CN102663148B - 一种用于实时计算土建工程量的计算系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于实时计算工程量的计算系统，首先通过获取构件模块获取当前构件和与当前构件相关的其它构件；再使用计算构件工程量模块计算出当前构件对应原始几何体之间的分割线，然后利用分割线对每一个原始几何体进行一次性切割，然后采用过滤方式收集面片并将面片使用增量式方式进行计算出当前构件的对应几何体，再通过分析对应几何体得到相应的参数，最并将参数进行相应的计算得到几何体的几何量；最后通过工程量反馈模块将计算构件工程量模块的计算结果反馈给客户。本发明用于实时计算工程量的管理系统，能够实时计算出当前构件的工程量，将计算出结果以报表和三维扣减图的形式反馈给客户，方便用户对量和查错。
Description
技术领域
本发明涉及土建工程领域，特别涉及一种用于实时计算土建工程量的管理系统。
背景技术
现有算量软件，利用后台线程增量式计算工程量，把计算时间摊薄到建模时间中，从而能再平均意义下做到实时计算。但是用户如果在绘制或者修改完成之后，想要立刻查看当前的计算结果，其基本流程是把当前构件以及与当前构件相关的构件一起推入到后台计算线程的计算队列尾部，等待后台计算线程处理，但是后台计算线程的队列可能处于满负载状态，对当前构件进行计算的计算线程会在计算队列中等待一段时间，导致响应不及时，无法达到实时计算的目的。
另外，后台计算线程要对所有的算量结果汇总，保存这些算量结果需要占用大量的内存资源，在现有的硬件条件下，为确保计算的稳定性，只会保留数值结果，其它计算的中间结果都会抛弃掉，从而达到减少资源消耗的目的。在此情况下，无法将扣减结果以三维图的形式呈现给用户，不方便对量和查错。
发明内容
本发明目的在于，提供一种用于实时计算工程量的计算系统，能够实时计算出当前构件的工程量，并将计算出结果实时反馈给客户，而且能够把扣减结果以三维图的形式展示给用户，方便用户对量和查错。
为解决以上技术问题，一种用于实时计算工程量的计算系统，包括用于获取当前构件以及与当前构件相关的其它构件的获取构件模块、用于计算当前构件工程量的计算构件工程量模块和用于反馈当前构件的工程量的工程量反馈模块，其特征在于，所述计算构件工程量模块包括分割线获取子模块和切割后几何体的面片收集计算子模块，所述计算构件工程量模块首先通过分割线获取子模块获取构件对应的原始几何体的所有分割线，再利用分割线一次性切割每一个原始几何体，再通过切割后几何体的面片收集计算子模块收集切割后的几何体的面片，并对面片进行计算得到当前构件的对应几何体，最后根据得到的对应几何体计算得到当前构件的所有工程量。
所述分割线获取子模块包括原始几何体获取子模块，通过使用土建计算规则，计算出表征构件几何关系的扣减关系表达式，通过扣减关系表达式得到构件对应的原始几何体。
所述分割线获取子模块包括交叉关系获取子模块，通过分析计算得到构件几何关系的扣减关系表达式和构件对应的原始几何体得到原始几何体之间交叉重叠的关系。
所述分割线获取子模块是通过使用表面片元表示的三维布尔运算方法对原始几何体实行假切割来获取原始几何体之间的分割线。
所述计算构件工程量模块是通过遍历每一个原始几何体的每一个面片，并按照获取的分割线对每一个面片进行切割，然后对切割后形成新的面片进行计算得到所需要的几何体。
所述计算构件工程量模块中面片的数据是通过借用高精度或者任意精度的浮点数计算方法来计算出来的，以便提高面片的数据精度。
所述切割后几何体的面片收集计算子模块通过采用过滤的方式来实现的面片的收集，以便防止面片进行重复计算。
所述切割后几何体的面片收集计算子模块通过分析收集的面片和构件对应的原始几何体，确定面片的位置关系，再通过增量式方法计算出当前构件的对应几何体。
所述计算构件工程量模块通过对应几何体在CAD上的坐标数据，得到对应几何体的所有参数，再将参数代入相应的公式中计算得到对应几何体的工程量。
所述工程量反馈模块通过采用报表和三维扣减图的方式将当前构件的对应几何体的所有计算结果反馈给用户。
与现有技术相比，本发明用于实时计算土建工程量的管理系统，通过利用计算构件工程量模块来计算当前构件的对应几何体的工程量，提高数据精度的同时减少了计算量，从而提高了整体计算的稳定性的同时提高了计算速度，能够实时计算出所需要的结果。此外，由于计算构件工程量模块的计算速度提高了，在现有硬件设备的条件下，能够将扣减结果以三维图的形式将扣减结果展示给用户，为校验当前构件的工程量提供方便。
附图说明
图1是本发明用于实时计算工程量的管理系统的结构示意图；
图2是图形A和图形B在二维空间中的二维布尔计算示意图；
