基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法及系统。所述设计方法包括以下步骤：通过曲面引入模块(11)引入建筑幕墙空间多个曲面(9)，获取曲面网格点模块(12)将所述多个曲面(9)按照U、V网格提取曲面(9)内U、V网格的格点；获取基准平面模块(14)将曲面(9)边缘顶点(8)的编号为(0、1、2)的顶点按3点平面法则创建基准平面；获取点到基准面距离模块(16)将所有的曲面(9)内部U、V网格交点(10)投影到所述基准平面并分析得出各U、V网格交点(10)到基准平面的距离(拱高值)；对最大拱高值小于A的曲面(9)采用平板优化方案；对最大拱高值大于A的曲面(9)采用单曲板优化方案。本发明专利技术方法及系统解决建筑幕墙项目中空间扭曲面的优化问题，为项目节省成本、降低施工难度、减少设计师工作强度、提升工作效率。提升工作效率。提升工作效率。

【技术实现步骤摘要】
基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法及系统


[0001]本专利技术涉及建筑幕墙优化设计的
，尤其涉及一种基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法及系统。

技术介绍

[0002]随着人们对建筑美学的不断追求，越来越多的建筑呈现复杂、异形的特点，这就造就了各种造形特异的幕墙外立面。各种异形、不规则曲面在幕墙项目中频频出现。这种空间曲面在实际加工生产时不仅成本高而且周期长，精度也不易控制，在实际项目中扭曲板材加工费用是普通板材加工费用的2倍甚至更多，因此在不影响功能、安全和外观效果情况下我们会对扭曲面进行优化，以取得较好的经济利益。通常我们需要对曲面的拱高、翘曲、曲率等进行全面分析，在满足外观效果的情况下进行曲面优化，如将不规则曲面优化成圆柱、锥形曲面、平面等以便于加工，降低成本。以往的优化方法先是先手动提取空间曲面某一点的曲率，再模拟成标准单曲面，再分析原曲面与标准曲面的偏差值，此偏差值需要人工逐个选取各点进行测量确定最大值，再判断最大值是否在可接受的偏差范围内，若不在范围内则判断此点曲率对应的标准单曲面不能满足优化要求，需返回最初的步骤重新选择其它点再逐一进行分析、判断，直到找到最接近的单曲面。现有优化方法需投入大量的精力和时间，重复的工作量大，效率不高。因此有必要设计一种可高效、重复利用的依靠计算机来自动完成曲面分析和优化的设计方法，以降低设计师的工作强度、提升优化效率和准确性，同时可降低后期加工、施工的环节的难度，更有利于保证产品质量和工程质量。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：应用Rhino及Grasshopper软件平台，通过对软件自带的功能电池，根据方案需要选择不同功能的电池组和、编制成具备能完成特定逻辑运算的电池组模块。该模块通过对空间曲面的BIM模型进行曲面的曲率分析、拱高分析、翘曲分析、曲面向单曲优化、曲面向平板优化的方法，解决幕墙项目中空间扭曲面的优化问题。
[0004]为此本专利技术提供一种基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法及系统。所述建筑幕墙空间曲面优化系统包括：曲面引入模块、获取曲面网格点模块、曲面顶点排序模块、获取基准平面模块、顶点编号可视化模块、获取点到基准面的距离模块、点到基准面的距离可视化模块和曲面内部点拱高分析模块。利用该建筑幕墙空间曲面优化系统对建筑幕墙空间曲面进行优化设计的方法包括以下步骤：
[0005]步骤1：通过曲面引入模块将建筑幕墙空间多个曲面引入至获取曲面网格点模块；
[0006]步骤2：获取曲面网格点模块将所述多个曲面按照U、V网格提取曲面内U、V网格的格点；通过BIM软件自带功能电池提取所述曲面内的U、V网格交点；
