地铁模型的生成系统及方法
专利汇可以提供地铁模型的生成系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及地 铁 模型的生成系统及方法，地铁模型的生成系统包括地铁车站计算模 块 和地铁区间计算模块；所述地铁车站计算模块包括下列模块：三维土层模型生成模块、数据交叉检测模块、检测三维车站结构模型是否在三维土层模型内部的模块、网格划分和自检模块、对生成的结构进行计算模块和生成结果显示模块；所述地铁区间计算模块包括下列模块：三维土层模型生成模块、数据交叉检测模块、网格划分和自检模块、对生成的结构进行计算模块和生成结果显示模块。本发明能够实现地铁设计计算过程由平面向三维转化，使计算结果与实际结构受 力 更好的吻合，更好地体现精细化设计理念，创造显著的经济效益。，下面是地铁模型的生成系统及方法专利的具体信息内容。
1.地铁模型的生成系统，其特征是，该系统包括地铁车站计算模块和地铁区间计算模块；
所述地铁车站计算模块包括下列模块：
三维土层模型生成模块：根据输入的绝对坐标，以每四个点确定一层土层的方法生成土层模型，根据输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的力学性质；
数据交叉检测模块：检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
三维车站结构模型生成模块：根据结构中八个结点最小(x、y、z)结点坐标确定结构的一个结点，同时根据输入的结构长、宽、高生成相应的结构模型，由输入的层高和板厚生成上、中、下结构板模型，由输入的侧墙尺寸生成所要求解结构的墙厚，由输入的地下连续墙的深度和厚度生成绕结构一周的地下连续墙结构；在生成的土层模型中将结构模型所占据的空间去除；去除的部分被集合成一个新的部分，并在计算过程中调用这一去除的部分；
检测三维车站结构模型是否在三维土层模型内部的模块：根据柱子长宽尺寸、柱距和排距，在结构模型中生成下至底板上至顶板的结构柱子模型，如果生成的柱子模型有超出结构模型外围则提示错误，并要求用户重新输入；
网格划分和自检模块：根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土层结构模型进行网格划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行检查，如果发现奇异的网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产生全部符合条件的网格节点；
对生成的结构进行计算模块：如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层结构模型进行计算；所述计算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应力和应变，然后在土层模型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行计算；第二次计算结果减去第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和变形；
生成结果显示模块：选择调用结构在荷载作用条件下的应力或应变或土层变形，形成图像和数据库文件；
所述地铁区间计算模块包括下列模块：
三维土层模型生成模块：根据输入的绝对坐标，以每四个点确定一层土层的方法生成土层模型的模块，根据输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的力学性质的模块；
数据交叉检测模块：检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
三维区间结构模型生成模块：根据输入的八个关键点的坐标确定起始截面的外轮廓，同时根据界面的厚度确定区间截面的形状的模块；根据输入的五个关键点坐标确定结构的线路走向，并根据外轮廓和区间截面的形状生成区间结构模型的；在土层模型中将区间结构所占据的空间减除，同时将减除的土层空间定义为新的部分；
网格划分和自检模块：根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土层结构模型进行网格划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行检查，如果发现奇异的网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产生全部符合条件的网格节点；
对生成的结构进行计算模块：如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层结构模型进行计算；所述计算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应力和应变，然后在土层模型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行计算；第二次计算结果减去第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和变形；
生成结果显示模块：选择调用结构在荷载作用条件下的应力或应变或土层变形，形成图像和数据库文件。
2.根据权利要求1所述的地铁模型的生成系统，其特征是，所述地铁车站计算模块中还包括用数值和颜色来体现土层形变渐变性的模块。
3.根据权利要求1所述的地铁模型的生成系统，其特征是，所述地铁区间计算模块中还包括用数值和颜色来体现土层形变渐变性的模块。
