一种基于Grasshopper平台的建筑楼梯智能设计方法与流程

本发明涉及辅助建筑设计，具体的说是一种基于grasshopper平台的建筑楼梯智能设计方法。

背景技术：

1、楼梯作为建筑中的垂直交通，是建筑设计中的重要组成部分。楼梯设计质量影响着建筑的交通流线及人员疏散安全等方面。以往楼梯设计有两种方式：一、人工创建，需要结合楼梯间设计的大小，楼层高度，手动计算所需的踢面高度及踏步个数，再进行手动绘制，当涉及到不等跑楼梯、多跑楼梯、与上行通道不同侧等类型的楼梯设计时，需要耗费大量的时间进行计算、验算才能进行绘制，而且当图纸变更时，则需要重新推倒重新设计，耗费大量的时间和精力，且效率低。二、插件生成，目前这类插件的绘制效果还不够全面，如没有楼梯净深选项，无法第一时间确定楼梯方案，无法确定梯段净高是否满足要求；没有内置楼梯相关规范，比如踏步高可设置任意值；楼梯剖面只能单梯段绘制，需要事先知道梯段相关参数，没有办法从整体上把控；只适合双跑，生成平面和剖面没有标注等问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于grasshopper平台的建筑楼梯智能设计方法。

2、解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种基于grasshopper平台的建筑楼梯智能设计方法，其特征在于，包括：

4、步骤s1、在rhino软件，基于grasshopper插件分别创建：建筑楼梯方案智能生成电池组、建筑楼梯剖面施工图生成电池组和建筑楼梯剖面施工图整体拼接电池组；

5、步骤s2、在excel表格中，填写目标建筑楼梯的已知参数；

6、步骤s3、将所述excel表格载入rhino软件，并执行所述建筑楼梯方案智能生成电池组，通过设置全局可调参数，生成目标建筑楼梯的每一楼层的综合设计方案；其中：

7、对于未设置梯梁下净高jg的楼层，所述建筑楼梯方案智能生成电池组生成等跑建议方案作为综合设计方案；

8、对于设置有梯梁下净高jg的楼层，所述建筑楼梯方案智能生成电池组生成不等跑建议方案作为综合设计方案；

9、步骤s4、执行所述建筑楼梯剖面施工图生成电池组，通过分别调用每一楼层的综合设计方案，以生成每一楼层的拼接剖面施工图；

10、步骤s5、执行所述建筑楼梯剖面施工图整体拼接电池组，以将各个楼层的拼接剖面施工图拼接成目标建筑楼梯的整体剖面施工图。

11、其中：对于未设置梯梁下净高jg的楼层：

12、所述步骤s2中，目标建筑楼梯的已知参数包括：是否公共建筑参数、楼层名称(例如：-1f、1f、2f等)、每一楼层的层高cg、踏步宽tbk、楼梯净宽ltjk、梯井宽tjk、楼梯门宽mk、楼梯净深ltjs；并且，单位均为mm；

13、所述步骤s3中，全局可调参数包括：每一楼层对应的是否侧向开门参数、面层厚度mch、梯梁高tlg、是否偶数跑参数；并且，单位均为mm；

14、所述建筑楼梯方案智能生成电池组生成任意一个楼层的等跑建议方案的步骤，包括：

15、步骤s3-1a、分别计算出n×m个待定踏步高tbgdd=cg÷psjd÷tdjsjd；

16、式中，cg为所述已知参数中的层高；psjd为假定跑数，表示楼层所假定具有的梯段数量，在预设的跑数范围内取值，n为所述跑数范围所包含的跑数取值个数；tdjsjd为假定单梯段级数，表示楼层的每一梯段所假定具有的踏步数量，在预设的单梯段级数范围内取值，m为所述单梯段级数范围所包含的单梯段级数取值个数，其中，所述单梯段级数范围需要满足楼梯建筑设计规范所规定的小于18级的要求；举例来说，所述跑数范围设置为1~6，即n=6，所述单梯段级数范围设置为5~18，即m=14，则：本步骤共需计算出84个待定踏步高tbgdd。

17、步骤s3-2a、从所述n×m个待定踏步高tbgdd中，筛选出处于楼梯建筑设计规范所规定踏步高规定范围内的待定踏步高tbgdd，记为初筛踏步高tbgcs；并且，将初筛踏步高tbgcs在所述步骤s3-1a的计算中所对应的假定跑数psjd和假定单梯段级数tdjsjd，分别记为初筛跑数pscs和初筛单梯段级数tdjscs；