[0007]步骤3：曲面顶点排序模块提取所述曲面在U、V网格边缘的顶点8，并在曲面中心点绘制一中心圆，通过BIM软件自带排序电池将所述顶点按照中心圆逆时针排序；得到所述曲面边缘顶点的排序编号(0、1、2、3)；并过顶点编号可视化模块将所述曲面9边缘顶点的编号
显示于模型中；
[0008]步骤4：获取基准平面模块将步骤3得到的编号为(0、1、2)的顶点按3点平面法则创建基准平面；即顶点0为原点，顶点1为X轴方向，顶点2为Y轴方向建立的一个平面坐标系；
[0009]步骤5：获取点到基准面距离模块读取步骤4得到的基准平面及步骤2得到曲面内部U、V网格交点，将所有的曲面9内部U、V网格交点投影到所述基准平面并分析得出各U、V网格交点到基准平面的距离，此距离即为曲面上U、V网格交点的拱高值；并通过点到所述基准平面可视化模块将所述曲面各网格交点的拱高值显示在模型中；
[0010]步骤6：曲面内部点拱高分析模块读取步骤5获得的曲面U、V网格交点拱高数据并将所述拱高数据转换为拱高绝对值，分析出每一个曲面拱高值；设定一个拱高控制参数A，该高控制参数A的大小应根据建筑幕墙的材料、面板尺寸的不同设为不同数值，其取值范围在4～7mm之间，对最大拱高值小于A的曲面定义为类型一曲面，调用平板优化系统对其进行平板优化；对最大拱高值大于A的曲面定义为类型二扭曲面，调用单曲板优化系统对其进行单曲板优化。
[0011]对所述类型一曲面调用平板优化系统对其采用平板优化的技术方案如下：
[0012]所述平板优化系统包括：曲面引入模块、曲面点排序模块、构建基准平面模块、获取投影顶点并连线模块和获取优化平板模块。
[0013]使用上述平板优化系统对类型一曲面采用平板优化方案包括如下步骤：
[0014]步骤7：曲面引入模块引入类型一曲面，曲面点排序模块读取类型一曲面顶点，并在类型一曲面中心点绘制一中心圆，通过BIM软件自带的排序电池将顶点8按照所述中心圆逆时针排序，得到经排序的顶点编号(0、1、2、3)；
[0015]步骤8：构建基准平面模块将所述顶点编号为(0、1、2)的顶点按3点平面法则创建基准平面；获取投影顶点并连线模块读取所述基准平面及曲面顶点编号(0、1、2、3)，将所述顶点(0、1、2、3)投影至所述基准平面，得到平面内顶点及各顶点到所述基准平面的距离，将基准平面内的投影点连线创建一闭合的曲线，将各顶点到基准平面的距离值进行统计分析，得到距离最大值并以列表显示；
[0016]步骤9：通过获取优化平板模块引入步骤8所创建的基准平面封闭曲线，依据在基准平面的封闭曲线创建平面，该平面板即为类型一曲面的优化平面板。
[0017]对所述类型二扭曲面调用单曲板优化系统对其采用单曲板优化的技术方案如下：
[0018]所述单曲板优化系统包括:曲面引入模块，获取曲面上的点模块、获取曲面上指定点的极小半径圆模块、创建优化圆柱面模块、获取实际大小切割圆柱面模块、遗传算法获取最优圆柱面模块、获取优化曲面上多个点模块、获取优化后偏差最大值模块、各点距离偏差值可视化模块和标记偏差最大值位置模块。
[0019]使用上述单曲板优化系统对类型二扭曲面采用单曲板优化方案包括如下步骤：
[0020]步骤10：曲面引入模块引入所述类型二扭曲面；获取扭曲面网格点模块将类型二扭曲面按照U、V网格数量提取曲面内部点，U、V网格数量的取值范围应大于8x8的网格交点，将网格数设置为参数“曲面取点网格”，通过BIM软件自带功能电池提取类型二扭曲面上U、V网格的交点；
[0021]步骤11：获取曲面上指定点极小半径圆模块引入所述类型二扭曲面的U、V网格的交点；设置大于U、V网格交点数量的“取点编号”参数，提取指定点编号的交点，通过BIM软件
自带提取曲率功能电池提取该指定编号交点对应在类型二扭曲面上的极小半径圆；
[0022]步骤12：创建优化圆柱面模块引入步骤11创建的极小半径圆，以此极小半径圆为底圆创建一覆盖所述扭类型二扭曲面92的圆柱面，此圆柱面为准优化圆柱面；
