弯扭构件数字化设计的方法、设备及计算机存储介质与流程

本申请涉及建筑领域，特别涉及一种弯扭构件数字化设计的方法、设备及计算机存储介质。

背景技术：

近年来，随着建筑钢结构的蓬勃发展，国内涌现了大批空间弯扭造型的钢结构工程，弯扭构件的深化设计和加工制作都非常复杂。一是由于板件弯扭，构件定型定位控制困难。二是由于空间弯扭构件形状的各异性，不能批量深化和加工；虽然可以通过建立三维模型得到弯扭构件的加工信息，但是实体建模的方式工作量大、费时费力，导致弯扭构件加工信息的效率，从而导致弯扭构件生产效率十分低下。

技术实现要素：

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提供了一种弯扭构件数字化设计的方法、设备及计算机存储介质，可以提升弯扭构件加工信息获取的效率，从而提升弯扭构件生产的效率。

根据本申请中第一方面的一种弯扭构件数字化设计的方法，所述弯扭构件包括若干板件，所述弯扭构件用于支撑建筑曲面，包括：

获取弯扭曲线、规格参数以及每一板件的第一弯扭方向和第二弯扭方向；

根据所述规格参数、每一所述板件的所述第一弯扭方向对所述弯扭曲线进行弯曲处理，得到所述板件的中心曲面；

根据所述规格参数、每一所述板件的所述第二弯扭方向对对应的所述中心曲面进行弯扭处理，得到所述板件的四条弯扭轮廓线；

根据每一所述板件的四条所述弯扭轮廓线，生成所述板件的四个折梁；

根据每一所述板件的每一所述折梁、对应的所述弯扭轮廓线，得到所述弯扭构件的加工信息。

根据本申请的上述实施例，至少具有如下有益效果：通过依次将弯扭曲线根据每一板件的第一弯扭方向、第二弯扭方向弯扭处理，得到所述板件的弯扭轮廓线，并根据所述弯扭轮廓线生成板件的折梁信息。此时可以通过上述方式生成整个弯扭构件的三维轮廓信息，从而可以无需生成弯扭构件的三维模型，即可根据该轮廓信息得到弯扭构件加工所需的加工信息，从而提升弯扭构件加工信息获取的效率，以提升弯扭构件生产的效率。

根据本申请中第一方面的弯扭构件数字化设计的方法，所述规格参数包括梁宽和梁高，所述获取弯扭曲线、规格参数以及每一板件的第一弯扭方向和第二弯扭方向，包括；

获取所述弯扭构件的中心样条曲线，或任意与所述建筑曲面不相交的直线在所述建筑曲面的投影曲线；

将所述中心样条曲线或所述投影曲线设为所述弯扭曲线；

获取所述弯扭构件的梁宽和梁高，其中，所述梁宽、梁高均为所述弯扭构件的所述规格参数之一；

根据每一所述板件与所述建筑曲面的位置，得到所述板件的所述第一弯扭方向和所述第二弯扭方向。

根据本申请中第一方面的弯扭构件数字化设计的方法，所述根据所述规格参数、每一所述板件的所述第一弯扭方向对所述弯扭曲线进行弯曲处理，得到所述板件的中心曲面，包括：

根据预设的加工精度，提取所述弯扭曲线上若干点作为弯扭曲线点集合；

沿每一所述板件的所述第一弯扭方向，将所述弯扭曲线点集合中的每一弯扭点偏移第一偏移距离，得到所述板件的第一曲线点集合；

沿每一所述板件的第三弯扭方向，将所有所述弯扭点偏移第一偏移距离，得到所述板件的第二曲线点集合；其中所述第三弯扭方向与所述第一弯扭方向相反，所述第一偏移距离为所述板件的二分之一梁高或二分之一梁宽；

将同一位置的每一所述板件的第一曲线点集合中的点与所述板件的第二曲线点集合中的点连线，得到所述板件对应的直线集合；

将每一所述板件对应的所述直线集合中的直线进行放样，得到所述板件的所述中心曲面。

根据本申请中第一方面的弯扭构件数字化设计的方法，所述根据所述规格参数、每一所述板件的所述第二弯扭方向对对应的所述中心曲面进行弯扭处理，得到所述板件的四条弯扭轮廓线，包括：

沿每一所述板件的所述第二弯扭方向，将所述板件的所述中心曲面偏移第二偏移距离，得到所述板件的一个弯扭轮廓面；其中，第二偏移距离为所述板件的二分之一梁宽或二分之一梁高；

