一种基于bim的主体结构施工中木模板的排料算法
技术领域
1.本发明属于建筑施工技术领域，尤其是涉及一种基于bim的主体结构施工中木模板的排料算法。
背景技术：
2.bim技术(建筑信息模型)是数字技术在建筑工程中的直接应用，解决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，并为协同工作提供坚实的基础。建筑信息模型同时又是一种应用于设计、建造、管理的数字化方法，这种方法支持建筑工程的集成管理环境，可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率和大量减少风险。
3.在传统的建筑模板工程工艺样板施工中，利用平面施工图进行模板支设、加固设计及材料计划，但由于平面图纸无法将整套工艺的数据信息、逻辑关联表现出来。目前，模板施工主要依靠木工师傅依据经验进行现场排布、调整，由于个人技术差异存在标准无法统一，施工质量缺陷很难控制，往往无法起到工艺样板应该发挥的作用。且工作效率较低，计算精度低，容易发生错误，而且不便调整，一旦发生调整，工程量计算需要从头开始计算。
技术实现要素：
4.本发明要解决的问题是提供一种基于bim的主体结构施工中木模板的排料算法，解决目前的模板工程施工工艺复杂，施工效率低，影响施工质量的因素多，且工艺样板标准不统一、施工指导性差问题。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于bim的主体结构施工中木模板的排料算法，步骤为：
6.根据初步施工方案利用bim软件建立主体结构模型；
7.对所述主体结构模型进行模板排料和排料计算，直接生成木模板加工图，指导现场施工。
8.进一步的，所述根据初步施工方案利用bim软件建立主体结构模型的步骤为：
9.定义轴网及标高；
10.对主体结构进行参数化建模；
11.对所述主体结构进行模板计算。
12.进一步的，所述定义轴网与标高的步骤为：
13.按照施工方案定义轴网，输入纵、横两个方向轴网尺寸，并定义每一条轴网号；
14.通过辅助线方式定义不在轴网位置构件，并为辅助线按照距离轴网的偏移距离定义名称；
15.按照图纸楼层标高，输入各结构层标高，并定义楼层名称。
16.进一步的，所述主体结构中包含的参数包括：梁、板、柱和墙；
17.按照上述定义的轴网，进行主体结构梁、板、柱、墙构件建模；对所述梁、板、柱和墙
赋予属性，属性包括：构件名称、模板厚度、混凝土等级，构件体积、所处轴网位置、预计开始时间，预计结束时间，实际开始时间，实际结束时间，计划开始时间，计划结束时间。
18.进一步的，所述对主体结构进行参数化建模的步骤包括：
19.对梁构件和柱构件进行参数化建模：
20.在轴网中预先定义梁构件和柱构件截面，通过预先定义所述梁构件和所述柱构件截面，选择多点或多线段路径沿曲线扫掠而成所述梁构件和所述柱构件；
21.预先设置所述梁构件和所述柱构件的木模板厚度、侧膜与底模的连接方式以及节点连接方式；
22.根据预先设置信息，所述梁构件和所述柱构件实体建模完成后直接生成梁模板和柱模板。
23.进一步的，所述对主体结构进行参数化设计的步骤还包括：
24.对板构件和墙构件进行参数化建模：
25.在轴网中预先定义板构件和墙构件截面，选择多点或封闭线段路径来定义板构件和墙构件截面，再沿设置方向拉伸而成所述板构件和所述墙构件；
26.预先设置所述板构件和所述墙构件的木模板厚度、模板之间的连接方式以及节点连接方式；
27.根据预先设置信息，所述板构件和所述墙构件实体建模完成后直接生成板模板和墙模板；
28.对其他砼构件进行参数化建模：
29.单独构建砼模型和木模板，通过单独调用零件文件来完成和模型合并。
30.进一步的，所述对所述主体结构进行模板计算的步骤包括：