[0023]步骤13：获取实际大小切割圆柱面模块引入所述准优化圆柱面和类型二扭曲面，提取类型二扭曲面的边框线，应用BIM软件自带的拉回曲线功能电池将扭曲面边框线投影至准优化圆柱面上，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法，其特征在于，其包括以下步骤:步骤1：通过曲面引入模块(11)将建筑幕墙空间多个曲面(9)引入至获取曲面网格点模块(12)；步骤2：获取曲面网格点模块(12)将所述多个曲面(9)按照U、V网格提取曲面(9)内U、V网格的格点；通过BIM软件自带功能电池提取所述曲面(9)内的U、V网格交点(10)；步骤3：曲面顶点排序模块(13)提取所述曲面(9)在U、V网格边缘的顶点(8)，并在曲面(9)中心点绘制一中心圆，通过BIM软件自带排序电池将所述顶点(8)按照中心圆逆时针排序；得到所述曲面(9)边缘顶点(8)的排序编号(0、1、2、3)；步骤4：获取基准平面模块(14)将步骤3得到的编号为(0、1、2)的顶点按3点平面法则创建基准平面；步骤5：获取点到基准面距离模块(16)读取步骤4得到的基准平面及步骤2得到曲面(9)内部U、V网格交点(10)，将所有的曲面(9)内部U、V网格交点(10)投影到所述基准平面并分析得出各U、V网格交点(10)到基准平面的距离，此距离即为曲面(9)上U、V网格交点(10)的拱高值；步骤6：曲面内部点拱高分析模块(18)读取步骤5获得的曲面(9)U、V网格交点(10)拱高数据并将所述拱高数据转换为拱高绝对值，分析出每一个曲面(9)拱高值；设定一个拱高控制参数A，对最大拱高值小于A的曲面(9)定义为类型一曲面(91)，采用平板优化方案；对最大拱高值大于A的曲面(9)定义为类型二扭曲面(92)，采用单曲板优化方案。2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法，其特征在于：所述拱高控制参数A的大小应根据建筑幕墙的材料、面板尺寸的不同设为不同数值，其取值范围在4～7mm之间；步骤4所述按3点平面法则创建基准平面具有为：以顶点0为原点，顶点1为X轴方向，顶点2为Y轴方向建立的一个平面坐标系。3.根据权利要求1所述的基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法，其特征在于步骤3还包括：通过顶点编号可视化模块(15)将所述曲面(9)边缘顶点(8)的编号显示于模型中。4.根据权利要求1所述的基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法，其特征在于步骤5还包括：通过点到所述基准平面可视化模块(17)将所述曲面(9)各网格交点(10)的拱高值显示在模型中。5.根据权利要求1至4任一项所述的基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法，其特征在于，所述步骤6对类型一曲面(91)采用平板优化方案包括如下步骤：步骤7：曲面引入模块(21)引入类型一曲面(91)，曲面点排序模块(22)读取类型一曲面(91)顶点(8)，并在类型一曲面(91)中心点绘制一中心圆，通过BIM软件自带的排序电池将顶点(8)按照所述中心圆逆时针排序，得到经排序的顶点(8)编号(0、1、2、3)；步骤8：构建基准平面模块(23)将所述顶点(8)编号为(0、1、2)的顶点按3点平面法则创建基准平面；获取投影顶点并连线模块(24)读取所述基准平面及曲面顶点(8)编号(0、1、2、3)，将所述顶点(0、1、2、3)投影至所述基准平面，得到平面内顶点(8)及各顶点(8)到所述基准平面的距离，将基准平面内的投影点连线创建一闭合的曲线，将各顶点(8)到基准平面的距离值进行统计分析，得到距离最大值并以列表显示；
