[发明专利]一种基于BIM-OCTREE的复杂地基-结构体系高效精细化建模方法

权利要求书

1.一种基于BIM-OCTREE的复杂地基-结构体系高效精细化建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，创建三维几何实体模型

1.1依据设计模型信息，确定计算域范围

(1)保留CAD图纸中的地形地貌图元，清理其他无关图元；

(2)依据实际模型情况，依据工程经验指定参照原点，将地形地貌信息，参考选定的原点移植到新图层中；

(3)建立工程模型的局部坐标系，旋转所有图元使工程模型坐标系与CAD软件内嵌坐标系重合；

(4)缩放所有图元，使图元的单位符合国际单位制；

(5)根据坝高H，确定地基计算域截断范围：上下游和左右岸截取长度L均取为1.5H或1.8H，所有图元在计算边界处截断将范围外的图元删除；

(6)提取计算域范围内的地形地貌的关键点坐标信息，并命名为点集A；

(7)提取各个断面的地形地貌关键点坐标信息，并命名为点集B，点集A和点集B的并集为点集C；

1.2保证三维地形精度的前提下，筛选优化地形勘测数据

(1)使用点集C作为基础数据生成三角网曲面；

(2)若曲面内局部三角形网格过密，则采用Edge Contraction功能，通过框定简化范围，设定简化精度等，筛选优化数据，降低三角形数量；

(3)若曲面内局部坐标点过于集中，则采用Point Removal功能，通过框定简化范围，设定简化精度等，筛选优化数据，降低坐标点数；

(4)以上两个步骤可重复交替进行，实现保证地形精度的前提下，降低数据复杂程度，提高建模效率；

(5)简化完成后，提取最终的地形曲面节点坐标信息，并命名为点集D；

1.3缺失数据的拟合

针对简化完成后获得的点集D中部分区域缺失关键点的问题，采用自然临近内插法和克里金法对地形数据进行插值拟合，使数据满足研究需求；

(1)若设计资料为地形点内部缺失，采用自然临近内插法，通过设定输出方式，输出间隔等进行内插式数据拟合，解决内部节点缺失问题；

(2)若设计资料为地形点外部缺失，采用克里金法，通过选择变异函数模型及设定相应的模型参数、外插参考点、输出方式、输出间隔进行外插式数据拟合；

(3)拟合完成后，拟合前和拟合后的点共同命名为点集E₁；

(4)建立点集E₂，水平坐标为计算域边界，竖直坐标为结构顶面高程；

(5)建立点集E₃，水平坐标为计算域边界，竖直坐标为地基计算截断面高程；

1.4生成地形曲面与地层交界面

通过曲面生成技术将插值后的地形图转化为地形曲面；对于需要考虑各个地层的情况，各个地层的数据重复执行上述所有步骤，建立各个地层的数据点集，并命名为E₄、E₅、E₆……；分别以点集E₁、E₂、E₃……为基础数据，生成结构顶面、地形表面、各地层交界面及地基计算截断面信息；

1.5生成几何实体模型

通过地形曲面、各地层交界面间的BOOLEAN运算建立地形地层体模型，结构实体模型通过几何操作建立；

(1)各相邻面之间进行BOOLEAN运算，获得结构层实体模型、各地层实体模型；

(2)根据设计图纸中的结构截面信息，通过点-线-面的方式创建切割面工具；

(3)使用切割面工具对结构层实体模型进行切割，随后进行多余体删除、相关体合并操作；

(4)对相邻的几何实体进行压印操作，使得离散时相邻体在交界面处具有相同的关键点坐标；

(5)校核无误后的几何实体导入BIM平台，添加族、部件信息，用于丰富BIM模型库；

第二步，基于OCTREE的跨尺度精细化离散

根据计算需求，设定各部件离散网格尺寸，对已创建的BIM几何实体直接进行OCTREE跨尺度精细网格离散；

(1)几何实体导入OCTREE网格生成软件；

(2)运行查错功能检查几何错误，若局部存在错误，则通过手动重组边结构操作进行修复工作；

(3)根据计算需求，按分区部件设定各自网格尺寸参数，与结构计算无关的部分设定为不参与离散；

(4)运行OCTREE离散程序得到体网格；

(5)使用融合功能使得各部件间交界面处节点共用；

(6)导出最终网格模型，运行多面体单元节点解析程序，得到有限元模型单元节点信息。