本发明专利技术涉及建筑龙骨设计技术领域，尤其涉及一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法。步骤如下：S1：构建曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨分段的数学建模；S2：对每条龙骨分段上的拼接点位置参数化；S3：通过两阶段多目标优化，对曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨的分段设计进行优化。本发明专利技术提供的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，通过构建了曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨(CWK)分段的数学模型和对应计算公式，从而能够综合考虑工厂制造和现场组装因素，同时通过“每条龙骨法”“公共直参考线法”及“公共曲参考线法”三种参数化方法进行高效工作，还可通过两阶段优化策略在提高优化效率的同时生成更加贴合设计师偏好的方案。
1、由于其流动的视觉动态效果、与自然环境的无缝融合以及满足特定功能需求(如音乐厅中的声学传播)的能力，曲面建筑龙骨设计近年来被广泛应用，尤其是在大型公共建筑龙骨设计中。曲面建筑龙骨设计的设计与建造融入了当代建筑龙骨设计中最先进的概念和技术，包括计算机辅助设计、计算机辅助工程以及计算机辅助制造。在设计和施工过程中，模板龙骨是关键的一环，直接影响曲面建筑龙骨设计的美观和成品质量。综合考虑加工便捷性与环保因素，通常选用曲面木龙骨(curved wooden keel，cwk)作为曲面建筑龙骨设计的模板。
2、cwk的设计、制造和装配过程如图1所示。建筑龙骨设计师根据功能与美学要求设计出建筑龙骨设计的曲面外观，而结构工程师则基于受力分析确定龙骨的排列(见图1(a))。完成龙骨布置设计后，设计师会依据模型进行具体龙骨设计，第一步是cwk的分段与排料(图1(b))。接下来，工厂根据切割图生产cwk段(图1(c))，并最终在施工现场进行装配(图1(d))。cwk的分段与排料(见图1(a)和图1(b))是其制造与装配的基础。因此，在设计中必须充分考虑制造和装配的要求。然而，针对这一方面的研究目前还较为稀缺。当前的设计流程主要依赖设计师的手动操作，尽管部分流程实现了自动化，但全面自动化和智能化尚未实现。
>技术实现思路1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，用于解决上述
技术介绍
中提出的技术问题。
2、为了解决上述的技术问题，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，步骤如下：
4、s1：构建曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨分段的数学建模；
5、s2：对每条龙骨分段上的拼接点位置参数化；
6、s3：通过两阶段多目标优化，对曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨的分段设计进行优化；
7、s4：对s3步骤完成的优化，进行各分段的编号处理；
8、s5：对s4步骤完成的编码后的分段，进行排料。
9、作为本专利技术提供的所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法的一种优选实施方式，所述s1步骤中，构建曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨分段的数学建模，步骤如下：
10、将曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨分为三层，其中最内侧为“内层”，其余两层都为外层，且两个外层对称分布在内层的外侧；
11、确定相邻层之间的拼接点，同时各拼接点的方向应垂直于曲线所在位置的切线；
12、将曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨分段的所有绑扎钢丝带应在同一直线上排列；
13、将不同分段的拼接点设计在不同的直线上。
14、作为本专利技术提供的所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法的一种优选实施方式，每个曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨的分段均从固定尺寸的标准木板上切割而成。
15、作为本专利技术提供的所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法的一种优选实施方式，所述s2步骤中，对每条龙骨分段上的拼接点位置参数化，步骤如下：
16、将每条龙骨的几何中心线作为参考线，则沿该参考线优化切割点的位置；
17、通过公共直参考线确定每段龙骨的切割点；
18、通过公共曲参考线对较长的曲面龙骨确定切割点。
19、作为本专利技术提供的所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法的一种优选实施方式，所述通过公共直参考线确定每段龙骨的切割点，步骤如下：
20、在垂直于水平面的位置设置公共直参考线，同时公共直参考线的起点和终点的x和y坐标分别为各龙骨中心线起点和终点x、y坐标的平均值，让公共直参考线的z坐标则分别为龙骨中心线起点和终点的最小和最大z值；
21、在该公共直线沿线优化切割点的位置,具体为通过提出的两阶段多目标优化算法进行切割点的优化；
22、在优化后切割点处构建水平面以与各龙骨的中心线相交，确定每段龙骨的切割点；