沿每一所述板件的第四弯扭方向，将所述板件的所述中心曲面偏移第二偏移距离，得到所述板件的另一个弯扭轮廓面；其中，所述第四弯扭方向与所述第二弯扭方向相反；

提取每一所述板件的两个所述弯扭轮廓面的边曲线，得到四条所述弯扭轮廓线。

根据本申请中第一方面的弯扭构件数字化设计的方法，所述根据每一所述板件的四条所述弯扭轮廓线，生成所述板件的四个折梁，包括：

获取待生成的每一所述板件的所述折梁的横截面半径；

分别以每一所述板件的弯扭轮廓线为轴心线、所述横截面半径为截面半径创建圆管，其中，所述圆管为所述折梁。

根据本申请中第一方面的弯扭构件数字化设计的方法，所述根据每一所述板件的每一所述折梁、对应的所述弯扭轮廓线，得到所述弯扭构件的加工信息，包括:

根据预设的加工精度，提取每一所述板件的每一所述弯扭轮廓线上若干点，得到加工点集合；

获取每一所述板件的所述加工点集合对应的二维坐标集合；其中，所述二维坐标集合为所述加工信息之一；

根据每一所述板件的所述二维坐标集合，得到每一所述板件的二维图纸；其中，所述二维图纸为所述加工信息之一；

获取每一所述板件的所述加工点集合对应的三维坐标集合；其中，所述三维坐标集合为所述加工信息之一。

根据本申请中第一方面的弯扭构件数字化设计的方法，所述获取每一所述板件的所述加工点集合对应的三维坐标集合；其中，所述三维坐标集合为所述加工信息之一，包括：

根据一个所述板件的三个角点建立三维坐标系；

根据所述三维坐标系，得到每一所述板件的所述加工点集合对应的三维坐标集合。

因此，通过以一个板件的三个角点建立三维坐标系，可以得到以该板件的一个角点为原点的所有板件的三维坐标，从而可以在生产和制作过程中，更好确定相邻的两个板件的相接位置。

根据本申请中第一方面的弯扭构件数字化设计的方法，所述根据每一所述板件的每一所述折梁、对应的所述弯扭轮廓线，得到所述弯扭构件的加工信息，还包括：

根据每一所述板件的所述二维坐标集合，得到每一所述板件的外接矩形的几何信息；

根据每一所述板件的厚度以及对应的所述几何信息，得到每一所述板件的材料信息，所述厚度为所述板件的规格参数之一。

根据本申请的第二方面的一种弯扭构件数字化设计的设备，所述设备包括：

至少两个处理器，以及，

与所述至少两个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有指令，所述指令被所述至少两个处理器执行，以使所述至少两个处理器执行所述指令时实现如第一方面任一所述的弯扭构件数字化设计的方法。

根据本申请的第三方面的一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如第一方面任一项所述的弯扭构件数字化设计的方法。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例的弯扭构件数字化设计的方法流程示意图；

图2是本申请实施例的弯扭构件截面示意图；

图3是本申请实施例的弯扭构件的构件图；

图4是本申请实施例的弯扭构件的一个翼缘板的二维加工图纸；

图5是本申请实施例的弯扭构件的一个腹板的二维加工图纸。

具体实施方式

本申请的描述中，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面参照图1至图5描述本申请的弯扭构件数字化设计的方法、设备及计算机存储介质。

弯扭构件包括若干板件，弯扭构件用于支撑建筑曲面，如图1所示，弯扭构件数字化设计的方法包括：

步骤s100、获取弯扭曲线、规格参数以及每一板件的第一弯扭方向和第二弯扭方向。

步骤s200、根据规格参数、每一板件的第一弯扭方向对弯扭曲线进行弯曲处理，得到板件的中心曲面。

步骤s300、根据规格参数、每一板件的第二弯扭方向对对应的中心曲面进行弯扭处理，得到板件的四条弯扭轮廓线。

步骤s400、根据每一板件的四条弯扭轮廓线，生成板件的四个折梁。

需说明的是，折梁的目的是为了得到弯扭构件的构件图；用于加工弯扭构件时使用。

步骤s500、根据每一板件的每一折梁、对应的弯扭轮廓线，得到弯扭构件的加工信息。

需说明的是，可以根据加工信息进行弯扭构件的制作，从而得到弯扭构件。

因此，通过依次将弯扭曲线根据每一板件的第一弯扭方向、第二弯扭方向弯扭处理，得到板件的弯扭轮廓线，并根据弯扭轮廓线生成板件的折梁信息。此时可以通过上述方式生成整个弯扭构件的三维轮廓信息，从而可以无需生成弯扭构件的三维模型，即可根据该轮廓信息得到弯扭构件加工所需的加工信息，从而提升弯扭构件加工信息获取的效率，以提升弯扭构件生产的效率。

