CN108108580B - 一种机电系统逻辑关系的生成方法、装置及建筑信息模型 - Google Patents

一种机电系统逻辑关系的生成方法、装置及建筑信息模型 Download PDF

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CN108108580B CN201810119165.9A CN201810119165A CN108108580B CN 108108580 B CN108108580 B CN 108108580B CN 201810119165 A CN201810119165 A CN 201810119165A CN 108108580 B CN108108580 B CN 108108580B
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Abstract

本发明公开了一种机电系统逻辑关系的生成方法、装置及建筑信息模型，该方法包括：转换步骤：将待处理的建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系，转换为对应的拓扑关系；分离步骤：将所述拓扑关系中代表机电设备的设备节点和代表管线构件的管线节点分离，得到基于所述管线节点拆分得到的一个以上子图；每个子图代表与一个机电设备连接的管线团；逻辑建立步骤：根据连接到同一个管线团的不同机电设备之间的关联关系，建立不同机电设备之间的逻辑连接关系。本发明的方案，可以根据物理连接信息生成逻辑连接关系，从而提升建筑信息模型在运维过程中的故障定位效率。

Description

一种机电系统逻辑关系的生成方法、装置及建筑信息模型
技术领域
本发明属于建筑业信息技术领域，具体涉及一种机电系统逻辑关系的生成方法、装置及建筑信息模型，尤其涉及一种基于BIM的机电系统逻辑结构自动生成方法(即一种建筑信息模型内机电系统逻辑结构自动生成方法)。
背景技术
建筑信息模型(Building Information Model，BIM)中包含了建筑工程所有建筑构件的三维几何模型和功能特性等工程信息，可以用来辅助建筑的运维管理。通过三维可视化手段，可以直观地看到建筑内机电系统的空间位置和几何形态。构建建筑信息模型机电系统的逻辑结构，可以辅助工程人员直观了解机电系统管线的来龙去脉。在实际应用过程中，结合楼宇自动化系统的监测数据，可以借助三维可视化的建筑信息模型查看机电系统的上下游关系，快速定位发生故障的源头设备，锁定受影响的下游设备，支持管理人员快速掌握建筑机电系统的情况，减少翻阅图纸的时间成本和培训成本。
建筑信息模型的国际标准数据格式工业基础类(Industry Foundation Classes，IFC)文件格式中储存每个建筑构件的信息，包括设备与管线、管线与管线的物理连接信息，但没有记录设备与设备之间的逻辑连接信息。实际上，BIM中机电系统所含的设备和管线数量巨大，关系十分复杂，直接应用物理连接关系，检索效率底，计算量极大、计算时间长，将严重影响运维系统的运行效率。譬如，查询冷冻机的上游冷却塔直接物理连接的管线可能有数十个，需要查询数十次才能从冷冻机查询到与其关联的冷却塔，效率极低。因此需要根据物理连接信息生成逻辑连接关系结构，提高故障定位效率。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种机电系统逻辑关系的生成方法、装置及建筑信息模型，以解决现有技术中建筑信息模型未记录设备与设备之间的逻辑连接信息严重影响运维系统的运行效率的问题，达到提升运维系统的运行效率的效果。
本发明提供一种机电系统逻辑关系的生成方法，包括：转换步骤：将待处理的建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系，转换为对应的拓扑关系；分离步骤：将所述拓扑关系中代表机电设备的设备节点和代表管线构件的管线节点分离，得到基于所述管线节点拆分得到的一个以上子图；每个子图代表与一个机电设备连接的管线团；逻辑建立步骤：根据连接到同一个管线团的不同机电设备之间的关联关系，建立不同机电设备之间的逻辑连接关系。