18、步骤s3-3a、计算每一个所述初筛单梯段级数tdjscs对应的最小楼梯净深ltjsmin=(tdjscs-1)×tbk+ptkjx+ptkyc；

19、其中，ptkjx =(ltjk-tjk)/2+100；

20、式中，tbk、ltjk、tjk分别为所述已知参数中的踏步宽、楼梯净宽、梯井宽；ptkjx为目标建筑楼梯的休息平台的极限休息平台宽；ptkyc为目标建筑楼梯的异侧平台的异侧平台宽；

21、当楼层对应的是否侧向开门参数设置为是(即侧向开门)的情况下：如果所述是否公共建筑参数设置为是，则ptkyc=2.1m；如果是否公共建筑参数设置为否，则ptkyc=1.8m；

22、当楼层对应的是否侧向开门参数设置为否(即同向开门)的情况下：，其中，r=(ltjk-tjk)÷2，d=(mk-tjk)÷2；

23、式中，r为疏散线半径，d为向楼梯外侧偏移的距离，ltjk、mk、tjk分别为所述已知参数中的楼梯净宽、楼梯门宽、梯井宽；

24、步骤s3-4a、从步骤s3-3a的计算结果中，筛选出小于所述楼梯净深ltjs的最小楼梯净深ltjsmin，记为二筛最小楼梯净深ltjsmin2；并且，将二筛最小楼梯净深ltjsmin2在所述步骤s3-3a的计算中所对应的初筛单梯段级数tdjscs，以及对应的初筛踏步高tbgcs和初筛跑数pscs，分别记为二筛单梯段级数tdjses、二筛踏步高tbges和二筛跑数pses；

25、步骤s3-5a、先计算每一个二筛踏步高tbges对应的二筛单梯段高tdges=tdjses×tbges，再计算每一个二筛踏步高tbges对应的二筛梯梁下净高jges=tdges×2-mch-tlg-xmch；

26、式中，mch、tlg分别为楼层对应的面层厚度、梯梁高，xmch为预设的梯梁下面层厚度，一般默认设置为20mm；

27、步骤s3-6a、从步骤s3-5a的计算结果中，筛选出满足楼梯建筑设计规范所规定大于等于2000mm的二筛梯梁下净高jges，记为三筛梯梁下净高jgss；并且，将三筛梯梁下净高jgss在所述步骤s3-5a的计算中所对应的二筛踏步高tbges、二筛单梯段级数tdjses和二筛跑数pses，分别记为三筛踏步高tbgss、三筛单梯段级数tdjsss和三筛跑数psss；

28、步骤s3-7a、如果步骤s3-6a仅筛选出一个所述三筛踏步高tbgss，则将其确定为等跑方案踏步高tbgdp；

29、如果步骤s3-6a仅筛选出至少两个所述三筛踏步高tbgss，则：在所述是否偶数跑参数设置为是的情况下，筛选出偶数的三筛跑数psss所对应的三筛踏步高tbgss记为四筛踏步高tbgsis；在所述是否偶数跑参数设置为否的情况下，筛选出奇数的三筛跑数psss所对应的三筛踏步高tbgss记为四筛踏步高tbgsis；

30、如果仅筛选出一个所述四筛踏步高tbgsis，则将其确定为等跑方案踏步高tbgdp；

31、如果筛选出至少两个所述四筛踏步高tbgsis，则从中选出最大者确定为等跑方案踏步高tbgdp；

32、步骤s3-8a、将步骤s3-7a确定的等跑方案踏步高tbgdp所对应的三筛梯梁下净高jgss、三筛单梯段级数tdjsss和三筛跑数psss，记为等跑方案梯梁下净高jgdp、等跑方案单梯段级数tdjsdp和等跑方案跑数psdp，以作为相应楼层的等跑建议方案。

33、优选的：所述建筑楼梯方案智能生成电池组生成任意一个楼层的等跑建议方案的步骤，还包括：

34、步骤s3-9a、如果满足tbgdp+2200＜jgdp，则得出需要将梯梁偏移300+mch+xmch的结论，以满足楼梯建筑设计规范所规定的第一个踏步向外延伸300mm再向上2200mm后不能碰到梯梁的要求；否则，得出梯梁不需要偏移的结论。