31.对所述柱构件进行柱模板计算：
32.建模阶段按照所述柱模板高度在板模板尺寸之下预先设置模板参数中周围板尺寸；
33.按照工程量计算规则完成各构件与所述柱构件节点连接，所述柱模板与所述梁模板、所述板模板和所述墙模板连接处进行切割布尔运算；
34.提取所述柱模板的尺寸数据，按照外轮廓用逆向封闭向量，内轮廓用顺时针封闭向量的数据格式，完成所述柱模板的数据格式存储。
35.进一步的，所述对所述主体结构进行模板计算的步骤还包括：
36.对所述梁构件进行梁模板计算：
37.建模阶段按照所述梁模板高度在所述板模板尺寸之下预先设置模板参数中周围板尺寸；
38.按照工程量计算规则完成各构件与所述梁构件节点连接，所述梁模板与所述柱模板、所述板模板和所述墙模板连接处进行切割布尔运算；
39.提取所述梁模板的尺寸数据，按照外轮廓用逆向封闭向量，内轮廓用顺时针封闭向量的数据格式，完成所述梁模板的数据格式存储。
40.进一步的，所述对所述主体结构进行模板计算的步骤还包括：
41.对所述墙构件、板构件和其他砼构件进行墙模板、板模板和其他构件模板计算：
42.按照工程量计算规则完成各构件与所述墙构件节点连接，所述墙模板与所述柱模
板、所述板模板和所述梁模板连接处进行切割布尔运算；
43.按照工程量计算规则完成各构件与所述板构件节点连接，所述板模板与所述柱模板、所述墙模板和所述梁模板连接处进行切割布尔运算；
44.其他构件模板按照相同计算规则进行节点连接的切割布尔运算；
45.提取所述墙模板、所述板模板和所述其他构件模板的尺寸数据，按照外轮廓用逆向封闭向量，内轮廓用顺时针封闭向量的数据格式，完成所述墙模板、所述板模板和所述其他构件模板的数据格式存储。
46.进一步的，对所述主体结构模型进行模板排料和排料计算的步骤为：
47.在模板原材库中选择待排新模板或者旧模板；
48.按照生产计划及流水段选择待排木模板集合；
49.优化排料：按照余料最小原则以长度或宽度为排布条件选取模板的尺寸数据沿待排新模板或者旧模板上依次进行排布，直接生成优化排料结果，按照优化排料结果输出所述木模板加工图，指导现场施工。
50.由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：
51.本发明将bim技术应用于模块化建筑的设计、生产、现场施工整个生命周期，实现了模块建筑整个生命周期的精细管理，通过数字化虚拟、信息化描述各种系统要素，实现了信息化协同设计和可视化设计，实现了精细化设计，提高了设计效率和设计准确度。
52.利用bim技术对主体结构建模，确定主体结构模板支设设计方案及节点连接详情，提高工程技术交底效率及准确度，工人只需按照三维模型设计施工，施工要求明确，减少错误返工，提高模板施工效率，更有利于统一工艺样板技术标准，增强对施工的可指导性。
53.按照建筑工程实际情况进行三维建模，不同构件之间的节点连接关系能够真实反映；通过真实三维模型，并自定义计算规则，可以计算出各种复杂构件的模板参数，并得出优化木模板排料算法，并直接生成生产图纸，工程量精度足以满足实际工作需求。通过实施该发明，提供一种基于bim的主体结构施工中木模板的排料算法，施工准确率高，操作性强，具有良好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
54.下面结合实施例对本发明作进一步说明：
55.在本发明的一种实施例中，一种基于bim的主体结构施工中木模板的排料算法，步骤为：
56.s1：根据初步施工方案利用bim软件建立主体结构模型，具体的，根据初步施工方案利用bim软件建立主体结构模型的步骤为：
57.s11：定义轴网及标高；