图3是图形A和图形B在二维空间相交的结构示意图；
图4是将图2中图像A和图形B相交的地方打断后的结构示意图；
图5是图形A与图形B相交的结构示意图；
图6是本发明用于建筑算量领域的三维布尔计算方法的工作流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，一种用于实时计算工程量的计算系统，包括获取构件模块、计算构件工程量模块和工程量反馈模块，其中，通过获取构件模块得到当前构件以及与当前构件相关的其它构件，再利用计算构件工程量模块计算出当前构件的对应几何体的几何量，最后通过工程量反馈模块将对应几何体的几何量反馈给客户。
所述构件获取模块，通过鼠标、触摸屏和键盘等媒介确定当前构件，然后通过分析当前构件得到被当前构件影响的其他构件，最后将当前构件和其他构件一起放入计算构件工程量模块中进行计算。
所述计算构件工程量模块包括分割线获取子模块和切割后的几何体面片收集计算子模块，通过分割线获取子模块计算出构件对应的原始几何体之间的分割线对原始几何体进行切割，再通过切割后的几何体面片收集计算子模块采用过滤方式收集切割后的几何体的面片并利用增量式方式计算出当前构件的对应几何体，再次跟进对应几何体在CAD上的坐标位置获取对应几何体的参数，将所述参数代入相应公式得到对应几何体的几何量。
所述分割线获取子模块包括原始几何体的获取子模块和交叉关系获取子模块，其中，所述原始几何体体的获取子模块是通过土建计算规则获取构件的扣减关系表达式，再根据构件的扣减关系表达式得到构件对应的原始几何体；所述交叉关系获取子模块通过分析构件的扣减关系表达式和构件对应的原始几何体，得到所有可能具有交叉重叠的原始几何体的信息。
所述分割线获取子模块通过原始几何体的获取子模块得到构件对应的原始几何体，再通过交叉关系获取子模块得到所有可能具有交叉重叠的原始几何体的信息，然后采用表面片元表示的三维布尔运算方法对原始几何体实行假切割来获取原始几何体之间的分割线。
所述切割后的几何体面片收集计算子模块，通过使用分割线获取子模块计算得到的所有原始几何体之间的分割线对每一个原始几何体进行一次性切割，然后对切割后的几何体通过过滤方式来择选面片，并对择选的面片分析出它相对于相关构件的原始几何体的位置关系，再采用增量式的方式来计算出当前构件对应的几何体。所述增量式计算方法具体为，首先通过符号定义，令a(n-1)代表N-1次扣减后属于几何体A并且未被“过滤”的面片，同时又令aiA表示a在几何体A的内部，aaA表示a在几何体A的外部，asA表示a与几何体A共面，apA表示a与几何体A反面。同时令“|”代表“或者”的含义，则每个中间步骤的结果可以用下面的公式表示，具体如下：
收集面片之后利用上述公式(1)或者(2)进行计算就可以得到当前构件的对应几何体。
所述计算构件工程量模块通过使用切割后的几何体面片收集计算子模块计算得到当前构件的对应几何体，然后根据对应几何体在CAD的坐标位置，得到对应几何体的参数，然后在计算几何体工程量的公式中代入对应几何体的参数，得到对应几何体的几何量。
所述工程量反馈模块，将计算构件工程量模块计算出的当前构件的计算结果以报表和三维扣减图的形式反馈给客户，如此显示会更加直观，也方便用户对量和查错。
为了使本发明的技术方案叙述的更加清楚，下面对本发明用于实时计算工程量的管理系统需要用到的相关技术进行具体的叙述，具体如下：
在建筑算量中(不包含钢筋)，算量人员的主要工作是依据规则计算出构件的体积或者面积。由于构件之间存在交叉重叠的关系，这些交叠部分的量(面积体积)需要扣去以避免重复计算。在引入计算机辅助算量之前，这部分工作一直都是由人工根据扣减规范(为方便手算，简化了的计算法则，结果不一定精确)手工计算。
在计算机介入算量部分之后，交叠关系的扣减很自然地通过三维布尔运算来表达。以下借助二维布尔计算来描述三维布尔运算的实际含义。布尔计算分为交∩，并∪，补-三种。
参见图2，A和B代表二维空间中的两个集合图形，通过二维布尔计算可以很方便得得到交叠(对应∩)和扣减(对应-)部分的二维平面几何图形，具体如下：
A∩B代表“即在A中，又在B中”的图形，即A和B的重叠部分。
A-B代表“在A中，且不在B中”的图形，即A独立于B之外的部分。B-A同理。
A∪B代表“在A中，或者在B中”的图形，即A和B的整体。
得到了上述的几何图形，如果需要计算出这些图形的几何量(面积，周长等)可以根据公式精确地计算。
类似地，通过三维布尔运算可以得到交叠和扣减部分的三维几何体，它们的几何量(体积，表面积等)也可以根据公式精确计算。具体地，建筑算量中的所有扣减都可以描述为以下形式。设被扣减的几何体为A，依据计算规则得到的被A扣减的几何体为Bi(k-k-n)，则扣减后的几何体R为