4.地铁模型的生成方法，其特征是，该方法包括地铁车站计算方法和地铁区间计算方法；
所述地铁车站计算方法包括下列步骤：
根据输入的绝对坐标，以每四个点确定一层土层的方法生成土层模型，根据输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的力学性质；
检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
根据结构中八个结点最小(x、y、z)结点坐标确定结构的一个结点，同时根据输入的结构长、宽、高生成相应的结构模型，由输入的层高和板厚生成上、中、下结构板模型，由输入的侧墙尺寸生成所要求解结构的墙厚，由输入的地下连续墙的深度和厚度生成绕结构一周的地下连续墙结构；在生成的土层模型中将结构模型所占据的空间去除；去除的部分被集合成一个新的部分，并在计算过程中调用这一去除的部分；
根据柱子长宽尺寸、柱距和排距，在结构模型中生成下至底板上至顶板的结构柱子模型，如果生成的柱子模型有超出结构模型外围则提示错误，并要求用户重新输入；
根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土层结构模型进行网格划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行检查，如果发现奇异的网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产生全部符合条件的网格节点；
如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层结构模型进行计算；所述计算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应力和应变，然后在土层模型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行计算；第二次计算结果减去第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和变形；
选择调用结构在荷载作用条件下的应力或应变或土层变形，形成图像和数据库文件；
所述地铁区间计算方法包括下列步骤：
根据输入的绝对坐标，以每四个点确定一层土层的方法生成土层模型的模块，根据输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的力学性质的模块；
检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
根据输入的八个关键点的坐标确定起始截面的外轮廓，同时根据界面的厚度确定区间截面的形状，根据输入的五个关键点坐标确定结构的线路走向，并根据外轮廓和区间截面的形状生成区间结构模型；在土层模型中将区间结构所占据的空间减除，同时将减除的土层空间定义为新的部分；
根据柱子长宽尺寸、柱距和排距，在结构模型中生成下至底板上至顶板的结构柱子模型，如果生成的柱子模型有超出结构模型外围则提示错误，并要求用户重新输入；
根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土层结构模型进行网格划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行检查，如果发现奇异的网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产生全部符合条件的网格节点；
如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层结构模型进行计算；所述计算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应力和应变，然后在土层模型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行计算；第二次计算结果减去第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和变形；
选择调用结构在荷载作用条件下的应力或应变或土层变形，形成图像和数据库文件。
5.根据权利要求4所述的地铁模型的生成方法，其特征是，所述步骤6）和7）之间还包括中还包括用数值和颜色来体现土层形变渐变性的方法。
6.根据权利要求4所述的地铁模型的生成方法，其特征是，所述步骤
和 之间还包括用数值和颜色来体现土层形变渐变性的方法。
地铁模型的生成系统及方法
技术领域
算得出的结果必定与实际受力相差较大。对于简单的结构和地质条件作用下的情况分析尚
可满足实际的需要，但是随着城市地铁建设的进一步发展，出现了较多的复杂结构包括结
构形式的复杂和地质条件的复杂，此时如果还是采用简单的平面模型计算得出的结果将与
实际相差非常大，采用的处理手段要么就是增大设计过程中的结构尺寸参数，要么就是对
材料特性参数做进一步的折减，但是由于尺寸参数和特性参数的增减不精确其计算得到的
值并不能反映真实的结构受力过程。
如果都采用普氏塌落拱力学模型得出的结果往往与实际不符。因此采用荷载结构法计算地
铁车站和区间得到的数值与实际受力相差甚大。
差；对于区间不同埋深计算得出的结果与实际受力相差很大。
发明内容
构提供某些复杂节点的受力，保证地铁设计的精细化。
所述地铁车站计算模块包括下列模块：
三维土层模型生成模块：根据输入的绝对坐标，以每四个点确定一层土层的方法生成
土层模型，根据输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的力学性