可选地，其中，所述转换步骤，包括：从所述建筑信息模型的物理关系中提取所有的机电设备、以及管线的构件信息及其相关的构件连接信息；以构件信息为顶点、以构件连接信息为边，生成一张无向图，以得到所述拓扑关系；和/或，所述分离步骤，包括：移除所述拓扑关系对应的无向图中代表机电设备的所有设备节点对应的顶点、以及该顶点直接连接的边；根据所述无向图中产生的空隙，将所述无向图中代表管线构件的管线节点拆分为互相之间无连接的一个以上子图；和/或，所述逻辑建立步骤，包括：将自所述拓扑关系中分离的所有设备节点，重新连接到对应的子图中，得到所有机电设备之间的逻辑连接关系；和/或，所述机电设备，包括：开关、阀门、仪表、以及设定规格的机械设备中的至少之一；所述管线构件，包括：管道、三通、弯头、线缆中的至少之一。
可选地，在所述转换步骤中：所述构件信息，包括：构件的标识信息、构件的类型信息中的至少之一；所述构件连接信息，包括：源构件的标识信息、目标构件的标识信息、以及连接到机电设备的构件的连接方向中的至少之一；其中，所述源构件的标识信息和所述目标构件的标识信息，用以查找边连接的顶点；与所述源构件的标识信息对应的源构件、以及与所述目标构件的标识信息对应的目标构件的中心点的距离，为边的权。
可选地，还包括：方向建立步骤：根据不同机电设备之间管路的流向信息，对不同机电设备之间的所述逻辑连接关系进行简化，并建立所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系。
可选地，还包括：路径建立步骤：基于所述逻辑连接关系中所有机电设备之间的上下游关系，确定所有机电设备之间的连接路径，以使所述建筑信息模型的运维平台中机电设备之间的连接路径满足预设的展示需求。
可选地，其中：所述方向建立步骤，包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图与对应的机电设备之间的管路流向信息，为每个子图和对应的机电设备互相建立完全二分有向图；将所有二分有向图合并后形成的图，作为机电系统逻辑结构图，以得到所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系；其中，在合并所有二分有向图的过程中，将相同的顶点进行去重处理；和/或，所述路径建立步骤，包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图及其对应的二分有向图，为每个二分有向图内的每条边连接的两个顶点，在对应的子图中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径；输出最终计算结果，以得到所述逻辑关系中所有机电设备之间的连接路径。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种机电系统逻辑关系的生成装置，包括：转换单元，用于执行转换步骤：将待处理的建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系，转换为对应的拓扑关系；分离单元，用于执行分离步骤：将所述拓扑关系中代表机电设备的设备节点和代表管线构件的管线节点分离，得到基于所述管线节点拆分得到的一个以上子图；每个子图代表与一个机电设备连接的管线团；建立单元，用于执行逻辑建立步骤：根据连接到同一个管线团的不同机电设备之间的关联关系，建立不同机电设备之间的逻辑连接关系。
可选地，其中，所述转换单元执行转换步骤，包括：从所述建筑信息模型的物理关系中提取所有的机电设备、以及管线的构件信息及其相关的构件连接信息；以构件信息为顶点、以构件连接信息为边，生成一张无向图，以得到所述拓扑关系；和/或，所述分离单元执行分离步骤，包括：移除所述拓扑关系对应的无向图中代表机电设备的所有设备节点对应的顶点、以及该顶点直接连接的边；根据所述无向图中产生的空隙，将所述无向图中代表管线构件的管线节点拆分为互相之间无连接的一个以上子图；和/或，所述建立单元执行逻辑建立步骤，包括：将自所述拓扑关系中分离的所有设备节点，重新连接到对应的子图中，得到所有机电设备之间的逻辑连接关系；和/或，所述机电设备，包括：开关、阀门、仪表、以及设定规格的机械设备中的至少之一；所述管线构件，包括：管道、三通、弯头、线缆中的至少之一。
可选地，在所述转换单元执行转换步骤中：所述构件信息，包括：构件的标识信息、构件的类型信息中的至少之一；所述构件连接信息，包括：源构件的标识信息、目标构件的标识信息、以及连接到机电设备的构件的连接方向中的至少之一；其中，所述源构件的标识信息和所述目标构件的标识信息，用以查找边连接的顶点；与所述源构件的标识信息对应的源构件、以及与所述目标构件的标识信息对应的目标构件的中心点的距离，为边的权。
