張 澤 元

(太原市惠新建筑設(shè)計有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

一般而言，裝配式建筑在施工圖繪制結(jié)束后，應(yīng)對其設(shè)計予以分化，即將其中的預(yù)制柱梁、樓板等進行拆分，在此基礎(chǔ)上經(jīng)由工廠進行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)。但實質(zhì)上，建筑體型較為多元、構(gòu)件尺寸各不相同、型號類別眾多，假設(shè)借助人力區(qū)分，便存在龐大的工作量。因現(xiàn)階段我國裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范尚不健全，各地選擇的結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計方式等均有較大差異，匱乏統(tǒng)一指標(biāo)，故其運用具有較多不足。譬如裝配式構(gòu)件深化設(shè)計匱乏合理性、作業(yè)人員經(jīng)驗尚淺等，此類不足的存在只借助BIM技術(shù)難以解決。因而，本文以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合BIM技術(shù)，出具了一項新的裝配式結(jié)構(gòu)剪力墻參數(shù)化設(shè)計方法。

1 以Unity3d為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實即Virtual Reality，簡稱VR，可視為是兼具多項學(xué)科的綜合性技術(shù)手段。我們對其拆開理解，“虛擬”就是借助圖形技術(shù)這一信息手段模擬生成，“現(xiàn)實”便是宏觀層面具有的全部事物與環(huán)境，其不僅可為實際存在的，也可是虛無的。就VR技術(shù)而言，具備沉浸式、交互式兩大特性，前者具體借助VR設(shè)備讓使用者沉浸于場景當(dāng)中，為其營造真實的感覺；后者則借助此類設(shè)備對場景物體移動、聲音加以控制，促使使用者就像在現(xiàn)實生活中一樣?，F(xiàn)階段，該技術(shù)已于汽車制造、軍事模擬、建筑設(shè)計等領(lǐng)域廣泛運用。

就Unity3d而言，即一個可以高效構(gòu)建互動內(nèi)容的多平臺綜合型開發(fā)工具，認可所有主要文件格式資源，且可以與較多相關(guān)應(yīng)用程序聯(lián)合辦公，其具有的地形引擎能于寬闊繁雜的地形條件、低端硬件中高效作業(yè)。借助虛擬現(xiàn)實引擎Unity3d享有的優(yōu)勢特性，既可以渲染出震撼的現(xiàn)場效果，同時在C#編程語言的協(xié)同作用下，也可對邏輯繁雜的程序響應(yīng)等作出科學(xué)有效的設(shè)計。在借助此技術(shù)手段對裝配式結(jié)構(gòu)虛擬、仿真期間，往往選擇如Recit等建模軟件實行BIM建模之后經(jīng)由FBX導(dǎo)入模型。

2 裝配式結(jié)構(gòu)剪力墻參數(shù)化設(shè)計模型

位于Unity3d這一虛擬軟件中，對裝配式剪力墻構(gòu)建模型，也相當(dāng)于對混凝土和鋼筋建設(shè)模型，由于此類剪力墻外形比較復(fù)雜，具備各種變化，在內(nèi)部會存在數(shù)量、位置各不相同的洞口，因而對混凝土建設(shè)相應(yīng)模型時是沒有規(guī)律可以遵循的，這對軟件自動化建模構(gòu)成了阻礙。并且，針對形體具備多元變化的混凝土來講，剪力墻配筋是難以琢磨的。在對結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)制有效解讀與對裝配式構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)、實際裝置、虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立模型特征的充分掌握下，融合以往的工程設(shè)計經(jīng)驗、理念，此次研究提出了新的設(shè)計思路，即把裝配式剪力墻設(shè)計劃分成混凝土和鋼筋這兩個模塊分開建模的參數(shù)化設(shè)計模型。

2.1 混凝土墻參數(shù)化設(shè)計模型

若是具有雙洞口的矩形裝配式剪力墻，那么其模型建立所設(shè)定的坐標(biāo)原點就應(yīng)位于矩形的左下角，參數(shù)化模型詳如圖1所示。

其間，剪力墻端點可經(jīng)由寬(B0)、高(H0)顯示，內(nèi)部洞口頂點則經(jīng)由兩者中心(xc1，yc1)點與洞口寬(b1，b2)顯示。該模型定位點坐標(biāo)函數(shù)關(guān)系詳見表1。