质；
数据交叉检测模块：检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
三维车站结构模型生成模块：根据结构中八个结点最小(x、y、z)结点坐标确定结构的
一个结点，同时根据输入的结构长、宽、高生成相应的结构模型，由输入的层高和板厚生成
上、中、下结构板模型，由输入的侧墙尺寸生成所要求解结构的墙厚，由输入的地下连续墙
的深度和厚度生成绕结构一周的地下连续墙结构；在生成的土层模型中将结构模型所占据
的空间去除；去除的部分被集合成一个新的部分，并在计算过程中调用这一去除的部分；
检测三维车站结构模型是否在三维土层模型内部的模块：根据柱子长宽尺寸、柱距和
排距，在结构模型中生成下至底板上至顶板的结构柱子模型，如果生成的柱子模型有超出
结构模型外围则提示错误，并要求用户重新输入；
网格划分和自检模块：根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土
层结构模型进行网格划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行
检查，如果发现奇异的网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产
生全部符合条件的网格节点；
对生成的结构进行计算模块：如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层
结构模型进行计算；所述计算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应
力和应变，然后在土层模型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行
计算；第二次计算结果减去第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和
变形；
生成结果显示模块：选择调用结构在荷载作用条件下的应力、应变或土层变形，形成图
像和数据库文件。
土层模型的模块，根据输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的
力学性质的模块；
数据交叉检测模块：检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
三维区间结构模型生成模块：根据输入的八个关键点的坐标确定起始截面的外轮廓，
同时根据界面的厚度确定区间截面的形状的模块；根据输入的五个关键点坐标确定结构的
线路走向，并根据外轮廓和区间截面的形状生成区间结构模型的；在土层模型中将区间结
构所占据的空间减除，同时将减除的土层空间定义为新的部分；
网格划分和自检模块：根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土
层结构模型进行网格划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行
检查，如果发现奇异的网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产
生全部符合条件的网格节点；
对生成的结构进行计算模块：如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层
结构模型进行计算；所述计算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应
力和应变，然后在土层模型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行
计算；第二次计算结果减去第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和
变形；
生成结果显示模块：选择调用结构在荷载作用条件下的应力或应变或土层变形，形成
图像和数据库文件。
所述地铁车站计算方法包括下列步骤：
1)根据输入的绝对坐标，以每四个点确定一层土层的方法生成土层模型，根据输入的
每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的力学性质；
2)检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
3)根据结构中八个结点最小(x、y、z)结点坐标确定结构的一个结点，同时根据输入的
结构长、宽、高生成相应的结构模型，由输入的层高和板厚生成上、中、下结构板模型，由输
入的侧墙尺寸生成所要求解结构的墙厚，由输入的地下连续墙的深度和厚度生成绕结构一
周的地下连续墙结构；在生成的土层模型中将结构模型所占据的空间去除；去除的部分被
集合成一个新的部分，并在计算过程中调用这一去除的部分；
4)根据柱子长宽尺寸、柱距和排距，在结构模型中生成下至底板上至顶板的结构柱子
模型，如果生成的柱子模型有超出结构模型外围则提示错误，并要求用户重新输入；
5)根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土层结构模型进行网格
划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行检查，如果发现奇异的
网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产生全部符合条件的网
格节点；
6)如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层结构模型进行计算；所述计