可选地，还包括：所述建立单元，还用于执行方向建立步骤：根据不同机电设备之间管路的流向信息，对不同机电设备之间的所述逻辑连接关系进行简化，并建立所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系。
可选地，还包括：所述建立单元，还用于执行路径建立步骤：基于所述逻辑连接关系中所有机电设备之间的上下游关系，确定所有机电设备之间的连接路径，以使所述建筑信息模型的运维平台中机电设备之间的连接路径满足预设的展示需求。
可选地，其中：所述建立单元执行方向建立步骤，包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图与对应的机电设备之间的管路流向信息，为每个子图和对应的机电设备互相建立完全二分有向图；将所有二分有向图合并后形成的图，作为机电系统逻辑结构图，以得到所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系；其中，在合并所有二分有向图的过程中，将相同的顶点进行去重处理；和/或，所述建立单元执行路径建立步骤，包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图及其对应的二分有向图，为每个二分有向图内的每条边连接的两个顶点，在对应的子图中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径；输出最终计算结果，以得到所述逻辑关系中所有机电设备之间的连接路径。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种建筑信息模型，包括：以上所述的机电系统逻辑关系的生成装置。
本发明的方案，通过从施工BIM的设备模型中提取出构件间的物理关系，计算出适用于基于BIM的运维阶段的设备逻辑结构，实现从建设到运维阶段的设备模型传递与转换，可以解决大体量建筑信息模型中构件关系复杂、设备关系缺失等问题，从而提升运维效率。
进一步，本发明的方案，通过从BIM中剔除复杂的管线信息，可以精确提取设备之间的逻辑连接关系，从而提升逻辑结构建立的精准性和高效性。
进一步，本发明的方案，通过将BIM中设备之间连接关系复杂度从从
Figure GDA0002658393630000041
降低为mn，其中m为出设备方向的接口数量，n为入设备方向的接口数量，可以极大地提高设备逻辑关系检索效率，进而极大地提升故障定位效率。
由此，本发明的方案，通过根据物理连接信息生成逻辑连接关系，解决现有技术中建筑信息模型未记录设备与设备之间的逻辑连接信息严重影响运维系统的运行效率的问题，从而提升运维系统的运行效率，尤其是提升建筑信息模型在运维过程中的故障定位效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的机电系统逻辑关系的生成方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明的方法中转换步骤的一实施例的流程示意图；
图3为本发明的方法中分离步骤的一实施例的流程示意图；
图4为本发明的方法中方向建立步骤的一实施例的流程示意图；
图5为本发明的方法中路径建立步骤的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的机电系统逻辑关系的生成装置的一实施例的结构示意图；
图7为本发明的机电系统逻辑关系的生成方法(例如：基于BIM的机电系统逻辑结构自动生成方法)的一实施例的流程示意图；
图8至图13为本发明的方法中某项目空调供水系统局部设备关系提取与设备连接路径提取的目标及流程示意图；其中，图8为某项目空调供水系统的局部结构图，图9为某项目空调供水系统局部拓扑图，图10为某项目空调供水系统局部设备连接关系图，图11为某项目空调供水系统局部设备连接拓扑图，图12为阀门A与泵A的设备连接路径图，图13为阀门A与泵A的设备连接路径拓扑图；
图14为本发明的方法中对于某项目空调供水系统局部按本发明的方法中算法步骤1执行的结果示意图；
图15为本发明的方法中对于某项目空调供水系统局部按本发明的方法中算法步骤2执行的结果示意图；
图16为本发明的方法中对于某项目空调供水系统局部按本发明的方法中算法步骤3执行的结果示意图；
图17为本发明的方法中对于某项目空调供水系统局部按本发明的方法中算法步骤4执行的结果示意图；