58.按照施工方案定义轴网，输入纵、横两个方向轴网尺寸，并定义每一条轴网号；在本实施例中，纵向轴网采用数字轴号，横向轴网采用字母轴号。
59.通过辅助线方式定义不在轴网位置构件，并为辅助线按照距离轴网的偏移距离定义名称；
60.按照图纸楼层标高，输入各结构层标高，并定义楼层名称。即在平面轴网定义完成后，定义垂直平面轴网方向的轴网；具体的，在本实施例中，各结构层包括主体结构中梁、
板、柱和墙构件，模板的排布需要通过确定梁、板、柱和墙结构在轴网中具体位置、高度和建模后，进而进行模板的排布和计算。
61.按照上述定义的轴网，进行主体结构梁、板、柱、墙构件建模；对所述梁、板、柱和墙赋予属性，属性包括：构件名称、模板厚度、混凝土等级，构件体积、所处轴网位置、预计开始时间，预计结束时间，实际开始时间，实际结束时间，计划开始时间，计划结束时间。
62.s12：对主体结构进行参数化建模，对主体结构进行参数化建模的步骤包括：
63.s121：对梁构件和柱构件进行参数化建模：
64.在轴网中预先定义梁构件和柱构件截面，通过预先定义梁构件和柱构件截面，选择多点或多线段路径沿曲线扫掠而成梁构件和柱构件；在构建梁构件和柱构建的截面时，矩形截面输入输入矩形长、宽；圆形截面输入直径进行参数化设置，其他异性柱按照板墙参数化进行定义，同时设置构件编号、构件标高、混凝土等级信息，其他生产管理信息均在施工阶段输入；通过多点点选、选择多线段方式进行扫掠路径定义，弯扭构件可以预先进行多线段方式，将路径数据解析成数组进行储存便于进一步的编辑。
65.预先设置梁构件和柱构件的木模板厚度、侧膜与底模的连接方式以及节点连接方式；其中侧膜与底模的连接方式有夹帮和蹲帮两种，通过确定侧膜与底模的连接方式进而确定侧膜与底模的尺寸，按照施工需求进行选取。同时还需按照机电预留信息在梁模板和柱模板上设置预留洞口，梁模板和柱模板的侧模的预设尺寸应将板构件的厚度直接计算在内，即侧模的长度减去相应的板构件的厚度，避免二次切割。
66.根据上述预先设置信息，梁构件和柱构件实体建模完成后直接生成梁模板和柱模板，梁模板和柱模板分别依附在梁构件和主构件的外侧。
67.s122：对板构件和墙构件进行参数化建模：
68.在轴网中预先定义板构件和墙构件截面，选择多点或封闭线段路径来定义板构件和墙构件截面，再沿设置方向拉伸而成板构件和墙构件；通过多点点选、选择多线段方式进行扫掠路径定义，将路径截面解析成数组进行储存便于进一步的编辑。
69.预先设置板构件和墙构件的木模板厚度、模板之间的连接方式以及节点连接方式；其中侧膜与底模的连接方式有包帮和蹲帮两种，通过确定侧膜与底模的连接方式进而确定侧膜与底模的尺寸，按照施工需求进行选取。按实际输入板厚或墙高，设置构件编号、构件标高、混凝土等级信息，其他生产管理信息在施工阶段输入；同时还需按照机电预留信息在板模板和墙模板上设置预留洞口，
70.根据上述预先设置信息，板构件和墙构件实体建模完成后直接生成板模板和墙模板，板模板和墙模板分别依附在梁构件和主构件的外侧；
71.s123：对其他构件进行参数化建模：
72.单独分别构建砼模型和木模板，通过单独调用零件文件来完成和模型合并。
73.s13：对主体结构进行模板计算，具体为：
74.s131：对柱构件进行柱模板计算：
75.建模阶段按照柱模板高度在板模板尺寸之下预先设置模板参数中周围板尺寸；即在步骤s121中对梁构件和柱构件进行参数化建模时，柱模板的侧模的预设尺寸应将板构件的厚度直接计算在内，即侧模的长度减去相应的板构件的厚度进行位置的布设，避免二次切割。
76.按照工程量计算规则完成各构件与柱构件节点连接，柱模板与梁模板、板模板和墙模板连接处进行切割布尔运算；其中梁柱连接时的节点连接的切割原则：梁含整个外模板整个进柱模板内，即柱上开设与梁连接的切口宽度需要减去梁模板的侧模板的厚度和底模板的厚度，防止浇筑时漏浆。