另，用户想知道A和某个B之间究竟发生了什么样的扣减？相交几何体是什么样子应该如何计算呢？A和第i个构件Bi相交并被扣除的几何体A∩Bi可以表达为
以上两个公式描述了算量领域最主要的计算需求(其它没有扣减关系的计算依照规则公式计算即可，相对简单)。
常用的三维几何体表示法是通过表面片元描述。表面围成的区域把几何体和外部空间区分开，在区域以内即在几何体内部。以下总结常见的表面表示方法
1)参数方程。举例半径为R，圆心坐标(X0，Y0，Z0)的球体表面的参数方程为
(x-x0)2+(y-y0)2+(z-z0)2＝R2
2)多边形面片表示法。把几何体表面划分为不共面的多边形，记录每个多边形的顶点位置坐标，棱的拓扑关系和多边形对应顶点的索引号，即可完成对每个多边形的描述，进而完成对几何体表面的描述。注意这种方法不能精确描述曲面结构，必须把曲面近似划分成多边形面片。但只要划分的精度够高，足够满足工程应用的需求。
3)三角面片表示法。该方法是2)的特化，即2)中的单位面元是多边形，这里是三角形。因为三角面片结构简单，容易操作，又可以直接交互硬件(GPU)渲染。故三角面片表示法成为工程应用中最常用的表达方式。
以下借助二维布尔计算算法步骤来描述三维布尔运算的算法步骤，下面对二维布尔计算算法步骤进行叙述，具体如下：
参见图3，图形A和图形B有交叉重叠的部分，求他们的相交重叠的图形，即A∩B。
参见图4，首先将图形A和图形B的相交部分打断，这样A的每条线段相对于图形B只有三种位置关系：在图形B中，在图形B上和在图形B外；同理图形B的每条线段相对于A也只有三种位置关系。根据打断的位置，可以获取图形A的每条线段相对于B的位置关系和图形B的每条线段相对于图形A的位置关系。
参见图5，选取图形A在图形B中和图形B上的所有线段，以及图形B在图形A中和图形A上的所有线段，组成一个新的图形，即A∩B。
若假定参与布尔计算的几何体A和几何体B，布尔运算
代表交，并，差任意一种计算。
基于表面片元表示的三维布尔运算，可以分为以下步骤：
1)切割。将几何体A沿着与几何体B相交的曲线切割几何体A的面片；再将B沿着与A相交的曲线切割B的面片。这样几何体A的每个面片相对于几何体B的位置关系只可能有4种情况：在几何体B内部，在B几何体外部，在B几何体上，在B上可以进一步细分为共面或者反面。同理B的每个面片相对于A的位置关系也只可能有4种。
2)位置关系判定。对于几何体A的每个面片，判断其相对几何体B的位置关系。同理对于几何体B的每个面片，判断其相对几何体A的位置关系。
3)拣选。依照下表拣选几何体A和几何体B适合的面片，组成新的几何体
(a代表几何体A的面片，b代表几何体B的面片)
参见6，利用上述叙述的相关技术，下面对计算构件工程量模块的工程过程进行详细的叙述，具体如下：
S101、分析构件得到构件的扣减关系表达式：
根据土建计算规则，分析当前构件和哪些可能发生扣减的构件相交，并根据土建计算规则得到类似A-B-C这样的关系式，即得到了构件几何关系的扣减关系表达式。
S102、得到构件对应的原始几何体以及他们之间的交叉重叠关系：
通过分析构件几何体关系的扣减关系表达式式得到构件对应的原始几何体，再次分析扣减关系表达式和原始几何体，得到原始几何体之间的交叉重叠关系。例如扣减关系表达式为A-B-C，则原始几何体为A、B和C，原始几何体之间交叉重叠关系为(A，B)、(A，C)和(B，C)三种。
S103、计算出原始几何体之间的所有分割线：
通过原始几何体之间交叉重叠关系，计算出原始几何体之间的所有分割线，只对分割线进行记录，不切割面片。比如根据(Ai，Aj)这样的关系对，把Ai的所有面片ai相对Aj求得分割线，并记录所述分割线；同样把Aj的所有面片aj相对Ai求得分割线，并且进行记录。
S104、根据分割线对每一个原始几何体进行一次性切割：
根据记录的所有的分割线，对原始几何体进行一次性切割，然后遍历原始几何体的每个面片，把原始几何体的每一个面片按照其记录的分割线将其切割成新的面片。对于每一个几何体Ai，通过遍历Ai的每个面片ai，把ai按照其记录的分割线将其切割成新的面片a′i，这样实际上把切割问题归结为带约束的多边形的划分问题，通过借用高精度或者任意精度的浮点数计算方法解决数据精度的问题。
S105、分析出切割后几何体的所有面片相对于相关构件的原始几何体的位置关系：
比如若选中的几何体为A′i，通过分析几何体A′i得到几何体A′i的原始几何体Ai，然后分析包括Ai的所有关系对(Ai，Aj)，判断A′i的每个面片a′i相对于Aj的位置关系，并且对判断出的结果进行记录，通过这种方法得到切割后几何体的所有面片相对于相关构件的原始几何体的位置关系。