图18为本发明的方法中对于某项目空调供水系统局部按本发明的方法中算法步骤5执行的结果示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-转换单元；104-分离单元；106-建立单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决大体量建筑信息模型中构件关系复杂、设备关系缺失等问题，本发明提出一种基于BIM的机电系统逻辑结构自动生成方法，从施工BIM的设备模型中提取出构件间的物理关系，计算出适用于基于BIM的运维阶段的设备逻辑结构，实现从建设到运维阶段的设备模型传递与转换。
根据本发明的实施例，提供了一种机电系统逻辑关系的生成方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该机电系统逻辑关系的生成方法可以包括：
在步骤S110处，转换步骤：将待处理的建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系，转换为对应的拓扑关系。
例如：将建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系信息转换为抽象的拓扑关系，便于后续使用基于图论的方法对其进行处理。
其中，所述机电设备，可以包括：开关、阀门、仪表、以及设定规格的机械设备中的至少之一。所述管线构件，可以包括：管道、三通、弯头、线缆中的至少之一。
例如：设备是指BIM中构件类型为“机械设备”的大型设备、开关、阀门、仪表等构件。其他类型的构件即为管线，包括管道、三通、弯头、线缆等。
由此，通过对多种形式的机电设备和管线构件进行处理，可以对多种形式的建筑信息模型进行处理，适用范围广，处理便捷性好。
在一个可选例子中，可以结合图2所示本发明的方法中转换步骤的一实施例的流程示意图，进一步说明步骤S110中本发明的方法中转换步骤的具体过程。
步骤S210，从所述建筑信息模型的物理关系中提取所有的机电设备、以及管线的构件信息及其相关的构件连接信息。
可选地，在所述转换步骤中：所述构件信息，可以包括：构件的标识信息、构件的类型信息中的至少之一。
例如：从建筑信息模型中提取所有机电设备与管线构件的信息，包含：构件的标识信息，构件的类型信息，将其作为顶点添加到一张空的图G中。
可选地，在所述转换步骤中：所述构件连接信息，可以包括：源构件的标识信息、目标构件的标识信息、以及连接到机电设备的构件的连接方向中的至少之一。
例如：从建筑信息模型中提取所有的机电设备与管线的连接信息，每个连接信息包含：源构件的标识信息、目标构件的标识信息，特殊地，对于到设备的连接还包括连接的方向。将其作为边添加到图G中。
其中，所述源构件的标识信息和所述目标构件的标识信息，用以查找边连接的顶点。与所述源构件的标识信息对应的源构件、以及与所述目标构件的标识信息对应的目标构件的中心点的距离，为边的权。
例如：其中连接信息的源构件的标识信息和目标构件的标识信息用以查找边连接的顶点，对应的源构件与目标构件中心点的距离为边的权。
由此，通过采用多种形式的构件信息和构件连接信息，有利于提升对建筑信息模型的物理关系提取的精准性和可靠性。
步骤S220，以构件信息为顶点、以构件连接信息为边，生成一张无向图，以得到所述拓扑关系。
例如：从建筑信息模型中提取所有的机电设备与管线的构件信息及其相关的构件连接信息，并以构件信息为顶点，以构件连接信息为边，生成一张无向图(即边没有方向的图称为无向图)G。
由此，通过自建筑信息模型中提取机电设备、管线构件信息及其构件连接信息，并以构件信息为顶点、以构件连接信息为边生成无向图，从而得到建筑信息模型的拓扑关系，处理方式简便，处理结果精准性好。
在步骤S120处，分离步骤：将所述拓扑关系中代表机电设备的设备节点和代表管线构件的管线节点分离，得到基于所述管线节点拆分得到的一个以上子图。每个子图代表与一个机电设备连接的管线团。
例如：将构件拓扑图中代表设备的节点和其它部分分离，分离后的每个子图代表一个设备之间的连接管线团。
在一个可选例子中，可以结合图3所示本发明的方法中分离步骤的一实施例的流程示意图，进一步说明步骤S120中分离步骤的具体过程。
步骤S210，移除所述拓扑关系对应的无向图中代表机电设备的所有设备节点对应的顶点、以及该顶点直接连接的边。
步骤S220，根据所述无向图中产生的空隙，将所述无向图中代表管线构件的管线节点拆分为互相之间无连接的一个以上子图。
例如：移除图G中所有机电设备对应顶点和该顶点直接连接的边，根据产生的空隙将图G拆分为n个互相无连接的子图，记为G1-Gn。