77.提取柱模板的外形尺寸数据，按照外轮廓用逆向封闭向量，内轮廓用顺时针封闭向量的数据格式，其中内轮廓为施工中的孔洞等，同时对外轮廓和内轮廓的外形尺寸数据进行区分，完成柱模板的数据格式存储，在本实施例中，柱模板的数据存储于数据库中，方便后续进行选取计算。
78.s132：对梁构件进行梁模板计算：
79.建模阶段按照梁模板高度在板模板尺寸之下预先设置模板参数中周围板尺寸；即在步骤s121中对梁构件和柱构件进行参数化建模时，梁模板的侧模的预设尺寸应将板构件的厚度直接计算在内，即侧模的长度减去相应的板构件的厚度进行位置的布设，避免二次切割。
80.按照工程量计算规则完成各构件与梁构件节点连接，梁模板与柱模板、板模板和墙模板连接处进行切割布尔运算；其中主梁与次梁连接的梁口切割原则为次梁含整个外模板整个进柱模板内，即主梁上开设与次梁连接的切口宽度需要减去次梁模板的侧模板的厚度和底模板的厚度，防止浇筑时漏浆。
81.提取梁模板的尺寸数据，按照外轮廓用逆向封闭向量，内轮廓用顺时针封闭向量的数据格式，其中内轮廓为施工中的孔洞等，同时对外轮廓和内轮廓的外形尺寸数据进行区分，完成梁模板的数据格式存储，在本实施例中，梁模板的数据存储于数据库中，方便后续进行选取计算。特别的，对于弯扭梁构件的木模板，进行展开尺寸处理，完成曲面模板的数据格式存储。
82.s133：对墙构件、板构件和其他构件进行墙模板、板模板和其他构件模板计算：
83.按照工程量计算规则完成各构件与墙构件节点连接，墙模板与柱模板、板模板和梁模板连接处进行切割布尔运算；
84.按照工程量计算规则完成各构件与板构件节点连接，板模板与柱模板、梁模板和墙模板连接处进行切割布尔运算；
85.其他构件模板按照相同计算规则进行节点连接的切割布尔运算。
86.提取墙模板、板模板和其他构件模板的尺寸数据，按照外轮廓用逆向封闭向量，内轮廓用顺时针封闭向量的数据格式，其中内轮廓为施工中的孔洞等，同时对外轮廓和内轮廓的外形尺寸数据进行区分，完成墙模板、板模板和其他构件模板的数据格式存储，在本实施例中，墙模板、板模板和其他构件模板的数据存储于数据库中，方便后续进行选取计算。
87.s2：对主体结构模型进行模板排料和排料计算的步骤为：
88.在模板原材库中选择待排新模板或者旧模板，设定该新模板或者旧模板的宽度为w。
89.按照生产计划及流水段选择待排木模板集合，在本实施例中，提取长度方向差异不大的不同宽度的模板数据，其中异形模板提取其最小包络矩形的宽度的数据。
90.优化排料：按照余料最小原则以长度或宽度为排布条件选取模板的尺寸数据沿待排新模板或者旧模板上依次进行排布，直接生成优化排料结果，按照优化排料结果输出所
述木模板加工图，指导现场施工。
91.在本实施例中，按照余料最小原则提取长度方向差异不大的不同宽度的模板数据在待排新模板或者旧模板上依次进行排布，定义木模板的尺寸数据为ai×bj,
；其中：ai为木模板长；bj为木模板宽；对于求解一种宽度w新模板上的排料，按下余料最小原则数学模型进行求解被选中零件：
92.min z＝w-∑xi*bi
93.∑xi*bi≤w
94.式中，xi为决策变量，取0或1来确定该模板是否被选中，使得求解出来待排新模板或者旧模板的宽度剩余最小，即被裁切的最少，节省加工成本。直接按照优化排料结果输出木模板加工图，对应相应的构件进行模板的铺设，进行对应位置的施工，更加准确和节省加工周期，施工准确率高，操作性强，提高工程技术交底效率及准确度，工人只需按照三维模型设计施工，施工要求明确，减少错误返工，提高模板施工效率，更有利于统一工艺样板技术标准，增强对施工的可指导性。
95.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。