基于BIM技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法及装置与流程

基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法及装置
技术领域
1.本发明涉及三维模型网格剖分领域，尤其是涉及一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法及装置。


背景技术：

2.bim技术集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。随着bim技术的不断发展，利用catia、revit等bim软件强大的建模及图形处理功能，可以得到高精度复杂三维地下洞室地质模型。将bim模型导入abaqus、ansys等有限元软件进行数值计算时，可采取对复杂地下洞室模型的数据进行信息提取，而后导入生成几何模型。几何模型利用有限元软件进行网格剖分为可用于进行数值模拟的数值模型。复杂三维地下洞室地质模型的高质量网格剖分对岩土工程数值模拟起着重要的作用，剖分质量好的网格能保证数值计算的计算精度并加快收敛时间。但由于三维地下洞室地质模型具有复杂的地质界面形态和地下空间，在进行数值模拟之前，需要进行大量的结构离散及网格剖分工作，这都会耗费大量时间与精力且容易出现人为差错导致难以获得高质量的数值计算网格。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了提供一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法及装置。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法，包括：
6.获取step格式的三维地下建筑地质模型文件，并导入；
7.根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；
8.显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；
9.基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸对三维地下洞室地质模型进行网格划分。
10.所述根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型，具体包括：
11.读取导入模型的尺寸和地表起伏程度；
12.根据模型的尺寸和地表起伏程度判断是否属于复杂模型，若为是，则确定网格单元形状为四面体网格，以及确定单元剖分类型为二次非减缩积分单元，反之，则：
13.确定网格单元形状为六面体网格，以及确定单元剖分类型为一阶线性单元；
14.所述方法还包括：
15.检查网格划分的结果是否符合计算要求，若为是，则输出本次划分结果，反之，则
根据网格质量指标对网格进行规范化处理后重新进行划分。
16.所述根据网格质量指标对网格进行规范化处理后重新进行划分的过程包括：
17.根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；
18.显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；
19.基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸对三维地下洞室地质模型进行网格划分。
20.所述检查网格划分的结果是否符合计算要求，具体为：
21.根据单元质量检查形状、尺寸控制参数及不同质量单元的占比情况判断网格划分的结果是否符合计算要求。
22.一种基于bim技术的复杂地下洞室模型网格剖分装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
23.获取step格式的三维地下建筑地质模型文件，并导入；
24.根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；
25.显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；
26.基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸对三维地下洞室地质模型进行网格划分。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.1、通过几何信息判断复杂程度以进一步选定网格单元形状和单元剖分类型可以实现自动化剖分网格，因此节省大量的人工网格处理工作。
29.2、不仅适用于地下工程中地下洞室的网格剖分，也适用于边坡与基坑工程、隧道工程、地基与基础工程等工程结构，因此具有比较广的应用范围。
30.3、对复杂模型，采用四面体的形状，具有适应性好，可快速生成网格等优点。
31.4、通过网格剖分质量分析后输出结果，可以避免网格剖分失败。
附图说明
32.图1为本发明的一种基于bim技术的地下洞室模型网格自动化剖分方法流程图；
33.图2为基于catiav5软件建立的复杂三维地下洞室地质模型图；
34.图3为初次进行自动化网格剖分的三维地下洞室数值计算模型图；