例如：遍历图G的所有顶点，取其中所有对应的构件类型为“机械设备”的节点，添加到集合Cmv中。遍历图G中所有的边，若某条边连接到的任意一个顶点包含在集合Cm内，则从图G中移除该边，并将该边添加到集合Cme中。遍历图G中所有的顶点，若顶点在集合Cmv中，则从图G中移除该顶点。对于图G，计算出其中的n个不相交集(n为自然数)，并将每个集合中的顶点及顶点在图G中对应的边添加到新的无向图中，记为G1-Gn。
其中，计算出其中的n个不相交集(n为自然数)，并将每个集合中的顶点及顶点在图G中对应的边添加到新的无向图中，可以包括：建立空的并查集US。对于图G中的每个边E，进行以下操作：对于边E中连接到的每个顶点，若US不包含该顶点，则在US中为该顶点建立单元素集合。若边E连接的两个顶点所属的子集不同，则合并两个子集。对于US中的每个子集USi，建立对应的子图Gi，并将USi中的每个元素作为顶点添加到Gi中。同时将USi与Gi的对应关系保存到集合Crel中。遍历图G中的每条边，在US中查找该边连接的其中一个顶点对应子集，获取到该子集对应的图Gj，将该边添加到图Gj。
由此，通过自所述拓扑关系中移除代表机电设备的所有设备节点，并根据产生的空隙将代表管线构件的管线节点拆分为互相之间无连接的一个以上子图，得到与一个机电设备连接的管线团，从而将所述拓扑关系中代表管线构件的管线节点进行团式划分处理，为不同机电设备之间的逻辑连接关系的建立提供精准而可靠的依据，进一步简化了建筑信息模型中管线构件的复杂结构，且处理方式简便，可靠性高。
在步骤S130处，逻辑建立步骤：根据连接到同一个管线团的不同机电设备之间的关联关系，建立不同机电设备之间的逻辑连接关系。
由此，通过从施工BIM的设备模型中提取出构件间的物理关系，并剔除复杂的管线信息，精确提取设备之间的逻辑连接关系，有利于提升运维效率，且可靠性高、精准性好。
在一个可选例子中，所述步骤S130中逻辑建立步骤，可以包括：将自所述拓扑关系中分离的所有设备节点，重新连接到对应的子图中，得到所有机电设备之间的逻辑连接关系。
例如：将移除的设备节点重新连接到子图G1-Gn，将管线团重新连接到设备。一个设备可能连接到多个不同的子图，一个子图可能连接多个设备。该步骤通过管线团与设备的关系建立了设备之间的逻辑连接关系，连接到同一个管线团的设备即为相关联的设备。
例如：对于集合Cme，对于其中的每条边E进行以下步骤的操作：
E连接到一个设备顶点Vm和一个管线顶点Vd。在建立的并查集US中查找Vd所在的子集USi，并在建立的集合Crel中查找USi对应的子集Gi。将顶点Vm添加到子图Gi，Vm会在多个子图中出现。将边E添加到子图Gi。
由此，通过将自所述拓扑关系中分离的设备节点重新连接到对应的子图中，得到机电设备之间的逻辑连接关系，处理方式简便，且处理结果精准性好。
在一个可选实施方式中，还可以包括：方向建立步骤：根据不同机电设备之间管路的流向信息，对不同机电设备之间的所述逻辑连接关系进行简化，并建立所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系。
例如：对于G1-Gn中的每个子图Gi，为所有连接到Gi设备按照设备连接器的方向互相建立完全二分有向图Gbi，记为Gb1-Gbn。这样，通过设备间管路的流向信息，对获得的设备连接关系进行简化，并建立相关构件间的上下游关系。将所有二分有向图合并后形成的图Gdevice作为机电系统逻辑结构图。
由此，通过基于机电设备之间的逻辑关系和管路的信号流向，构建机电设备之间的上下游关系，解决了基于BIM的机电系统设计中上下游关系信息缺失问题，提高设计协同效率。
在一个可选例子中，可以结合图4所示本发明的方法中方向建立步骤的一实施例的流程示意图，进一步说明方向建立步骤的具体过程。
步骤S410，根据所述逻辑连接关系中每个子图与对应的机电设备之间的管路流向信息，为每个子图和对应的机电设备互相建立完全二分有向图。
步骤S420，将所有二分有向图合并后形成的图，作为机电系统逻辑结构图，以得到所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系。其中，在合并所有二分有向图的过程中，将相同的顶点进行去重处理。
例如：需要对上述生成的子图G1-Gn中的每个子图Gi进行如下处理，最后对计算出的所有Gbi进行合并，得到所需的机电系统逻辑结构：
遍历Gi中的所有顶点，将所有对应的构件类型为“机械设备”的顶点添加到集合Cmvi中。遍历Gi中所有的边，将所有连接的顶点中含有构件类型为“机械设备”的顶点的边记为添加到集合Cmei中。遍历集合Cmei，其中连接方向为“In”的边所连接的非设备顶点添加到集合Cvini中，其中添加方向为“Out”的边所连接的非设备顶点添加到集合Cvouti中。为Cvini中的每个顶点和Cvouti中的每个顶点建立完全二分有向图Gbi，方向为从Cvouti中的顶点指向Cvini中的顶点。