23、所述通过公共曲参考线对较长的曲面龙骨确定切割点，步骤如下：
24、将最长cwk的中心线设定为公共曲参考线，并对cwk分段进行均匀分割。
25、作为本专利技术提供的所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法的一种优选实施方式，所述s3步骤中，通过两阶段多目标优化，生成对应分段方案及其目标函数值的数据，步骤如下：
26、通过锦标赛选择法选择父代，然后利用两点交叉算子和变异算子生成子代；
27、将生成的子代与父代合并，并进行非支配排序和拥挤距离排序；
28、将具有较高前沿等级或较小拥挤距离的个体被选中，直到新种群个体数量等于初始种群数量；
29、通过两阶段多目标优化对每个阶段初始种群优化并采用动态交叉与变异操作；
30、通过各阶段得到的不同初始设计种群，作为nsga-ii算法的输入；
31、获得对应分段方案及其目标函数值的数据。
32、作为本专利技术提供的所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法的一种优选实施方式，通过两阶段多目标优化对每个阶段初始种群优化并采用动态交叉与变异操作，步骤如下：
33、在第一阶段中，通过复制均匀分段个体生成初始种群；
34、在第二阶段中，通过复制从第一阶段进化结束时选出的最佳个体，生成初始种群。
35、作为本专利技术提供的所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法的一种优选实施方式，所述s4步骤中，对s3步骤完成的优化，进行各分段的编号处理，步骤如下：
36、确定每个分段的几何中心；
37、利用k均值聚类对中心的z坐标进行聚类；
38、当分段中心的z值完成聚类后，相应的分段也会依次被分组；
39、对每个分组按照字母+数字，分别进行编码。
40、作为本专利技术提供的所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法的一种优选实施方式，所述s5步骤中，对s4步骤完成的编码后的分段，进行排料，步骤如下：
41、所述s5步骤中，对s4步骤完成的编码后的分段，进行排料，步骤如下：
42、获取每个cwk分段的原始中心位置(xi,yi,zi)及其转换后的对应位
43、″″″
44、置(xi,yi,zi)，获得位置转换参数(xi-xi,yi-yi,zi-zi),其中i表示cwk的编号；
45、″′
46、根据相应的转换参数(xi-xi,yi-yi,zi-zi)对分段编码的原始位置进行转换。...
【技术保护点】
1.一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述S1步骤中，构建曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨分段的数学建模，步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，每个曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨的分段均从固定尺寸的标准木板上切割而成。
4.根据权利要求1所述的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述S2步骤中，对每条龙骨分段上的拼接点位置参数化，步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述通过公共直参考线确定每段龙骨的切割点，步骤如下：
6.根据权利要求1所述的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述S3步骤中，通过两阶段多目标优化，生成对应分段方案及其目标函数值的数据，步骤如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，通过两阶段多目标优化对每个阶段初始种群优化并采用动态交叉与变异操作，步骤如下：
8.根据权利要求1所述的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述S4步骤中，对S3步骤完成的优化，进行各分段的编号处理，步骤如下：
9.根据权利要求1所述的一种基于BIM和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述S5步骤中，对S4步骤完成的编码后的分段，进行排料，步骤如下：
...
【技术特征摘要】
1.一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述s1步骤中，构建曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨分段的数学建模，步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，每个曲面建筑龙骨设计的曲面木龙骨的分段均从固定尺寸的标准木板上切割而成。
4.根据权利要求1所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述s2步骤中，对每条龙骨分段上的拼接点位置参数化，步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于bim和智能算法的曲面木龙骨深化设计方法，其特征在于，所述通过公共直参考线确定每段龙骨的...
【专利技术属性】
技术研发人员：许波，程国忠，张永军，王军强，杨珍瑞，杨占山，张伟东，
申请(专利权)人：鄂尔多斯应用技术学院，
类型：发明
国别省市：
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