CN103942388B - 一种大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法，属于空间信息技术领域，本发明基于施工图纸开展建筑信息模型交互式构建，然后通过空间和语义信息映射将其转换为建筑构件信息模型，并建立建筑构件信息库，在三维数字城市场景开展建筑构件信息的集成应用。本发明为三维数字城市提供了大规模的室内空间结构数据来源，提高了数据利用率；实现了建筑内部空间结构和外部环境的一体化集成展示；本发明建立了语义、空间一致的建筑构件信息模型，能够集成建筑内部各种传感器，为开展各种智慧城市应用提供了有益支撑。

Description

一种大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法

技术领域

本发明属于空间信息技术领域，特别是涉及一种大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法。

背景技术

建筑信息模型（Building Information System,BIM）是由Autodesk公司于2002年提出，在建筑领域广泛应用的建筑信息化工具。建筑信息模型以3D数字技术为基础，继承了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达。一个完整的建筑信息模型，能够关联建筑项目生命周期不同阶段（设计、建造、运营、拆除）的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，可被建设项目各参与方普遍使用。

BIM和CAD并不是单纯的指某一个软件或者某一种技术，他们都体现建筑工程领域发展过程中，不同时代理论、技术和方法的集合，但是BIM和传统CAD设计方式相比，具有参数化、面向对象建模、交互性等特点，可显著提高设计效率，为建筑、结构、机电设备等专业设计提供了统一的数据模型，便于设计过程的协同。

三维数字城市是以三维方式表达的数字城市，通过将现实城市中的地形、地物（建筑、道路、景观）建立三维模型，并集成到可视化平台中，实现城市的虚拟化、可视化表达。三维数字城市的核心是城市的三维模型数据，主要通过基于大比例尺地形图手工建模、基于航空影像交互式提取、基于激光点云数据交互式提取等测绘方式建立三维模型。但这种方式构建的只是建筑外壳的表面模型，不包含建筑内部空间结构，也不具备语义信息。

IFC标准是现今国际上建筑业广泛接受的产品数据交换与共享标准。1997年1月，IAI国际协作联盟（International Alliance for Interoperability）发布了IFC信息模型的第一个完整版本。经过十余年的努力，IFC标准已经发展为IFC4版本，信息模型的覆盖范围、应用领域、模型框架有了很大改进。目前IFC已日趋成熟，在此基础上，研究者们又进行了扩展。如Sang-Ho Lee等在STEP标准的基础上，创建了用于分析钢结构桥梁设计的信息模型和用于结构分析的信息模型。K.Yu等在已开发的物业管理框架的基础上，通过扩展IFC标准，构建了物业管理信息模型。Mahmoud Halfawy等开发了用于基于IFC的信息集成的建设设计施工领域的智能信息模型，并以实例描述了其实现方法。

BIM与三维数字城市集成，可极大降低建筑内部空间信息获取成本，突破室外建筑表面模型仅用于展示的局限，推动数字城市向智慧城市发展。能够满足城市规划、建设和管理的建筑物数字化模型，应该同时满足三个方面要求：

1）能够表达建筑物外部表面；

2）能够表达建筑物内部空间结构；

3）能够满足建筑内部空间检索和分析运算。

现有三维数字城市中的建筑模型为外观表面模型，不能同时表达建筑物外部表面和内部空间结构，也不能进行建筑内部空间检索和分析。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够同时表达建筑物外部表面和内部空间结构的大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法，包括以下步骤：

步骤一、构建建筑信息模型；

步骤二、提取并存储建筑构件信息：

A1、提取墙、板、柱、楼梯、门、窗、栏杆和屋顶的建筑构件信息；

A2、建立建筑构件信息模型语义，将获取的建筑构件信息存储到建筑信息数据库中；所述建筑构件信息模型语义包括：实体与楼层的关系、实体与构件类别的关系、实体的材质属性、实体的几何参数属性、子实体与父实体之间的从属关系和统计信息；

A3、建立建筑构件三维空间数据库，将提取到的建筑构件信息集成入三维空间数据库得到三维模型库；

A4、通过ID编码将建筑构件模型信息和建筑外观模型进行关联；

步骤三、将建筑构件信息数据与三维数字城市进行集成：

B1、获取建筑外观模型的建筑ID值；

B2、通过建筑信息数据库的主键-外键关系确定建筑构件ID及三维模型库中对应的三维构件模型；

B3、显示确定的三维构件模型。

较佳的，所述步骤A1按以下步骤进行：

C1、提取建筑对象信息及相关楼层ID信息，所述楼层ID信息包含楼层标高和上下楼层逻辑关系；

C2、提取建筑楼层和建筑构件的关联关系；

C3、将楼层ID信息的索引关联建筑构件，并提取建筑构件的属性信息；

C4、提取建筑构件的空间位置坐标，并将其转换为绝对坐标；

C5、提取建筑构件的空间形状信息，将其转换为三角面片方式组织的表面模型；

C6、通过ID方式关联同一建筑构件对象的属性信息、空间位置和空间形状；

C7、提取建筑封闭空间、开敞空间的属性信息。根据前面步骤创建的组件可以精确获取建筑内部的封闭房间以及半开敞的空间信息，同时还可以获取房间的面积，周长，表面积等属性信息，结合楼板的几何参数还可以得到相应户型的建筑面积，套内面积及室内面积等指标参数。