进一步地，建立空的图Gdevice，将Gb1-Gbn中所有的顶点和边添加到Gdevice，添加的过程中合并相同的顶点。图Gdevice即为最终的机电系统逻辑结构。
例如：可将设备之间连接关系复杂度从从
Figure GDA0002658393630000101
降低为mn，其中m为出设备方向的接口数量，n为入设备方向的接口数量，极大地提高设备逻辑关系检索效率。例如：通过引入设备接口流向并使用二分图对设备之间关系进行化简，将每一组设备间的关系记录数量从
Figure GDA0002658393630000102
降低为mn，提升检索效率。
由此，通过根据每个子图与对应的机电设备之间的管路流向信息，为每个子图和对应的机电设备互相建立完全二分有向图，再将所有二分有向图合并，得到不同机电设备之间的上下游关系，可大大降低机电设备之间连接关系的复杂度，极大地提高设备逻辑关系检索效率。
在一个可选实施方式中，还可以包括：路径建立步骤：基于所述逻辑连接关系中所有机电设备之间的上下游关系，确定所有机电设备之间的连接路径，以使所述建筑信息模型的运维平台中机电设备之间的连接路径满足预设的展示需求。
例如：在上述得到的设备间连接关系的基础上，进一步计算出设备之间的连接路径，以支持基于BIM的运维平台设备连接路径展示功能。
由此，通过根据机电设备之间的上下游关系确定机电设备之间的连接路径，从而构建出建筑信息模型的详细逻辑结构，解决基于BIM的建筑全生命期管理过程中的设备数据传递问题，为基于BIM的运维管理提供准确、可靠的设备关系数据来源。
在一个可选例子中，可以结合图5所示本发明的方法中路径建立步骤的一实施例的流程示意图，进一步说明路径建立步骤的具体过程。
步骤S510，根据所述逻辑连接关系中每个子图及其对应的二分有向图，为每个二分有向图内的每条边连接的两个顶点，在对应的子图中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径。
步骤S520，输出最终计算结果，以得到所述逻辑关系中所有机电设备之间的连接路径。
例如：对于G1-Gn中的每个子图Gi及其对应的二分图Gbi，为Gbi内的每条边连接的两个顶点Vj和Vk，在Gi中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径Pijk，并输出最终计算结果。
例如：需要对上述生成的G1-Gn中的每个子图Gi及其对应的二分图Gbi进行以下处理，得到所需所有机电设备之间的连接路径：
遍历Gbi中的每条边，对于Gbi中的边Ejk，其连接的顶点分别记为Vj和Vk。使用最短路径算法在图Gi中计算Vj到Vk的最短路径，并将该路径上的顶点集合记为Pijk。输出最终的结果，结果中的每个条目为两个设备之间的连接信息，包括起点设备，终点设备，和连接路径。其中起点设备为Vj对应的设备，终点设备为Vk对应的设备，连接路径为集合Pijk中的顶点对应的构件列表。
由此，通过根据每个子图及其对应的二分有向图，为每个二分有向图内的每条边连接的两个顶点，在对应的子图中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径，并输出最终计算结果，以得到所有机电设备之间的连接路径，从而得到运维平台机电设备的连接路径，可以为基于BIM的运维管理提供准确、可靠的设备关系数据来源，且处理方式简便，处理结果可靠性高。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过从施工BIM的设备模型中提取出构件间的物理关系，计算出适可以用于基于BIM的运维阶段的设备逻辑结构，实现从建设到运维阶段的设备模型传递与转换，可以解决大体量建筑信息模型中构件关系复杂、设备关系缺失等问题，从而提升运维效率。
根据本发明的实施例，还提供了对应于机电系统逻辑关系的生成方法的一种机电系统逻辑关系的生成装置。参见图6所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该机电系统逻辑关系的生成装置可以包括：转换单元102、分离单元104和建立单元106。
