁BIM施工模型的构建中存在高铁桥梁参数化生成三维基线方法不准确(如只用离散的点表示三维基线)，可用性差，高铁桥梁构件相互作用规则不够简洁等缺陷，从而使得建立的铁路桥梁BIM施工模型不准确且无法实现快速创建。
技术实现思路
为解决现有技术中的问题，本专利技术实施例提供一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法及装置。第一方面，本专利技术实施例提供一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，包括：分别计算出用于表示铁路桥梁的横曲线和竖曲线后，利用横曲线的里程作为参数，根据对应的竖曲线的值对横曲线添加高程，拉高整条横曲线，从而得到基线，所述基线用于装配梁；提取高铁桥梁构件的特征参数，在同一坐标系下，基于所述特征参数对所述高铁桥梁构件进行参数化设计，得到高铁桥梁构件模型；建立装配时具有相邻关系的任意两个所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵，根据铁路桥梁的装配关系，基于所述装配矩阵逐步实现桥梁装配。进一步地，所述基于所述特征参数对所述高铁桥梁构件进行参数化设计包括：基于托盘的特征参数对托盘进行参数化设计；所述基于托盘的特征参数对托盘进行参数化设计具体包括：根据托盘的所述特征参数，计算顶面特征点，构建托盘顶面轮廓线；根据所述托盘的所述特征参数，计算底面特征点，构建托盘底面轮廓线；根据前后曲面约束半径和左右曲面约束半径，构建托盘中间圆曲面轮廓线；根据所述托盘顶面轮廓线、所述托盘底面轮廓线和所述托盘中间圆曲面轮廓线放样出第一实体托盘模型；根据水槽参数与位置，对所述第一实体托盘模型做布尔运算，计算得到有水槽的第二实体托盘模型；根据倒角大小与倒角边特征，对上所述第二实体托盘模型，实现倒角运算，得到最终的实体托盘模型。进一步地，所述基于所述特征参数对所述高铁桥梁构件进行参数化设计包括基于桥墩的特征参数对桥墩进行参数化设计；所述基于桥墩的特征参数对桥墩进行参数化设计具体包括：根据桥墩的所述特征参数，计算桥墩顶面轮廓线；根据所述桥墩的所述特征参数，计算桥墩底面轮廓线；使用所述桥墩顶面轮廓线和所述桥墩底面轮廓线放样出实体桥墩模型。进一步地，所述建立装配时具有相邻关系的任意两个相邻所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵，具体包括：基于对应的特征点建立装配时具有相邻关系的任意两个相邻所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵；其中所述对应的特征点是指相邻所述高铁桥梁构件模型装配到一起时的重合点。进一步地，所述基于对应的特征点建立装配时具有相邻关系的任意两个相邻所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵具体包括：基于梁和基线对应的特征点建立将梁装配到基线上的梁装配矩阵；基于托盘和梁对应的特征点建立将托盘装配到梁上的托盘装配矩阵；基于桥墩和托盘对应的特征点建立将桥墩装配到托盘上的桥墩装配矩阵；基于承台和桥墩对应的特征点建立将承台装配到桥墩上的承台装配矩阵；基于桩基和承台对应的特征点建立将桩基装配到承台上的桩基装配矩阵。进一步地，所述梁和基线对应的特征点包括梁的起点和终点；所述托盘和梁对应的特征点包括托盘的起点和终点；所述桥墩和托盘对应的特征点包括桥墩的起点和终点；所述承台和桥墩对应的特征点包括承台的起点和终点；所述桩基和承台对应的特征点包括桩基的起点和终点。进一步地，所述基于梁和基线对应的特征点建立将梁装配到基线上的梁装配矩阵，具体包括：提取标准坐标系下梁上轨面高程上起点和终点的三维空间坐标；根据实际设计场景中所述梁所在起始里程与终点里程，计算出所述梁在基线上的实际的三维空间坐标；将得到的两对坐标做空间映射，计算出旋转变换四元组和平移向量，进一步构造出梁装配矩阵；所述基于托盘和梁对应的特征点建立将托盘装配到梁上的托盘装配矩阵，具体包括：提取标准坐标系下托盘上表面垫石中间线上起点和终点的三维空间坐标；根据实际设计场景中所述托盘所在梁起始里程与终点里程以及托盘在基线方向上的距离，计算出托盘起始里程与终点里程的实际的三维空间坐标；将得到的两对坐标做空间映射，计算出旋转变换四元组和平移向量，进一步构造出托盘装配矩阵；所述基于桥墩和托盘对应的特征点建立将桥墩装配到托盘上的桥墩装配矩阵，具体包括：提取托盘坐标系下桥墩上表面的垫石中间线上起点和终点的三维空间坐标；根据实际设计场景中，对应托盘所在坐标系，将与桥墩上表面的垫石中间线上起点和终点对应的托盘下表面两个特征点的坐标提取出来，根据托盘实际高度，计算出所述托盘下表面两个特征点的三维空间坐标；将得到的两对坐标做空间映射，计算出旋转变换四元组和平移向量，进一步构造出桥墩装配矩阵；所述基于承台和桥墩对应的特征点建立将承台装配到桥墩上的承台装配矩阵，具体包括：提取桥墩坐标系下，承台上表面中间线上起点和终点的三维空间坐标；根据实际设计场景中，对应桥墩所在坐标系，将与承台上表面中间线上起点和终点对应的桥墩下表面两个特征点的坐标提取出来，根据桥墩实际高度，计算出所述桥墩下表面两个特征点的三维空间坐标；将得到的两对坐标做空间映射，计算出旋转变换四元组和平移向量，进一步构造出承台装配矩阵；所述基于桩基和承台对应的特征点建立将桩基装配到承台上的桩基装配矩阵，具体包括：提取承台坐标系下，承台下表面与桩基相切的下平面特征点的起点和终点的三维空间坐标；根据实际设计场景中，对应承台所在坐标系，根据桩基数目、桩基半径及桩基圆心间距离，计算出实际桩基形成的上切面的形状，并计算出所述上切面与承台的下平面特征点的起点和终点相对的两个特征点的三维空间坐标；将得到的两对坐标做空间映射，计算出旋转变换四元组和平移向量，进一步构造出桩基装配矩阵。第二方面，本专利技术实施例提供一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成装置，包括：基线获取模块，用于分别计算出用于表示铁路桥梁的横曲线和竖曲线后，利用横曲线的里程作为参数，根据对应的竖曲线的值对横曲线添加高程，拉高整条横曲线，从而得到基线，所述基线用于装配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，其特征在于，包括：/n分别计算出用于表示铁路桥梁的横曲线和竖曲线后，利用横曲线的里程作为参数，根据对应的竖曲线的值对横曲线添加高程，拉高整条横曲线，从而得到基线，所述基线用于装配梁；/n提取高铁桥梁构件的特征参数，在同一坐标系下，基于所述特征参数对所述高铁桥梁构件进行参数化设计，得到高铁桥梁构件模型；/n建立装配时具有相邻关系的任意两个所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵，根据铁路桥梁的装配关系，基于所述装配矩阵逐步实现桥梁装配。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，其特征在于，包括：
分别计算出用于表示铁路桥梁的横曲线和竖曲线后，利用横曲线的里程作为参数，根据对应的竖曲线的值对横曲线添加高程，拉高整条横曲线，从而得到基线，所述基线用于装配梁；
提取高铁桥梁构件的特征参数，在同一坐标系下，基于所述特征参数对所述高铁桥梁构件进行参数化设计，得到高铁桥梁构件模型；
建立装配时具有相邻关系的任意两个所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵，根据铁路桥梁的装配关系，基于所述装配矩阵逐步实现桥梁装配。