35、其中，所述步骤s3-1a、步骤s3-3a、步骤s3-5a分别通过grasshopper插件内置的运算电池实现，如division电池即除法电池、加法电池、减法电池、乘法电池、根法电池等；所述步骤s3-2a、步骤s3-4a、步骤s3-6a、步骤s3-9a分别通过grasshopper插件内置的gateand电池(即同时满足多个设定条件的逻辑电池)和larger than电池(即满足比较结果的电池)实现。

36、优选的：所述步骤s3-2a中，通过grasshopper插件内置的dispatch电池将不满足所述踏步高规定范围的待定踏步高tbgdd过滤至不建议方案的panel电池；所述步骤s3-4a中，通过grasshopper插件内置的dispatch电池将在所述楼梯净深ltjs以上的最小楼梯净深ltjsmin所对应的初筛单梯段级数tdjscs、初筛踏步高tbgcs和初筛跑数pscs过滤至不建议方案的panel电池；所述步骤s3-6a中，通过grasshopper插件内置的dispatch电池将不满足楼梯建筑设计规范所规定大于等于2000mm的二筛梯梁下净高jges所对应的二筛踏步高tbges、二筛单梯段级数tdjses和二筛跑数pses过滤至不建议方案的panel电池；并且，通过panel电池记录待定踏步高tbgdd、初筛踏步高tbgcs、二筛踏步高tbges被过滤的理由，以生成不建议方案。

37、其中：对于设置有梯梁下净高jg的楼层：

38、所述步骤s2中，目标建筑楼梯的已知参数包括：每一楼层的层高cg；并且，单位均为mm；

39、所述步骤s3中，全局可调参数包括：指定楼层的指定跑数pszd、指定楼层的指定梯段的梯梁下净高jg；其中，指定跑数pszd表示指定楼层被指定具有的梯段数量；并且，单位均为mm；

40、所述建筑楼梯方案智能生成电池组生成任意一个楼层的不等跑建议方案的步骤，包括：

41、步骤s3-1b、计算指定梯段假定踏步高tbgzdtd_jd=jg÷jszdtd，式中，jstd_jd为梯段假定级数，表示指定楼层的梯段所假定具有的踏步数量，在预设的单梯段级数范围内取值；

42、步骤s3-2b、从步骤s3-1b计算得到的指定梯段假定踏步高tbgzdtd_jd中，筛选出在目标建筑楼梯的项目类型所对应预设的踏步高取值范围之内的指定梯段假定踏步高tbgzdtd_jd，并从中选出最大值者作为指定楼层的指定梯段的指定梯段踏步高tbgzdtd，并据此确定指定楼层的指定梯段的指定梯段级数；

43、步骤s3-3b、计算指定楼层的剩余梯段高度tdgdsy=cg-jg，并且，计算指定楼层的剩余梯段假定踏步高tbgsytd_jd=tdgdsy÷2÷jstd_jd；

44、步骤s3-4b、从步骤s3-3b计算得到的剩余梯段假定踏步高tbgsytd_jd中，筛选出在目标建筑楼梯的项目类型所对应预设的踏步高取值范围之内的剩余梯段假定踏步高tbgsytd_jd，并从中选出最大值者作为指定楼层的pszd-1个剩余梯段的剩余梯段踏步高tbgsytd，并据此确定pszd-1个剩余梯段的剩余梯段总级数jssy=tdgdsy÷剩余梯段踏步高tbgsytd；

45、步骤s3-5b、计算pszd-1个剩余梯段的平均级数jspj=jssy÷(pszd-1)，并且，将平均级数jspj进行取整后，对pszd-1个剩余梯段的级数进行分配；例如：剩余梯段总级数jssy为23，有两个剩余梯段，即平均级数jspj为11.5，则进行取整后，两个剩余梯段的级数分别为11和12。

46、步骤s3-6b、将所述梯梁下净高jg、指定跑数pszd、指定梯段踏步高tbgzdtd、指定梯段级数、剩余梯段踏步高tbgsytd、pszd-1个剩余梯段的级数，记为不等跑梯梁下净高jgbdp、不等跑指定跑数、不等跑指定梯段踏步高、不等跑指定梯段级数、不等跑剩余梯段踏步高、pszd-1个剩余梯段的不等跑级数，以作为相应楼层的不等跑建议方案。

47、其中：

48、所述步骤s2中，目标建筑楼梯的已知参数包括：首层剖面上行方向和首层剖面填充方向；其中，所述首层剖面上行方向表示目标建筑楼梯在剖面图中被定义为首层的楼梯梯段的上行方向，包含向左上行和向右上行两种情况；所述首层剖面填充方向表示目标建筑楼梯在剖面图中被定义为首层的单梯段楼梯轮廓线采用的填充方式，包含实心填充和空心填充两种情况，由于填充方式采用实心填充和空心填充的交替方式，在首层的填充方式确定的情况下，其余各层的填充方式也被确定；