算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应力和应变，然后在土层模型
中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行计算；第二次计算结果减去
第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和变形；
7)选择调用结构在荷载作用条件下的应力或应变或土层变形，形成图像和数据库文
件。
输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的力学性质的模块；
②检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
③根据输入的八个关键点的坐标确定起始截面的外轮廓，同时根据界面的厚度确定区
间截面的形状，根据输入的五个关键点坐标确定结构的线路走向，并根据外轮廓和区间截
面的形状生成区间结构模型；在土层模型中将区间结构所占据的空间减除，同时将减除的
土层空间定义为新的部分；
④根据柱子长宽尺寸、柱距和排距，在结构模型中生成下至底板上至顶板的结构柱子
模型，如果生成的柱子模型有超出结构模型外围则提示错误，并要求用户重新输入；
⑤根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土层结构模型进行网格
划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行检查，如果发现奇异的
网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产生全部符合条件的网
格节点；
⑥如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层结构模型进行计算；所述计
算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应力和应变，然后在土层模型
中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行计算；第二次计算结果减去
第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和变形；
⑦选择调用结构在荷载作用条件下的应力或应变或土层变形，形成图像和数据库文
件。
作为 本 发明 的 进一 步 改进，为 了更 好 的体 现 直观 显 示，所 述 步骤
和 之间还包括用数值和颜色来体现土层形变渐变性的方法。
种复杂的结构，如果仍然采用平面结构来代替三维真实结构来计算将不可避免的出现较大
的偏差也定难以合理的体现设计的理念，因此本发明很好的填补了这一空白，使得其在实
用性和本工程领域的通用性具有显著的成效。
1)实现地铁设计计算过程的标准化，加快设计计算的进度；
2)实现地铁设计计算过程由平面向三维转化，使计算结果与实际结构受力更好的吻
合，更好的体现精细化设计理念，创造显著的经济效益；
3)通过三维计算模块化的开发，让一般的设计人员也可以很容易的掌握比较高深的技
术，从而从整体上提升这一领域设计人员的设计能力。
具体实施方式
土层模型，根据输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的力学性
质；
数据交叉检测模块：检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
三维车站结构模型生成模块：根据结构中八个结点最小(x、y、z)结点坐标确定结构的
一个结点，同时根据输入的结构长、宽、高生成相应的结构模型，由输入的层高和板厚生成
上、中、下结构板模型，由输入的侧墙尺寸生成所要求解结构的墙厚，由输入的地下连续墙
的深度和厚度生成绕结构一周的地下连续墙结构；在生成的土层模型中将结构模型所占据
的空间去除；去除的部分被集合成一个新的部分，并在计算过程中调用这一去除的部分；
检测三维车站结构模型是否在三维土层模型内部的模块：根据柱子长宽尺寸、柱距和
排距，在结构模型中生成下至底板上至顶板的结构柱子模型，如果生成的柱子模型有超出
结构模型外围则提示错误，并要求用户重新输入；
网格划分和自检模块：根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土
层结构模型进行网格划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行
检查，如果发现奇异的网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产
生全部符合条件的网格节点；
对生成的结构进行计算模块：如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层
结构模型进行计算；所述计算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应
力和应变，然后在土层模型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行
计算；第二次计算结果减去第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和
变形；
生成结果显示模块：选择调用结构在荷载作用条件下的应力、应变或土层变形，形成图
像和数据库文件。