较佳的，步骤一中所述构建建筑信息模型按以下步骤执行：

D1、整理CAD图纸，每层平面图为一个CAD文件，所述CAD文件包含墙、楼板、柱、楼梯、门、窗、栏杆7个图层，按照建筑构件的类别将图形要素分别放入到对应图层；所述图形线要素为建筑构件的底面投影中心线；

D2、根据CAD图纸中的层数以及CAD图纸中各层标高信息，创建建筑信息模型的各层标高及建筑地坪；

D3、以设计施工图纸中的二维轮廓为图形单元，选择预先设置的构建图层，交互式创建建筑构件对象，所述建筑构件对象包括内墙、外墙、楼板、柱、楼梯、门、窗和栏杆；

D4、以CAD图纸中的立面图、剖面图为参考，绘制建筑屋顶轮廓并创建屋顶构件对象；

D5、以CAD图纸中的立面图、剖面图为参考，绘制建筑幕墙轮廓并创建幕墙构件对象；

D6、创建板、墙、门、窗围合形成的建筑封闭房间和半开敞空间。

本发明的有益效果是：本发明为三维数字城市提供了大规模的室内空间结构数据来源，提高了数据利用率；实现了建筑内部空间结构和外部环境的一体化集成展示；本发明建立了语义、空间一致的建筑数据模型，能够集成建筑内部各种传感器，为开展各种智慧城市应用提供了有益支撑。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、构建建筑信息模型。

步骤二、提取并存储建筑构件信息。

步骤三、将建筑构件信息数据与三维数字城市进行集成。

所述提取并存储建筑构件信息按以下步骤进行：

A1、提取墙、板、柱、楼梯、门、窗、栏杆和屋顶的建筑构件信息。

A2、建立建筑构件信息模型语义，将获取的建筑构件信息存储到建筑信息数据库中；所述建筑构件信息模型语义包括：实体与楼层的关系、实体与构件类别的关系、实体的材质属性、实体的几何参数属性、子实体与父实体之间的从属关系和统计信息。

A3、建立建筑构件三维空间数据库，将提取到的建筑构件信息集成入三维空间数据库得到三维模型库。

A4、通过ID编码将建筑构件模型信息和建筑外观模型进行关联。

所述将建筑构件信息数据与三维数字城市进行集成按以下步骤进行：

B1、获取建筑外观模型的建筑ID值。

B2、通过建筑信息数据库的主键-外键关系确定建筑构件ID三维模型库中对应的三维构件模型。

B3、显示确定的三维构件模型。

所述步骤A1按以下步骤进行：

C1、提取建筑对象信息及相关楼层ID信息，所述楼层ID信息包含楼层标高和上下楼层逻辑关系。

C2、提取建筑楼层和建筑构件的关联关系。

C3、将楼层ID信息的索引关联建筑构件，并提取建筑构件的属性信息；例如窗的属性信息包括窗体种类是推拉窗还是飘窗等、宽度、高度、厚度、窗体材质、玻璃材质、窗体楼层偏移值等信息。

C4、提取建筑构件的空间位置坐标，并将其转换为绝对坐标。

C5、提取建筑构件的空间形状信息，以构件为基本单位将其转换为三角面片方式组织的表面模型。

C6、通过ID方式关联同一建筑构件对象的属性信息、空间位置和空间形状。

C7、提取建筑封闭空间、开敞空间的属性信息。根据前面步骤创建的组件可以精确获取建筑内部的封闭房间以及半开敞的空间信息，同时还可以获取房间的面积，周长，表面积等属性信息，结合楼板的几何参数还可以得到相应户型的建筑面积，套内面积及室内面积等指标参数。

步骤一中所述构建建筑信息模型按以下步骤执行：

D1、整理CAD图纸，每层平面图为一个CAD文件，所述CAD文件包含墙、楼板、柱、楼梯、门、窗、栏杆7个图层，按照建筑构件的类别将图形要素分别放入到对应图层；所述图形线要素为建筑构件的底面投影中心线。