49、所述步骤s3中，全局可调参数包括：每一楼层对应的楼梯厚度lthd、梯梁高tlg、梯梁高tlk、主梁高zlg、主梁宽zlk；其中，楼梯厚度lthd即踏步到楼梯梯段底面的最小距离；

50、所述步骤s4中，建筑楼梯剖面施工图生成电池组生成任一楼层的拼接点和拼接剖面施工图，步骤如下：

51、步骤s4-1、根据所述首层剖面上行方向，以及所述综合设计方案中的踏步宽tbk、等跑方案踏步高tbgdp或不等跑指定梯段踏步高、不等跑剩余梯段踏步高，通过grasshopper插件内置的line sdl电池绘制出单个踏步轮廓；再用grasshopper插件内置的lineararray电池，先根据所述单个踏步轮廓，所述综合设计方案中的等跑方案单梯段级数tdjsdp或不等跑指定梯段级数、pszd-1个剩余梯段的不等跑级数，以及楼梯厚度lthd，绘制出楼梯梯段轮廓线，再根据所述综合设计方案中的极限休息平台宽ptkjx、异侧平台宽ptkyc和所述楼梯厚度lthd，由楼梯梯段轮廓线分别延伸绘制出休息平台轮廓线和异侧平台轮廓线，且根据所述梯梁高tlg、梯梁高tlk、主梁高zlg、主梁宽zlk，分别延伸绘制出梯梁轮廓线和主梁轮廓线，以使得楼梯梯段轮廓线、休息平台轮廓线、异侧平台轮廓线、梯梁轮廓线和主梁轮廓线构成单梯段楼梯轮廓线；并且，通过grasshopper插件内置的mirror电池镜像复制预设数量的单梯段楼梯轮廓线；

52、步骤s4-2、按照所述首层剖面填充方向，通过stream filter电池从步骤s4-1绘制出的单梯段楼梯轮廓线中筛选出需要进行实心填充的，并通过来源于elefront插件的define hatch电池对筛选出的单梯段楼梯轮廓线进行实心填充；

53、步骤s4-3、通过offset curve电池，对单梯段楼梯轮廓线的最上方边缘线进行50mm的上偏移，确定为楼梯上面层线；

54、步骤s4-4、通过offset curve loose电池对单梯段楼梯轮廓线的最上方边缘线进行20mm下偏移，确定为楼梯下面层线；

55、步骤s4-5、提取所述楼梯上面层线的两个端点，通过line sdl电池向上绘制900mm的直线，并通过line电池将该两条直线的端点进行连接，以绘制成扶手线；

56、步骤s4-6、通过line sdl电池，对所述楼梯上面层线的两个端点依次向外侧、上侧、内侧绘制300mm的直线、2200mm的直线、300mm的直线，并将最终的两个端点相连，以绘制成净空线；

57、步骤s4-7、通过elefront插件的define linear dimension电池，进行标注，包含水平平台、梯段标注，左侧层高标注以及右侧单梯段高标注；其中，连接相应的点，选择标注样式即可，对于水平梯段的标注需要修改值为：踏步宽x(级数-1)=实际值，右侧梯段高的标注需要修改值为：踏步高x级数=实际值；

58、步骤s4-8、按照梯度高度进行累加，对所述休息平台轮廓线和异侧平台轮廓线进行标高；

59、由此，每一个单梯段楼梯轮廓线及步骤s4-2至步骤s4-8对其绘制的图形及标注，形成了相应楼层的拼接剖面施工图。

60、其中：所述步骤s5中，建筑楼梯剖面施工图整体拼接电池组即将步骤s4绘制成的各个楼层的拼接剖面施工图拼接成目标建筑楼梯的整体剖面施工图，步骤如下：

61、步骤s5-1、通过data recorder电池，对每一楼层的拼接剖面施工图进行缓存，并提取拼接剖面施工图中楼梯上面层线的左侧端点向上移动一个层高cg的距离后得到的点作为该楼层的拼接点；

62、步骤s5-2、通过pufferfish插件的move to point电池，使相邻两个楼层的拼接剖面施工图中，下一个楼层的拼接点与上一个楼层的楼梯上面层线的左侧端点重合，以实现相邻两个楼层的拼接剖面施工图的定位拼接，拼接形成目标建筑楼梯的整体剖面施工图；