土层模型的模块，根据输入的每一层土层的粘聚力和内摩擦角的数值赋予每一土层相应的
力学性质的模块；
数据交叉检测模块：检测上下两层的坐标是否出现交叉，如果交叉则进行出错提示；
三维区间结构模型生成模块：根据输入的八个关键点的坐标确定起始截面的外轮廓，
同时根据界面的厚度确定区间截面的形状的模块；根据输入的五个关键点坐标确定结构的
线路走向，并根据外轮廓和区间截面的形状生成区间结构模型的；在土层模型中将区间结
构所占据的空间减除，同时将减除的土层空间定义为新的部分；
网格划分和自检模块：根据所述的土层结构模型中的模型尺寸，提取合适的规格对土
层结构模型进行网格划分，对于结构和土层分别生成密和疏的网格，并对生成的网格进行
检查，如果发现奇异的网格结点模型，则对产生奇异的网格结点周围进行重新划分，直到产
生全部符合条件的网格节点；
对生成的结构进行计算模块：如果输入的土层和模型结构尺寸正确，则对生成的土层
结构模型进行计算；所述计算共分成两步进行，首先计算土层在自重作用条件下生成的应
力和应变，然后在土层模型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行
计算；第二次计算结果减去第一次计算结果的差值为土层在车站结构下产生的附加应力和
变形；
生成结果显示模块：选择调用结构在荷载作用条件下的应力、应变或土层变形，形成图
像和数据库文件的模块。
（0,0,-50）、（250,0，-50）、（250,100，-50）、（0,100，-50），接着读取第四层土层顶层四个点
的坐标（0,0,-20）、（250,0，-22）、（250,100，-21）、（0,100，-18），然后读取第三层土层顶层
的四个点的坐标（0,0,-15）、（250,0，-17）、（250,100，-16）、（0,100，-14），再读取第二层顶
层的四个点的坐标（0,0,-5）、（250,0，-8）、（250,100，-7）、（0,100，-4）和第一层顶层的四
个点的标高（0,0,0）、（250,0，0）、（250,100，0）、（0,100，0），将自动根据输入的绝对坐标，以
每四个点确定一层土层的方法生成土层模型。
赋予每一土层相应的力学性质，自动调用这些数据用于后续的计算。
长、宽、高分别为180、20、12，根据尺寸生成相应的结构模型；读取层高（7,5）代表生成的结
构为两层地下结构，每一层的高度分别为7和5；读取板厚数据（0.8,0.5,0.9）表示生成的
结构顶板为0.8、中板为0.5、底板为0.9；读取侧墙厚数据（0.8）表示侧墙的厚度为0.8；读
取地下连续墙数据（27,1）表示连续墙的深度为27，厚度为1。将根据所输入的数据在窗口
中自动生成模型，为了便于结构以后的求解，在生成的土层模型中自动将结构模型所占据
的空间去除。对于去除的部分被集合成一个新的部分并被自动命名为Bull-part，并在计算
过程中调用这一去除的部分。
自动生成一个柱子。由于每种数据都可能不止一种数值，因此在每个框格下都预备了一些
框格以备所需。根据输入的柱子长宽尺寸、柱距和排距自动在结构模型中生成下至底板上
至顶板的结构柱子模型。如果生成的柱子模型有超出结构模型外围则自动提示用户错误，
并要求用户重新输入。
现奇异的网格结点模型将对产生奇异的网格结点周围进行重新划分直到产生全部符合条
件的网格节点。
重作用条件下生成的应力和应变，然后为了分析生成地下车站结构之后的影响，在土层模
型中减去生成的地下车站结构模型，并再次对新的土层结构进行计算。第二次计算结果减
去第一次计算结果为土层在车站结构下产生的附加应力和变形。
（0,0,-80）、（500,0，-80）、（500,30，-80）、（0,100，-80），接着读取第四层土层顶层四个点的
坐标（0,0,-30）、（500,0，-32）、（500, 30，-31）、（0, 30，-28），然后读取第三层土层顶层的
四个点的坐标（0,0,-25）、（500,0，-27）、（500, 30，-26）、（0, 30，-24），再读取第二层顶层
的四个点的坐标（0,0,-5）、（500,0，-8）、（500, 30，-7）、（0, 30，-4）和第一层顶层的四个
点的标高（0,0,0）、（500,0，0）、（500, 30，0）、（0, 30，0），将自动根据输入的绝对坐标，以每
四个点确定一层土层的方法生成土层模型。
赋予每一土层相应的力学性质，自动调用这些数据用于后续的计算。
（0,40,50）、（0,42.50,50.67）、（0,44.45,52.73）、（0,43.16,58.88）；读取的半径r1数据为
5、半径r2数据为5、半径r3数据为5、半径r4数据为5，根据输入的八个关键点的坐标和四
个半径确定起始截面的外轮廓；读取截面厚度数据（0.6）表示区间结构的厚度为0.6，根据
界面的厚度确定区间截面的形状。读取线路走向关键点坐标以区间结构走向，读取的每个
关键点坐标分别为（0,40,55）、（100,40,52）、（250,40,50）、（400,40,52）、（500,40,55），根
据输入的五个关键点坐标确定结构的线路走向，自动根据以上数据生成区间结构模型。为
了求解方便，在土层模型中自动将区间结构所占据的空间减除，同时将减除的土层空间定
义为新的部分。
计算。在计算生成的结构过程共分俩步，第一步：计算土层在自重作用条件下的应力应变；
第二步：计算土层模型减去结构所占用的空间的那部分土层，同时将区间结构加到土层上，
进行再次计算。土层第二步计算结果减去第一步计算结果为土层在区间结构作用条件下产
生的附加应力和变形。
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