在一个可选例子中，转换单元102，可以用于执行转换步骤：将待处理的建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系，转换为对应的拓扑关系。该转换单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
例如：将建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系信息转换为抽象的拓扑关系，便于后续使用基于图论的方法对其进行处理。
其中，所述机电设备，可以包括：开关、阀门、仪表、以及设定规格的机械设备中的至少之一。所述管线构件，可以包括：管道、三通、弯头、线缆中的至少之一。
例如：设备是指BIM中构件类型为“机械设备”的大型设备、开关、阀门、仪表等构件。其他类型的构件即为管线，包括管道、三通、弯头、线缆等。
由此，通过对多种形式的机电设备和管线构件进行处理，可以对多种形式的建筑信息模型进行处理，适用范围广，处理便捷性好。
可选地，所述转换单元102执行转换步骤，可以包括：从所述建筑信息模型的物理关系中提取所有的机电设备、以及管线的构件信息及其相关的构件连接信息。该转换单元102的具体功能及处理还参见步骤S210。
更可选地，在所述转换单元102执行转换步骤中：所述构件信息，可以包括：构件的标识信息、构件的类型信息中的至少之一。
例如：从建筑信息模型中提取所有机电设备与管线构件的信息，包含：构件的标识信息，构件的类型信息，将其作为顶点添加到一张空的图G中。
更可选地，所述构件连接信息，可以包括：源构件的标识信息、目标构件的标识信息、以及连接到机电设备的构件的连接方向中的至少之一。
例如：从建筑信息模型中提取所有的机电设备与管线的连接信息，每个连接信息包含：源构件的标识信息、目标构件的标识信息，特殊地，对于到设备的连接还包括连接的方向。将其作为边添加到图G中。
其中，所述源构件的标识信息和所述目标构件的标识信息，用以查找边连接的顶点。与所述源构件的标识信息对应的源构件、以及与所述目标构件的标识信息对应的目标构件的中心点的距离，为边的权。
例如：其中连接信息的源构件的标识信息和目标构件的标识信息用以查找边连接的顶点，对应的源构件与目标构件中心点的距离为边的权。
由此，通过采用多种形式的构件信息和构件连接信息，有利于提升对建筑信息模型的物理关系提取的精准性和可靠性。
可选地，所述转换单元102执行转换步骤，还可以包括：以构件信息为顶点、以构件连接信息为边，生成一张无向图，以得到所述拓扑关系。该转换单元102的具体功能及处理还参见步骤S220。
例如：从建筑信息模型中提取所有的机电设备与管线的构件信息及其相关的构件连接信息，并以构件信息为顶点，以构件连接信息为边，生成一张无向图(即边没有方向的图称为无向图)G。
由此，通过自建筑信息模型中提取机电设备、管线构件信息及其构件连接信息，并以构件信息为顶点、以构件连接信息为边生成无向图，从而得到建筑信息模型的拓扑关系，处理方式简便，处理结果精准性好。
在一个可选例子中，分离单元104，可以用于执行分离步骤：将所述拓扑关系中代表机电设备的设备节点和代表管线构件的管线节点分离，得到基于所述管线节点拆分得到的一个以上子图。每个子图代表与一个机电设备连接的管线团。该分离单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
例如：将构件拓扑图中代表设备的节点和其它部分分离，分离后的每个子图代表一个设备之间的连接管线团。
可选地，所述分离单元104执行分离步骤，可以包括：移除所述拓扑关系对应的无向图中代表机电设备的所有设备节点对应的顶点、以及该顶点直接连接的边。该分离单元104的具体功能及处理还参见步骤S310。
可选地，所述分离单元104执行分离步骤，还可以包括：根据所述无向图中产生的空隙，将所述无向图中代表管线构件的管线节点拆分为互相之间无连接的一个以上子图。该分离单元104的具体功能及处理还参见步骤S320。
例如：移除图G中所有机电设备对应顶点和该顶点直接连接的边，根据产生的空隙将图G拆分为n个互相无连接的子图，记为G1-Gn。
例如：遍历图G的所有顶点，取其中所有对应的构件类型为“机械设备”的节点，添加到集合Cmv中。遍历图G中所有的边，若某条边连接到的任意一个顶点包含在集合Cm内，则从图G中移除该边，并将该边添加到集合Cme中。遍历图G中所有的顶点，若顶点在集合Cmv中，则从图G中移除该顶点。对于图G，计算出其中的n个不相交集(n为自然数)，并将每个集合中的顶点及顶点在图G中对应的边添加到新的无向图中，记为G1-Gn。