可理解为，步骤s100，包括；

步骤s110、获取弯扭构件的中心样条曲线，或任意与建筑曲面不相交的直线在建筑曲面的投影曲线。

需说明的是，中心样条曲线为二分之一梁高、二分之一梁宽位置的弯扭构件的两个横截面相交的样条曲线。

步骤s120、将中心样条曲线或投影曲线设为弯扭曲线。

步骤s130、根获取弯扭构件的梁宽和梁高，其中，梁宽、梁高均为弯扭构件的规格参数之一。

步骤s140、根据每一板件与建筑曲面的位置，得到板件的第一弯扭方向和第二弯扭方向。

需说明的是，如图2所示的弯扭构件，当板件为翼缘板组件，其中翼缘板组件包括第一翼缘板100、第二翼缘板200时，第一弯扭方向为建筑曲面的法线方向，第二弯扭方向为法线方向左侧或右侧(即如图3所示的上下方向)。当板件为腹板组件，其中腹板包括第一腹板300、第二腹板400时，第一弯扭方向为建筑曲面的法向方向的左侧或右侧(即如图3所示的上下方向)，第二弯扭方向为法线方向。在另一些实施例中，当创建旋转楼梯时，法线方向更改为垂直于地面的方向。

可理解为，步骤s200包括：

步骤s210、根据预设的加工精度，提取弯扭曲线上若干点作为弯扭曲线点集合。

需说明的是，加工精度越高，提取的弯扭曲线点集合中弯扭点的个数越多，此时，由弯扭点连成的曲线与弯扭曲线越接近。加工精度可以根据实际的加工需求进行设置。

步骤s220、沿每一板件的第一弯扭方向，将弯扭曲线点集合中的每一弯扭点偏移第一偏移距离，得到板件的第一曲线点集合。

步骤s230、沿每一板件的第三弯扭方向，将所有弯扭点偏移第一偏移距离，得到板件的第二曲线点集合；其中第三弯扭方向与第一弯扭方向相反，第一偏移距离为板件的二分之一梁高或二分之一梁宽。

步骤s240、将同一位置的第一曲线点集合中的点与第二曲线点集合中的点连线，得到每一板件对应的直线集合。

需说明的是，如图2所示的弯扭构件，第一翼缘板100和第二翼缘板200之间的距离为梁高h，第一腹板板300和第二腹板400确定了梁宽w。当弯扭曲线为中心样条曲线时，翼缘板组件对应的直线集合中每一直线的距离均为梁高，此时，对于翼缘板组件，第一偏移距离为二分之一梁高。同理，腹板组件对应的直线集合中每一直线的距离均为梁宽；此时，对于腹板组件，第一偏移距离为二分之一梁宽。

步骤s250、将每一板件对应的直线集合中的直线进行放样，得到板件的中心曲面。

可理解为，步骤s300包括：

步骤s310、沿每一板件的第二弯扭方向，将板件的中心曲面偏移第二偏移距离，得到板件的一个弯扭轮廓面；其中，第二偏移距离为板件的二分之一梁宽或二分之一梁高。

步骤s320、沿每一板件的第四弯扭方向，将板件的中心曲面偏移第二偏移距离，得到板件的另一个弯扭轮廓面；其中，第四弯扭方向与第二弯扭方向相反。

需说明的是，当第一偏移距离为二分之一梁宽，则第二偏移距离为二分之一梁高。

步骤s330、提取每一板件的两个弯扭轮廓面的边曲线，得到四条弯扭轮廓线。

需说明的是，对于第一翼缘板100、第二翼缘板200，四条弯扭轮廓线分别为其对应的弯扭轮廓面的左右两侧的边曲线。

可理解为，步骤s400包括：

s410、获取待生成的每一板件的折梁的横截面半径。

需说明的是，横截面的半径为1毫米。

s420、分别以每一板件的弯扭轮廓线为轴心线、横截面半径为截面半径创建圆管，其中，圆管为折梁。

需说明的是，翼缘板组件的折梁分别为如图3所示的第一折梁110、第二折梁120、第三折梁130、第四折梁140；腹板的折梁为第五折梁210、第六折梁220、第七折梁230、第八折梁240。

可理解为，步骤s500包括:

步骤s510、根据预设的加工精度，提取每一板件的每一弯扭轮廓线上若干点，得到加工点集合。

步骤s520、获取每一板件的加工点集合对应的二维坐标集合；其中，二维坐标集合为加工信息之一。

步骤s530、根据每一板件的二维坐标集合，得到每一板件的二维图纸；其中，二维图纸为加工信息之一。

步骤s540、获取每一板件的加工点集合对应的三维坐标集合；其中，三维坐标集合为加工信息之一。

可理解为，步骤s540包括：

步骤s541、根据一个板件的三个角点建立三维坐标系。

需说明的是，每一个板件均有两个轮廓面，每一轮廓面的边线相交形成4个角点，此时，选取位于弯扭构件同一端的三个角点建立三维坐标系，其中，一个角点为原点，一个角点为三维坐标系的y轴上的点，另一交点在z轴上。此时，坐标系如图3所示。

