【技术实现步骤摘要】
本申请涉及bim建模领域，特别涉及一种基于bim的脚手架钢板网搭建方法。
技术介绍
1、脚手架是建筑施工中不可或缺的临时工程结构，广泛应用于各类建筑、桥梁等工程领域。传统的脚手架大多采用钢管搭设，存在搭设效率低、构件重复利用率低等问题。近年来，钢板网逐渐成为脚手架的主要材料之一，其具有强度高、刚度好、装配方便等优点，因此基于钢板网的脚手架体系得到了越来越多的应用。
2、然而，现有钢板网脚手架在设计和搭设过程中仍然存在一些不足之处。其中一个突出问题就是脚手架搭设冗余量大，存在大量重复、不必要的构件，导致材料浪费严重。例如，传统二维施工图难以全面表达脚手架的空间结构关系，容易出现构件定位不准确、节点连接不合理等问题，导致施工中出现构件冗余或者报废浪费现象。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的脚手架钢板网搭设冗余量大的问题，本申请提供了一种基于bim的脚手架钢板网搭建方法，通过bim建模并进行拓扑优化，通过设置体积约束、结构刚度约束和曲面稳定性约束等，降低冗余设计。
2、本申请的目的通过以下技术方案实现。
3、本申请提供一种基于bim的脚手架钢板网搭建方法，包括：获取脚手架钢板网的特征参数，特征参数包含立杆截面尺寸、横杆截面尺寸和钢板厚度；根据特征参数，利用参数化建模方法，建立脚手架钢板网的三维实体模型；采用自适应网格划分算法对三维实体模型进行网格划分，得到有限元网格；采用自适应网格加密算法识别有限元网格中的应力集中区域，并对应力集中区域进行网格加
4、进一步的，建立脚手架钢板网的三维实体模型，包括：根据获取的立杆截面尺寸、横杆截面尺寸和钢板厚度，采用基于约束的实体建模方法，建立脚手架钢板网的参数化几何模型；其中，参数化几何模型包含立杆、横杆和钢板的几何尺寸信息和相对位置关系；根据参数化几何模型，结合预设脚手架设计规范，采用参数驱动的规则推理方法，确定立杆和横杆的数量和布置间距；其中，脚手架设计规范包含脚手架结构设计规范、构件布置规则和构件连接规则；根据参数化几何模型，结合预设施工工艺要求，采用基于案例的知识推理方法，确定立杆与钢板、横杆与钢板之间的连接方式和节点构造；其中，施工工艺要求包含脚手架搭设工艺和施工顺序；根据确定的立杆和横杆的数量和布置间距，以及确定的连接方式和节点构造，采用实体合并和布尔运算，生成脚手架钢板网的三维实体模型。
5、进一步的，采用自适应网格划分算法对三维实体模型进行网格划分，包括：采用八叉树空间划分算法，通过递归地将三维实体模型的包围盒划分为八个子立方体，直到满足预设的网格尺寸，生成初始网格单元；计算初始网格单元中每个节点与对应相邻节点坐标差值的平均值，作节点的laplacian坐标；根据网格节点的laplacian坐标，构件全局刚度矩阵k和质量矩阵m，建立网格单元的线性方程组；其中，x为节点坐标待优化量，f为节点laplacian坐标；设置网格单元的最小尺寸和最大尺寸约束，作为节点坐标待优化量x的不等式约束；将全局刚度矩阵k、质量矩阵m、以及不等式约束后的线性方程组进行组合，得到整体线性方程组；采用共轭梯度迭代算法求解整体线性方程组，得到节点坐标待优化量x的位置矫正量，利用位置矫正量对节点坐标待优化量x进行修正；迭代执行节点坐标更新步骤，直至网格节点的最大位移小于预设阈值，得到最终的有限元网格。
6、进一步的，并对应力集中区域进行网格加密，包括：根据初始有限元网格，采用显式有限元方法计算脚手架钢板网在预设荷载工况下的应力状态，得到各个网格单元的应力张量；根据各个网格单元的应力张量，利用网格单元的节点处相邻单元的应力张量，通过最小二乘法拟合对应节点的应力场函数，并对应力场函数求梯度，得到节点应力梯度值；将节点应力梯度值插值到网格单元内部，得到网格单元的应力梯度场；比较应力梯度场与预设的应力梯度阈值，获取应力梯度大于应力梯度阈值的网格单元，作为应力集中区域；采用构件分类方法将应力集中区域划分为第一区域和第二区域；第一区域包含立杆和横杆构件的应力集中区域，第二区域包含钢板构件的应力集中区域；对第一区域，采用沿构件轴向的一维四叉树网格细分算法进行网格加密；对第二区域，采用在板平面内的二维四叉树网格细分算法进行网格加密，得到加密后的有限元模型。
7、进一步的，采用拓扑优化算法对加密后的有限元网格进行结构优化，包括：将加密后的有限元网格作为拓扑优化的设计区域，采用变密度算法将设计区域划分为多个子区域，每个子区域设置一个相对密度变量；以脚手架钢板网结构的总应变能最小为优化目标，以各子区域的相对密度变量为优化变量，建立拓扑优化模型；求解拓扑优化模型，得到各子区域的最优相对密度；根据各子区域的最优相对密度，更新各子区域的材料属性，得到优化后的三维实体模型。
8、进一步的，建立初始拓扑优化模型，包括：设置脚手架钢板网的体积约束条件和结构刚度约束条件；体积约束条件表达式如下：，其中，为采用simp插值方法表示的优化后结构的实际材料体积，为设计区域的初始体积，为体积分数上限；结构刚度约束条件表达式如下：，其中，为优化后结构在施工工况下的总应变能，为初始设计区域在相同工况下的总应变能；通过该约束条件保证优化后结构的整体刚度不低于初始设计；设置惩罚因子λ，根据约束条件，构建优化目标：<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><mi>o</mi><mi>(</mi><mi>ρ</mi><mi>)</mi><mi>=</mi><mi>c</mi><mi>(</mi><mi>ρ</mi><mi>)</mi><mo>+</mo><mi>λ</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><mi>v</mi><mi>(</mi><mi>ρ</mi><mi>)</mi><mi>−</mi><msub><mi>f</mi><mi>v</mi></msub><mi>×</mi><msub><mi>v</mi><mn>0</mn></msub></mrow&本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
5.根据权利要求2至4任一所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
8.根据权利要求5所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
9.根据权利要求8所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的基于BIM的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.一种基于bim的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于bim的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于bim的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的基于bim的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
5.根据权利要求2至4任一所述的基于bim的脚手架钢板网搭建方法，其特征在于：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：陈先瑞，张亚辉，王晓彬，封金，张思维，陈柏松，王雪涛，陶德江，董永魁，刘晓龙，杨硕，
申请(专利权)人：中航建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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