63、步骤s5-3、计算每一楼层的拼接剖面施工图中的实际楼梯厚度lthdsj=tljjxl÷25，且lthdsj取整；式中，tljjxl表示该楼层的相邻梯梁净距，为该楼层的拼接剖面施工图中楼梯梯段轮廓线两侧的两根梯梁轮廓线之间的水平距离；

64、其中，步骤s5-3的目的主要是考虑到梯段设计的结构影响因素，传统的设计方法是建筑设计人员按经验值预先假定一个梯板厚度绘制出建筑梯段，并将楼梯提资图提给结构专业进行梯板和休息平台、梯梁承载力计算。结构专业再反提梯板、梯梁和休息平台截面给建筑专业复核梯段净高并进行调整。整个过程耗费大量的人力和时间，通过程序的智能算法及计算机强大的算力，程序能综合分析得出最佳设计方案，能将这一过程缩短到几分钟的时间，生成满足结构专业要求的楼梯设计。

65、步骤s5-4、通过data dam电池，将步骤s5-3计算得到的各个楼层的实际楼梯厚度lthdsj推送到全局可调参数，以将全局可调参数的每一楼层的楼梯厚度lthd的取值替换为相应的实际楼梯厚度lthdsj；

66、并且，根据替换取值后的楼梯厚度lthd，重新执行步骤s4、步骤s5-1和步骤s5-2，以重新拼接形成的目标建筑楼梯的整体剖面施工图作为最终结果。

67、作为本发明的优选实施方式：所述述步骤s1中，基于grasshopper插件还创建有：建筑楼梯三维模型生成电池组；

68、所述建筑楼梯智能设计方法还包括：

69、步骤s6、执行所述建筑楼梯三维模型生成电池组，以将所述目标建筑楼梯的整体剖面施工图生成为目标建筑楼梯的建筑楼梯三维模型，具体步骤为：

70、步骤s6-1、按照所述首层剖面填充方向，对所述整体剖面施工图中各楼层的拼接剖面施工图进行分组，分别记为实新填充分组和空心填充分组，并按首层剖面填充方向，用patch电池进行封面；

71、步骤s6-2、通过extrude电池，对所述整体剖面施工图进行距离为(ltjk-tjk)÷2的拉伸，其中，ltjk表示楼梯净宽，tjk表示梯井宽，实新填充分组向前拉伸，空心填充分组向后拉伸，以得到目标建筑楼梯的建筑楼梯三维模型，参见图3。

72、作为本发明的优选实施方式：所述述步骤s1中，基于grasshopper插件还创建有：平面施工图生成电池组；

73、所述建筑楼梯智能设计方法还包括：

74、步骤s7、执行所述平面施工图生成电池组，以将所述目标建筑楼梯的整体剖面施工图生成为目标建筑楼梯的平面施工图，具体步骤为：根据所述整体剖面施工图，通过pufferfish插件的move to point电池在各个楼层的楼梯梯段轮廓线上进行定位，以生成目标建筑楼梯的各个楼层的平面施工图，包含楼梯轮廓、标高和箭头、中间梯段线、疏散线、标注、平面文字六个部分，参见图4。其中，利用箭头生成电池组，可以自动生成箭头图形，根据上或者下文字的位置，通过角度的设定，可生成正确的箭头位置。

75、另外，还可以通过bake all elefront电池将所有grasshopper中生成的图元进行bake(即引入)到rhino中，利用python电池一键导出dwg文件。

76、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

77、第一，本发明只需建筑楼梯设计人员在excel表格中填写目标建筑楼梯的已知参数，以及在rhino软件设置全局可调参数，即可利用grasshopper插件中创建的电池组，针对是否设置有梯梁下净高jg的情况，分别生成等跑建议方案和不等跑建议方案作为综合设计方案，并根据综合设计方案生成目标建筑楼梯的每一楼层的拼接剖面施工图、整体剖面施工图、建筑楼梯三维模型和各个楼层的平面施工图，具有建模速度快、效率高、准确率高、完整性好、易用性强的优点。

78、第二，本发明在步骤s3-3a和步骤s3-4a中对楼梯净深进行优化，能够减少目标建筑楼梯的公摊面积，提高房屋商业价值。

79、第三，本发明能够通过生成不建议方案，对筑楼梯设计人员从方案到施工图全过程中进行楼梯自动绘图及系统报错纠错，方便高效，节省出图时间，降低错误率。