表1 混凝土模型定位點坐標(biāo)函數(shù)關(guān)系

2.2 縱向鋼筋域的參數(shù)化設(shè)計模型

模型中設(shè)定的鋼筋定位點即Unity3d構(gòu)建模型的先行條件，縱向鋼筋域參數(shù)化模型詳見圖2。

圖2只屬于示意圖，所繪鋼筋數(shù)量僅為虛擬數(shù)量，與實際數(shù)量具備較大出入，只能將其視為每個模塊中的鋼筋代表。在此階段，把鋼筋所在位置區(qū)分為7大模塊，針對構(gòu)件設(shè)計如上參數(shù)化模型，里面1點～4點也就是剪力墻構(gòu)件頁面外部的控制點，5點～20點即縱向鋼筋內(nèi)部控制點。依照幾何關(guān)系獲知鋼筋控制點坐標(biāo)函數(shù)關(guān)系，詳見表2。

表2 縱向鋼筋定位點坐標(biāo)函數(shù)關(guān)系

2.3 橫向鋼筋域的參數(shù)化設(shè)計模型

該環(huán)節(jié)，將鋼筋所處區(qū)域劃分成5大塊，對構(gòu)件出具相應(yīng)參數(shù)化模型，詳見圖3。

圖3只屬于示意圖，所繪鋼筋數(shù)量并非實際數(shù)量，僅為各區(qū)域鋼筋代表。其間，1點～4點即剪力墻構(gòu)件界面外部控制點，5點～12點即縱向鋼筋內(nèi)部控制點。橫向鋼筋定位點坐標(biāo)函數(shù)關(guān)系詳見表3。

表3 橫向鋼筋定位點坐標(biāo)函數(shù)關(guān)系

3 虛擬現(xiàn)實技術(shù)下的裝配式剪力墻參數(shù)化設(shè)計

3.1 執(zhí)行方案

要確保裝配式剪力墻參數(shù)化設(shè)計工作落到實處，便應(yīng)運用以對象為主的程序設(shè)計形式，在參數(shù)化模型的協(xié)同作用下，對虛擬現(xiàn)實技術(shù)如Unity3d等作出二次開發(fā)，并在此基礎(chǔ)上運用SQL Server對數(shù)據(jù)庫予以建設(shè)以存儲相應(yīng)控制參數(shù)，而后借助PKPM,AutoCAD等平臺軟件中對裝配式剪力墻予以設(shè)計。

3.2 混凝土模型創(chuàng)建

就Unity3d而言，任意面均為三角形所繪，不管是何形狀均可以借助若干三角形拼湊所得。而Mesh即構(gòu)成Unity的一大組件，通常被稱作網(wǎng)格組件。在其中放置了三維模型數(shù)據(jù)，也就是vertices,normals,uv。位于該軟件中建模需借助上述組件中具有的網(wǎng)格劃分開展工作，因而混凝土參數(shù)化模型理所應(yīng)當(dāng)應(yīng)用耳切法對網(wǎng)絡(luò)劃分。細致而言，Unity3d建模步驟為：

1)為對內(nèi)部洞口問題加以解決，把1點、5點，8點、9點通過重合線連接(詳見圖1)，于上述四個點上各設(shè)定重疊點，即16點,15點,14點,13點，如此一來便能經(jīng)由封閉的簡單多邊形對混凝土模型予以展現(xiàn)。

2)經(jīng)由復(fù)連通多邊形法、編程對多邊形實施網(wǎng)格區(qū)分，區(qū)分結(jié)果詳見圖4。

3)于網(wǎng)格內(nèi)部加設(shè)與之對應(yīng)的材質(zhì)等輔助工具，對相應(yīng)模型予以建設(shè)。

3.3 鋼筋模型創(chuàng)建

Unity3d中對鋼筋模型的建立也能經(jīng)由三角網(wǎng)格劃分進行，具體流程為：最初經(jīng)由鋼筋的中心線繪制多短線，而后經(jīng)由鋼筋頁面所具有的半徑對六邊形予以繪制，并將其豎向放置到鋼筋軸多短線拐角處，對鋼筋網(wǎng)絡(luò)予以區(qū)分。具備彎鉤的鋼筋網(wǎng)格詳見圖5。

經(jīng)由此次研究出具的參數(shù)模型，提取AutoCAD圖的構(gòu)件信息、PKPM計算結(jié)果，于Unity3d里面可出現(xiàn)相應(yīng)裝配式剪力墻模型。

4 結(jié)語

本文對AutoCAD,Unity3d等進行了二次開發(fā)，在參數(shù)化模型的輔助下，位于PKPM,AutoCAD等平臺對裝配式剪力墻作出了相應(yīng)設(shè)計。通過論證獲知，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)的裝配式剪力墻參數(shù)化設(shè)計模式效果較好，可將結(jié)構(gòu)設(shè)計、工業(yè)化制造合理互融，對裝配式剪力墻獲取更好的發(fā)展具備促進作用。