35.图4为高质量自动化网格剖分后的三维地下洞室数值计算模型图。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
37.该方法的思路是：首先利用bim软件建立研究区的复杂三维地下洞室地质模型，并
导入abaqus、ansys等有限元软件生成几何模型；然后通过python开发插件对几何模型进行自动化网格剖分；最后判断网格剖分质量并优化更新，直至生成高质量计算网格。
38.一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法，如图1所示，包括：
39.步骤s1：获取step格式的三维地下建筑地质模型文件，并导入；
40.步骤s2：根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；
41.步骤s3：显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；
42.步骤s4：基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸调用abaqus内“mesh”模块，对三维地下洞室地质模型进行网格划分。
43.通过几何信息判断复杂程度以进一步选定网格单元形状和单元剖分类型可以实现自动化剖分网格，因此节省大量的人工网格处理工作。
44.其中，step格式的三维地下建筑地质模型文件可以通过catiav5软件得到，首先利用catia v5软件建立复杂的三维地下洞室地质模型，将地质模型保存为step的格式，有限元计算软件可以采用abaqus，将上述step格式的三维地下建筑地质模型文件导入abaqus中，其中，针对不能直接导入有限元软件的复杂地下洞室三维bim模型，采用catia v5 automation所提供的函数编写宏命令的程序代码来实现信息的获取，采用遍历算法由总装配体到子装配体再到每个构件，层层遍历，获取地质模型高程、材料的参数、属性以及约束等信息；
45.其中，步骤s2具体包括：
46.读取导入模型的尺寸和地表起伏程度；
47.根据模型的尺寸和地表起伏程度判断是否属于复杂模型，若为是，则确定网格单元形状为四面体网格，以及确定单元剖分类型为二次非减缩积分单元，反之，则：
48.确定网格单元形状为六面体网格，以及确定单元剖分类型为一阶线性单元。
49.其中，对于地质模型尺寸大于200m
×
200m或地表高程变化大于100m的判断其为复杂模型。
50.此外，方法还包括：
51.步骤s5：检查网格划分的结果是否符合计算要求，若为是，则输出本次划分结果，反之，则根据网格质量指标对网格进行规范化处理后重新进行划分。
52.具体的，根据网格质量指标对网格进行规范化处理后重新进行划分的过程为重复执行以上步骤s2至步骤s4。
53.其中，检查网格划分的结果是否符合计算要求，具体为：
54.根据单元质量检查形状、尺寸控制参数及不同质量单元的占比情况判断网格划分的结果是否符合计算要求。
55.其中，对于四面体单元，长宽比大于10，几何偏差系数大于0.2，分析检查中出现警告或报错的单元，当满足以上条件之一，则认为这类单元的质量不符合计算要求。
56.下面结合某一个具体地下洞室案例，利用基于本技术的方法开发的插件过程以及插件的应用过程进行详细说明：
57.首先，利用catia v5软件强大的三维地质建模能力，建立金川水电站复杂三维地
下洞室地质模型，并将三维地下洞室模型保存为.step格式导入有限元计算软件abaqus中，生成可用于网格剖分的三维地下洞室几何模型图，金川水电站三维地下洞室地质模型图如图2所示；
58.然后，通过python编写代码开发“auto_meshing”插件对三维地下洞室几何模型进行自动化网格剖分；
59.其中选取金川水电站三维地质模型部件对象，定义网格控制属性，具体包括：根据金川水电站复杂地下洞室三维bim模型，设置单元形状为四面体网格，采取自由剖分网格技术；
60.其中定义剖分单元类型为二次非减缩积分单元，金川水电站地下洞室三维bim模型静态分析采用隐式计算求解模块；
61.其中对于金川水电站地下洞室三维bim模型输入适合网格剖分的全局种子尺寸，设置全局种子尺寸和最小尺寸作为控制参数；
62.其中将定义好的包括网格控制属性、单元剖分类型、分析求解方式的单元类型对象elementtypes赋予地下洞室三维bim模型；
63.将制作完成的自动化网格剖分插件“auto_meshing”保存入abaqus，并生成一键式菜单选项；
64.其中通过单击导入abaqus用户界面的“auto_meshing”插件，根据上述设定好的全局种子尺寸和尺寸控制参数对金川水电站地下洞室几何模型进行初次自动化网格剖分，初次自动化网格剖分的三维地下洞室数值计算模型图如图3所示；
65.对初次自动化剖分的数值计算网格进行质量判断，如果网格剖分质量良好，则可以进行计算；如果网格剖分质量不符合计算要求，则根据网格质量指标进行规范化处理并优化更新，循环执行步骤s2至步骤s4直到符合要求；
66.将优化更新好的高质量数值计算网格生成数值计算模型，利用abaqus、ansys等有限元软件进行数值模拟，高质量自动化网格剖分后的三维地下洞室数值计算模型图如图4所示。
67.上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