步骤9：通过获取优化平板模块(25)引入步骤8所创建的基准平面封闭曲线，依据在基准平面的封闭曲线创建平面，该平面板即为类型一曲面(91)的优化平面板。6.根据权利要求1至4任一项所述的所述的基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法，其特征在于，所述步骤6对类型二扭曲面(92)采用单曲板优化方案包括如下步骤：步骤10：曲面引入模块(31)引入所述类型二扭曲面(92)；获取扭曲面网格点模块(32)将类型二扭曲面(92)按照U、V网格数量提取曲面内部点，将网格数设置为参数“曲面取点网格”，通过BIM软件自带功能电池提取类型二扭曲面(92)上U、V网格的交点(10)；步骤11：获取曲面上指定点极小半径圆模块(33)引入所述类型二扭曲面(92)U、V网格的交点(10)；设置大于U、V网格交点数量的“取点编号”参数，提取指定点编号的交点(10)，通过BIM软件自带提取曲率功能电池提取该指定编号交点(10)对应在类型二扭曲面(92)上的极小半径圆；步骤12：创建优化圆柱面模块(34)引入步骤11创建的极小半径圆，以此极小半径圆为底圆创建一覆盖所述扭类型二扭曲面(92)的圆柱面，此圆柱面为准优化圆柱面；步骤13：获取实际大小切割圆柱面模块(35)引入所述准优化圆柱面和类型二扭曲面(92)，提取类型二扭曲面(92)的边框线，应用BIM软件自带的拉回曲线功能电池将扭曲面(92)边框线投影至准优化圆柱面上，投影规则为将扭曲面(92)边框线沿圆柱面法线方向投影至准优化圆柱面，得到扭曲面(92)边界对应准优化圆柱面上边界线，应用曲面分割功能沿所述投影边界线切割从而把准优化圆柱面分割成第一柱面和第二柱面两部分，其中面积较小并与原类型二扭曲面(92)大小一致的第二柱面即为优化单曲面板；步骤14：获取优化曲面上多个点模块(37)引入步骤13得到的切割后的优化单曲面板，提取优化单曲面板边缘的顶点，通过顶点Z坐标值的大小筛选出Z坐标最低的顶点，以此Z坐标最低点为基准，建立所述优化单曲板网格点高度值的曲面等高线，把等高线间距设置为参数“测试点间距取值”；步骤15：获取优化后偏差最大值模块(38)引入步骤14所创建的优化单曲板上等高线网格点和类型二扭曲面(92)，通过BIM软件自带的求点到面距离功能电池将所述优化单曲板上的等高线网格点投影到所述类型二扭曲面(92)上，分析得出所述优化单曲板上等高线网格点到类型二扭曲面(92)之间的距离，此距离即为优化单曲板与原类型二扭曲面(92)之间的偏差值；步骤16：反复N次调整所述“曲面取点网格”参数数值后，再循环运行上述步骤10至步骤15，得到N个类型二扭曲面(92)内部网格点与其对应的优化单曲板距离最大值的数据集合；步骤17：遗传算法获取最优圆柱面模块(36)引入步骤16所述N个类型二扭曲面(92)内部网格点与其对应的优化单曲板之间距离最大值的数据集合，通过参数“取点编号”提取编号点(0～100)及距离最大值作为遗传算法的运算条件，设置最小值作为运算最优结果，通过比对、分析寻找到类型二扭曲面(92)内部点与其对应优化单曲板之间距离值中最小的输出结果，该距离最小所对应的优化单曲板即为原类型二扭曲面的最优优化结果。7.根据权利要求6所述的基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法，其特征在于：为保证精度，步骤10所述类型二扭曲面(92)U、V网格数量的取值范围大于8x8的网格交点；步骤14所述所述优化单曲板网格点高度值的曲面等高线的等分数为6～8。8.根据权利要求6所述的基于BIM技术的建筑幕墙空间曲面优化设计方法，其特征在
于：所述步骤15还包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，
申请(专利权)人：深圳市方大建科集团有限公司，
类型：发明
国别省市：