结构设计的虚拟原型技术与应用研究

摘要

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。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。

目录

文摘

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声明

第1章引言

1.1概述

1.2设计技术的概述

1.2.1设计技术的基本概念

1.2.2设计技术的演变过程

1.2.3设计技术的分类

1.3虚拟原型技术及相关的概念概述

1.3.1虚拟原型技术

1.3.2相关概念概述及异同解析

1.4虚拟原型技术的研究现状

1.4.1层次一：“静态虚拟原型技术”

1.4.2层次二：“动态交互虚拟原型技术”

1.4.3小结

1.5目前结构设计技术评述

1.5.1结构设计理论方法概述

1.5.2目前结构设计手段评述

1.5.3结构设计瓶颈

1.6本文采取的研究方法、技术路线与主要工作

1.7章节安排及相互关系

第2章结构设计虚拟原型技术的技术前提

2.1引言

2.2硬件技术发展概况

2.2.1处理技术

2.2.2存储技术

2.2.3图形显示技术

2.2.4小结

2.3关键支撑软件技术概述

2.3.1建模技术

2.3.2数值仿真技术

2.3.3科学计算可视化技术

2.3.4虚拟现实技术

2.3.5小结

第3章结构虚拟原型架构

3.1引言

3.2结构虚拟原型的概念

3.2.1原型

3.2.2虚拟原型

3.2.3结构虚拟原型

3.3结构虚拟原型的元模型架构分析

3.3.1元模型建模方法

3.3.2结构虚拟原型的元建模分析

3.4结构虚拟原型的表述方法研究

3.4.1模型表述方法

3.4.2IFC与EXPRESS

3.4.3结构虚拟原型表述语法原则

第4章结构虚拟原型技术应用框架研究

4.1引言

4.2虚拟原型技术体系评述

4.2.1通用体系

4.2.2专用体系

4.2.3新出现的特殊体系

4.2.4小结

4.3建筑结构的设计流程与数据流分析

4.3.1传统建筑结构设计流程与数据流分析

4.3.2基于虚拟原型的建筑结构设计流程与数据流分析

4.4建筑结构虚拟原型技术体系

4.4.1结构虚拟原型技术架构基本原则

4.4.2结构虚拟原型技术体系框架

4.5结构虚拟原型技术体系模块构成分析

4.5.1结构虚拟原型建模模块

4.5.2结构虚拟原型仿真模块

4.5.3结构虚拟原型数值模拟与可视化模块

4.5.4结构虚拟原型数据管理模块

第5章结构虚拟原型技术系统的实现

5.1引言

5.1.1结构虚拟原型技术系统整体实现概述

5.1.2系统实现的面向对象方法

5.2结构虚拟原型技术的特征建模实现

5.2.1特征建模理论准备

5.2.2结构虚拟原型技术的特征建模面向对象实现

5.3结构虚拟原型技术的虚拟仿真实现

5.3.1虚拟建造理论准备

5.3.2虚拟建造的面向对象实现

5.3.3虚拟试验的理论准备

5.3.4虚拟试验的面向对象实现

5.4结构虚拟原型的分析功能的整合

5.4.1结构虚拟原型的分析工具概述

5.4.2结构虚拟原型的分析工具代码整合

5.5结构虚拟原型的数据管理实现

第6章结构虚拟原型应用实例研究

6.1结构虚拟原型系统概述

6.1.1系统构成概述

6.1.2系统的使用流程

6.2实例分析

6.2.1某三层框架结构虚拟原型建立及考虑施工的结构分析

6.2.2某地铁车站顺、逆施作虚拟建造实现

6.2.3某四线换乘交通枢纽结构虚拟原型建立与分析

6.2.4某500KV地下变电站结构虚拟原型建立与分析

第7章结论与展望

7.1成果与结论

7.1.1成果

7.1.2结论

7.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果