技术特征：
1.一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法，其特征在于，包括：获取step格式的三维地下建筑地质模型文件，并导入；根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸对三维地下洞室地质模型进行网格划分。2.根据权利要求1所述的一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法，其特征在于，所述根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型，具体包括：读取导入模型的尺寸和地表起伏程度；根据模型的尺寸和地表起伏程度判断是否属于复杂模型，若为是，则确定网格单元形状为四面体网格，以及确定单元剖分类型为二次非减缩积分单元，反之，则：确定网格单元形状为六面体网格，以及确定单元剖分类型为一阶线性单元。3.根据权利要求1所述的一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法，其特征在于，所述方法还包括：检查网格划分的结果是否符合计算要求，若为是，则输出本次划分结果，反之，则根据网格质量指标对网格进行规范化处理后重新进行划分。4.根据权利要求3所述的一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法，其特征在于，所述根据网格质量指标对网格进行规范化处理后重新进行划分的过程包括：根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸对三维地下洞室地质模型进行网格划分。5.根据权利要求3所述的一种基于bim技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法，其特征在于，所述检查网格划分的结果是否符合计算要求，具体为：根据单元质量检查形状、尺寸控制参数及不同质量单元的占比情况判断网格划分的结果是否符合计算要求。6.一种基于bim技术的复杂地下洞室模型网格剖分装置，包括存储器、处理器，以及存储于所述存储器中的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：获取step格式的三维地下建筑地质模型文件，并导入；根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸对三维地下洞室地质模型进行网格划分。7.根据权利要求6所述的一种基于bim技术的复杂地下洞室模型网格剖分装置，其特征在于，所述根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分
类型，具体包括：读取导入模型的尺寸和地表起伏程度；根据模型的尺寸和地表起伏程度判断是否属于复杂模型，若为是，则确定网格单元形状为四面体网格，以及确定单元剖分类型为二次非减缩积分单元，反之，则：确定网格单元形状为六面体网格，以及确定单元剖分类型为一阶线性单元。8.根据权利要求6所述的一种基于bim技术的复杂地下洞室模型网格剖分装置，其特征在于，所述处理器执行所述程序时还实现以下步骤：检查网格划分的结果是否符合计算要求，若为是，则输出本次划分结果，反之，则根据网格质量指标对网格进行规范化处理后重新进行划分。9.根据权利要求8所述的一种基于bim技术的复杂地下洞室模型网格剖分装置，其特征在于，所述根据网格质量指标对网格进行规范化处理后重新进行划分的过程包括：根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸对三维地下洞室地质模型进行网格划分。10.根据权利要求8所述的一种基于bim技术的复杂地下洞室模型网格剖分装置，其特征在于，所述检查网格划分的结果是否符合计算要求，具体为：根据单元质量检查形状、尺寸控制参数及不同质量单元的占比情况判断网格划分的结果是否符合计算要求。

技术总结
本发明涉及一种基于BIM技术的复杂地下建筑模型网格剖分方法及装置，其中，方法包括：获取step格式的三维地下建筑地质模型文件，并导入；根据导入模型的几何信息判断模型的复杂程度，确定网格单元形状和单元剖分类型；显示确定的网格单元形状和单元剖分类型，接收输入的全局种子尺寸，并基于全局种子尺寸生成最小尺寸；基于得到的网格单元形状、单元剖分类型、全局种子尺寸和最小尺寸对三维地下洞室地质模型进行网格划分。与现有技术相比，本发明通过几何信息判断复杂程度以进一步选定网格单元形状和单元剖分类型可以实现自动化剖分网格，因此节省大量的人工网格处理工作。因此节省大量的人工网格处理工作。因此节省大量的人工网格处理工作。


技术研发人员：杨党锋 庞琦 李梦 田刚 徐汉坤
受保护的技术使用者：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/16