步骤s542、根据三维坐标系，得到每一板件的加工点集合对应的三维坐标集合。

因此，通过以一个板件的三个角点建立三维坐标系，可以得到以该板件的一个角点为原点的所有板件的三维坐标，从而可以在生产和制作过程中，更好确定相邻的两个板件的相接位置。

可理解为，步骤s540之后还包括：

步骤s550、根据每一板件的二维坐标集合，得到每一板件的外接矩形的几何信息。

步骤s560、根据每一板件的厚度以及对应的几何信息，得到每一板件的材料信息，厚度为板件的规格参数之一。

需说明的是，从几何信息可以得到弯扭构件需要提供的支撑力，从而可以根据板件的厚度、几何信息获取对应的材料信息，可以选用最适合的材料进行弯扭构件的制造，从而可以节约成本的同时保证弯扭结构的规格。

根据本申请的第二方面的一种弯扭构件数字化设计的设备，设备包括：

至少两个处理器以及与至少两个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有指令，指令被至少两个处理器执行，以使至少两个处理器执行指令时实现如第一方面任一的弯扭构件数字化设计的方法。

根据本申请的第三方面的一种计算机存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行如第一方面任一项的弯扭构件数字化设计的方法。

需说明的是，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。

需说明的是，本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。

下面参考图1至图5以一个具体的实施例详细描述根据本申请实施例的弯扭构件的制作过程。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对申请的具体限制。

如图2、如图3所示，弯扭构件包括2个板件，一个板件为翼缘板组件，包括第一翼缘板100、第二翼缘板200；另一个板件为腹板组件，腹板组件包括第一腹板300、第二腹板400。第一翼缘板100、第一腹板300、第二翼缘板200、第二腹板依次设置，围合形成弯扭构件。腹板组件分别位于翼缘板的两侧。

参照如图1，对弯扭构件的上下翼缘板进行建模，具体如下：

首先，如步骤110、步骤s120，将弯扭构件的中心样条曲线作为弯扭曲线。

然后，将弯扭曲线、建筑曲面均导入teklastructures进行处理。

进一步，如步骤s210，在teklastructures的基于模型的信息软件中，通过grasshopper的dividecurve(分割曲线)功能将弯扭曲线分成多个点。

进一步，通过grasshopper中的evaluatesurface(表面平面)得到建筑曲面的发现。

进一步，参照步骤s220～步骤s250对弯扭曲线上分成的点沿法线方向上下各偏移二分之一梁高，然后将通过上下偏移后的点连线得到多条长度为梁高的直线(即直线集合)，然后通过loft(放样)功能，对每一条直线进行放样，得到步骤s200中的上下翼缘板的中心曲面。

进一步，参照步骤s310～步骤s330，将中心曲面沿法线方向的左右两侧各偏移二分之一梁宽，得到上下翼缘板的两个外轮廓面。然后通过brepedges(提取曲面的边曲线)，提取每一外轮廓面的如图3所示的上下两个边曲线，得到步骤s300中的四条弯扭轮廓线。

进一步，参照步骤s510，通过grasshopper的dividecurve将每一弯扭轮廓线根据加工精度进行划分，得到多个加工点(即加工点集合)，并将三维坐标提取出来，按照顺序输出到文本中。

进一步，通过teklastructures的api接口，在teklastructures的二次开发平台中，将dividecurve分割的加工点导入，并通过contourpoint(多边形角点的集合)将三维坐标还原成四条弯扭轮廓线，然后参照步骤410～步骤s420，得到上下翼缘板的四个折梁，如图3所示的a、b、c、d。

此时，参照上述上下翼缘板的中心曲面、外轮廓面、弯扭轮廓线以及折梁的创建方式，得到左右腹板的四个折梁，如图3所示的第一折梁110、第二折梁120、第三折梁130、第四折梁140；腹板的折梁为第五折梁210、第六折梁220、第七折梁230、第八折梁240。并将上下的翼缘板和左右的腹板拼装，得到如图3所示的轮廓图。

进一步，参照步骤s520，在teklastructures的二次开发平台中对每一弯扭轮廓线上的加工点进行编号，通过几何算法得到每个加工点对应的二维坐标(即上下翼缘板和左右腹板拼装的二维坐标集合)。

进一步，参照步骤s541～步骤s542得到每一加工点以c1点为原点的三维坐标集合，并以文本格式输出。

进一步，参照步骤s530，将弯扭构件中的编号后的二维坐标集合中的点绘制折线，得到如图4、图5所示弯扭构件的二维轮廓图。

进一步，参照步骤s550～步骤s560，得到上下翼缘板、左右腹板的材料信息，并输出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。