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结构设计的虚拟原型技术与应用研究

周玉石  
【摘要】: 随着我国经济的持续快速发展,建筑业迎来了千载难逢的发展机遇。与此同时,人们对建筑产品也提出了更多、更高且更具个性化的要求。这直接导致建筑结构的复杂度越来越高,具体反映在两个方面:一方面,建筑的实体形式与结构越来越复杂;另一方面,随着建筑密度的加大,拟建结构与既有结构之间的关系也日趋复杂。但设计人员在面对这样的变化时,可采取的应对措施却极为有限的。往往只能通过想象和对实体结构的抽象,配合通常的分析设计工具来完成结构设计。换言之,目前的建筑结构设计技术和设计环境已经较难满足复杂度不断提高的建筑结构设计需求。因此,有必要对新的建筑结构设计技术进行研发。 本文采用先进的元建模思想和面向对象程序设计方法,集成建筑结构特征建模技术、数值模拟技术、数据可视化技术及虚拟现实技术于一体,建立建筑结构设计的新型计算机综合辅助工程技术——建筑结构设计虚拟原型技术。 本文具体完成了以下工作: (1)建立了结构虚拟原型的元模型信息集成体系。在界定结构虚拟原型概念的基础上,利用元建模思想对结构的虚拟原型进行元模型剖析,建立了层次分明、模型清晰便于信息管理和进一步扩展、完善的结构虚拟原型的元模型集成体系。 (2)建立了结构设计虚拟原型技术系统的“3环1核心”软件框架。该框架由界面环、控制环、应用环、虚拟原型数据模型核心构成,充分结合建筑行业领域知识,较好的概括了建筑结构虚拟原型技术系统的内涵。而“环型”模式则更好的反映了结构虚拟原型数据模型的核心作用。 (3)分别从结构和构件两个不同层面对建筑结构进行虚拟原型化。利用虚拟建造的模拟手段描述了建筑结构动态建造过程特征;利用虚拟试验的分析手段对单个构件的结构特性进行了描述。 (4)集成实现了结构设计虚拟原型技术系统。系统具有3D结构特征化建模、结构虚拟建造、虚拟漫游、构件虚拟试验、结构分析及数据可视化等功能模块。此外,在实现结构特征化建模模块过程中,将该模块分割成几何层和构件层两个逻辑层次。这一特殊处理被证明是合理的,模块因此具有良好的维护性和可扩展性。


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