2.根据权利要求1所述的铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，其特征在于，所述基于所述特征参数对所述高铁桥梁构件进行参数化设计包括：基于托盘的特征参数对托盘进行参数化设计；所述基于托盘的特征参数对托盘进行参数化设计具体包括：
根据托盘的所述特征参数，计算顶面特征点，构建托盘顶面轮廓线；根据所述托盘的所述特征参数，计算底面特征点，构建托盘底面轮廓线；根据前后曲面约束半径和左右曲面约束半径，构建托盘中间圆曲面轮廓线；根据所述托盘顶面轮廓线、所述托盘底面轮廓线和所述托盘中间圆曲面轮廓线放样出第一实体托盘模型；根据水槽参数与位置，对所述第一实体托盘模型做布尔运算，计算得到有水槽的第二实体托盘模型；根据倒角大小与倒角边特征，对上所述第二实体托盘模型，实现倒角运算，得到最终的实体托盘模型。


3.根据权利要求1所述的铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，其特征在于，所述基于所述特征参数对所述高铁桥梁构件进行参数化设计包括基于桥墩的特征参数对桥墩进行参数化设计；所述基于桥墩的特征参数对桥墩进行参数化设计具体包括：
根据桥墩的所述特征参数，计算桥墩顶面轮廓线；根据所述桥墩的所述特征参数，计算桥墩底面轮廓线；使用所述桥墩顶面轮廓线和所述桥墩底面轮廓线放样出实体桥墩模型。


4.根据权利要求1所述的铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，其特征在于，所述建立装配时具有相邻关系的任意两个相邻所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵，具体包括：
基于对应的特征点建立装配时具有相邻关系的任意两个相邻所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵；其中所述对应的特征点是指相邻所述高铁桥梁构件模型装配到一起时的重合点。


5.根据权利要求4所述的铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，其特征在于，所述基于对应的特征点建立装配时具有相邻关系的任意两个相邻所述高铁桥梁构件模型间的装配矩阵具体包括：
基于梁和基线对应的特征点建立将梁装配到基线上的梁装配矩阵；基于托盘和梁对应的特征点建立将托盘装配到梁上的托盘装配矩阵；基于桥墩和托盘对应的特征点建立将桥墩装配到托盘上的桥墩装配矩阵；基于承台和桥墩对应的特征点建立将承台装配到桥墩上的承台装配矩阵；基于桩基和承台对应的特征点建立将桩基装配到承台上的桩基装配矩阵。


6.根据权利要求5所述的铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，其特征在于，所述梁和基线对应的特征点包括梁的起点和终点；所述托盘和梁对应的特征点包括托盘的起点和终点；所述桥墩和托盘对应的特征点包括桥墩的起点和终点；所述承台和桥墩对应的特征点包括承台的起点和终点；所述桩基和承台对应的特征点包括桩基的起点和终点。


7.根据权利要求5所述的铁路桥梁BIM施工模型快速生成方法，其特征在于，所述基于梁和基线对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王同军，王万齐，史瑞昌，秦琳，乔立贤，王蓉蓉，刘伟，沈东升，刘延宏，王江，索宁，李慧，王辉麟，解亚龙，卢文龙，郭歌，智鹏，王志华，梁策，贺晓玲，杨兴磊，牛宏睿，鲁玉龙，呼腊梅，郭芳，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京经纬信息技术有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11