D2、根据CAD图纸中的层数以及CAD图纸中各层标高信息，创建建筑信息模型的各层标高及建筑地坪。

D3、以设计施工图纸中的二维轮廓为图形单元，选择预先设置的构建图层，交互式创建建筑构件对象，所述建筑构件对象包括内墙、外墙、楼板、柱、楼梯、门、窗和栏杆；在具体实施过程中，需要为一个构建实例选定或者创建相应的族类型，比如创建一个推拉门时，首先需要从标准族中查询是否有相应尺寸标准的族类型，如果有则可以使用该族直接创建门实例，如果没有则需要复制一个相近族类型，并对该族的长度标准设置成需要创建门宽度值，然后再完成门实例的创建。再如结构墙是作为柱来创建的，创建柱则需要根据剪力墙的截面轮廓先自动创建内建族，然后创建柱的时候再根据相应的族来生成实例，创建完成之后再对柱的标高和偏移值进行设置。

D4、以CAD图纸中的立面图、剖面图为参考，绘制建筑屋顶轮廓并创建屋顶构件对象。

D5、以CAD图纸中的立面图、剖面图为参考，绘制建筑幕墙轮廓并创建幕墙构件对象。

D6、创建板、墙、门、窗围合形成的建筑封闭房间和半开敞空间。执行完以上步骤后，即形成了建筑信息模型数据。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、构建建筑信息模型；

步骤一中所述构建建筑信息模型按以下步骤执行：

D1、整理CAD图纸，每层平面图为一个CAD文件，所述CAD文件包含墙、楼板、柱、楼梯、门、窗、栏杆7个图层，按照建筑构件的类别将图形要素分别放入到对应图层；所述图形线要素为建筑构件的底面投影中心线；

D2、根据CAD图纸中的层数以及CAD图纸中各层标高信息，创建建筑信息模型的各层标高及建筑地坪；

D3、以设计施工图纸中的二维轮廓为图形单元，选择预先设置的构建图层，交互式创建建筑构件对象，所述建筑构件对象包括内墙、外墙、楼板、柱、楼梯、门、窗和栏杆；选定或者创建相应的族类型，创建一个推拉门时，首先需要从标准族中查询是否有相应尺寸标准的族类型，如果有则使用该族直接创建门实例，如果没有则需要复制一个相近族类型，并对该族的长度标准设置成需要创建门宽度值，然后再完成门实例的创建；结构墙是作为柱来创建的，创建柱则需要根据剪力墙的截面轮廓先自动创建内建族，然后创建柱的时候再根据相应的族来生成实例，创建完成之后再对柱的标高和偏移值进行设置；

D4、以CAD图纸中的立面图、剖面图为参考，绘制建筑屋顶轮廓并创建屋顶构件对象；

D5、以CAD图纸中的立面图、剖面图为参考，绘制建筑幕墙轮廓并创建幕墙构件对象；

D6、创建板、墙、门、窗围合形成的建筑封闭房间和半开敞空间；

步骤二、提取并存储建筑构件信息：

A1、提取墙、板、柱、楼梯、门、窗、栏杆和屋顶的建筑构件信息；

A2、建立建筑构件信息模型语义，将获取的建筑构件信息存储到建筑信息数据库中；所述建筑构件信息模型语义包括：实体与楼层的关系、实体与构件类别的关系、实体的材质属性、实体的几何参数属性、子实体与父实体之间的从属关系和统计信息；

A3、建立建筑构件三维空间数据库，将提取到的建筑构件信息集成入三维空间数据库得到三维模型库；

A4、通过ID编码将建筑构件模型信息和建筑外观模型进行关联；

步骤三、将建筑构件信息数据与三维数字城市进行集成：

B1、获取建筑外观模型的建筑ID值；

B2、通过建筑信息数据库的主键-外键关系确定建筑构件ID及三维模型库中对应的三维构件模型；

B3、显示确定的三维构件模型。

2.如权利要求1所述的一种大规模建筑信息模型与三维数字城市集成方法，其特征是：所述步骤A1按以下步骤进行：

C1、提取建筑对象信息及相关楼层ID信息，所述楼层ID信息包含楼层标高和上下楼层逻辑关系；

C2、提取建筑楼层和建筑构件的关联关系；

C3、将楼层ID信息的索引关联建筑构件，并提取建筑构件的属性信息；

C4、提取建筑构件的空间位置坐标，并将其转换为绝对坐标；

C5、提取建筑构件的空间形状信息，将其转换为三角面片方式组织的表面模型；

C6、通过ID方式关联同一建筑构件对象的属性信息、空间位置和空间形状；

C7、提取建筑封闭空间、开敞空间的属性信息。