S106、收集面片利用相应公式计算出对应几何体：
对切割后的所有几何体进行和当前构件进行分析，选取用于表示当前构件的某一个特定的切割后的几何体，即当前构件的对应几何体，收集对应几何体的所有的面片，然后根据选择的几何体确定采用公式(1)还是公式(2)来计算出对应几何体。
S107、分析对应几何体获取参数：
分析对应几何体，就可以得到对应几何体在CAD上所处的坐标位置，根据坐标位置就可以得到对应几何体的所有参数。
S108、利用相应的公式计算几何体的几何量：
将对应几何体的参数代入相应的计算几何量的公式中，就可以得到对应几何体的几何量。
综上所述，与现有技术相比，本发明用于实时计算工程量的管理系统，通过计算构件工程量模块对待分析构件进行分析获取构件对应的原始几何体之间的切割线，再将切割线对原始几何体进行一次性切割，通过过滤方式收集面片并通过增量式计算方法对面片进行计算得到当前构件的对应几何体，根据计算出的对应几何体就可以获得当前构件的工程量，在保证数据精度的同时减少了计算量，从而很大程度上提高了计算速度，在现有硬件设备条件下，能够当前构件的计算结果以报表和三维扣减图的形式反馈给客户，为用户进行校验提供方便。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于实时计算工程量的计算系统，包括用于获取当前构件以及与当前构件相关的其它构件的获取构件模块、用于计算当前构件工程量的计算构件工程量模块和用于反馈当前构件的工程量的工程量反馈模块，其特征在于，所述计算构件工程量模块包括分割线获取子模块和切割后几何体的面片收集计算子模块，所述计算构件工程量模块首先通过分割线获取子模块获取构件对应的原始几何体的所有分割线，再利用分割线一次性切割每一个原始几何体，再通过切割后几何体的面片收集计算子模块收集切割后的几何体的面片，并对面片进行计算得到当前构件的对应几何体，最后根据得到的对应几何体计算得到当前构件的所有工程量。
2.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述分割线获取子模块包括原始几何体获取子模块，通过使用土建计算规则，计算出表征构件几何关系的扣减关系表达式，通过扣减关系表达式得到构件对应的原始几何体。
3.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述分割线获取子模块包括交叉关系获取子模块，通过分析计算得到构件几何关系的扣减关系表达式和构件对应的原始几何体得到原始几何体之间交叉重叠的关系。
4.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述分割线获取子模块是通过使用表面片元表示的三维布尔运算方法对原始几何体实行假切割来获取原始几何体之间的分割线。
5.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述计算构件工程量模块是通过遍历每一个原始几何体的每一个面片，并按照获取的分割线对每一个面片进行切割，然后对切割后形成新的面片进行计算得到所需要的几何体。
6.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述计算构件工程量模块中面片的数据是通过借用任意精度的浮点数计算方法来计算出来的，以便提高面片的数据精度。
7.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述切割后几何体的面片收集计算子模块通过采用过滤的方式来实现的面片的收集，以便防止面片进行重复计算。
8.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述切割后几何体的面片收集计算子模块通过分析收集的面片和构件对应的原始几何体，确定面片的位置关系，再通过增量式方法计算出当前构件的对应几何体。
9.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述计算构件工程量模块通过对应几何体在CAD上的坐标数据，得到对应几何体的所有参数，再将参数代入相应的公式中计算得到对应几何体的工程量。
10.如权利要求1所述的用于实时计算工程量的计算系统，其特征在于，所述工程量反馈模块通过采用报表和三维扣减图的方式将当前构件的对应几何体的所有计算结果反馈给用户。
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