其中，计算出其中的n个不相交集(n为自然数)，并将每个集合中的顶点及顶点在图G中对应的边添加到新的无向图中，可以包括：建立空的并查集US。对于图G中的每个边E，进行以下操作：对于边E中连接到的每个顶点，若US不包含该顶点，则在US中为该顶点建立单元素集合。若边E连接的两个顶点所属的子集不同，则合并两个子集。对于US中的每个子集USi，建立对应的子图Gi，并将USi中的每个元素作为顶点添加到Gi中。同时将USi与Gi的对应关系保存到集合Crel中。遍历图G中的每条边，在US中查找该边连接的其中一个顶点对应子集，获取到该子集对应的图Gj，将该边添加到图Gj。
由此，通过自所述拓扑关系中移除代表机电设备的所有设备节点，并根据产生的空隙将代表管线构件的管线节点拆分为互相之间无连接的一个以上子图，得到与一个机电设备连接的管线团，从而将所述拓扑关系中代表管线构件的管线节点进行团式划分处理，为不同机电设备之间的逻辑连接关系的建立提供精准而可靠的依据，进一步简化了建筑信息模型中管线构件的复杂结构，且处理方式简便，可靠性高。
在一个可选例子中，建立单元106，可以用于执行逻辑建立步骤：根据连接到同一个管线团的不同机电设备之间的关联关系，建立不同机电设备之间的逻辑连接关系。该建立单元106的具体功能及处理参见步骤S130。
由此，通过从施工BIM的设备模型中提取出构件间的物理关系，并剔除复杂的管线信息，精确提取设备之间的逻辑连接关系，有利于提升运维效率，且可靠性高、精准性好。
可选地，所述建立单元106执行逻辑建立步骤，可以包括：将自所述拓扑关系中分离的所有设备节点，重新连接到对应的子图中，得到所有机电设备之间的逻辑连接关系。
例如：将移除的设备节点重新连接到子图G1-Gn，将管线团重新连接到设备。一个设备可能连接到多个不同的子图，一个子图可能连接多个设备。该步骤通过管线团与设备的关系建立了设备之间的逻辑连接关系，连接到同一个管线团的设备即为相关联的设备。
例如：对于集合Cme，对于其中的每条边E进行以下步骤的操作：
E连接到一个设备顶点Vm和一个管线顶点Vd。在建立的并查集US中查找Vd所在的子集USi，并在建立的集合Crel中查找USi对应的子集Gi。将顶点Vm添加到子图Gi，Vm会在多个子图中出现。将边E添加到子图Gi。
由此，通过将自所述拓扑关系中分离的设备节点重新连接到对应的子图中，得到机电设备之间的逻辑连接关系，处理方式简便，且处理结果精准性好。
在一个可选实施方式中，还可以包括：执行方向建立步骤。
在一个可选例子中，所述建立单元106，还可以用于执行方向建立步骤：根据不同机电设备之间管路的流向信息，对不同机电设备之间的所述逻辑连接关系进行简化，并建立所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系。
例如：对于G1-Gn中的每个子图Gi，为所有连接到Gi设备按照设备连接器的方向互相建立完全二分有向图Gbi，记为Gb1-Gbn。这样，通过设备间管路的流向信息，对获得的设备连接关系进行简化，并建立相关构件间的上下游关系。将所有二分有向图合并后形成的图Gdevice作为机电系统逻辑结构图。
由此，通过基于机电设备之间的逻辑关系和管路的信号流向，构建机电设备之间的上下游关系，解决了基于BIM的机电系统设计中上下游关系信息缺失问题，提高设计协同效率。
可选地，所述建立单元106执行方向建立步骤，可以包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图与对应的机电设备之间的管路流向信息，为每个子图和对应的机电设备互相建立完全二分有向图。该建立单元106的具体功能及处理还参见步骤S410。
可选地，所述建立单元106执行方向建立步骤，还可以包括：将所有二分有向图合并后形成的图，作为机电系统逻辑结构图，以得到所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系。其中，在合并所有二分有向图的过程中，将相同的顶点进行去重处理。该建立单元106的具体功能及处理还参见步骤S420。
例如：需要对上述生成的子图G1-Gn中的每个子图Gi进行如下处理，最后对计算出的所有Gbi进行合并，得到所需的机电系统逻辑结构：
遍历Gi中的所有顶点，将所有对应的构件类型为“机械设备”的顶点添加到集合Cmvi中。遍历Gi中所有的边，将所有连接的顶点中含有构件类型为“机械设备”的顶点的边记为添加到集合Cmei中。遍历集合Cmei，其中连接方向为“In”的边所连接的非设备顶点添加到集合Cvini中，其中添加方向为“Out”的边所连接的非设备顶点添加到集合Cvouti中。为Cvini中的每个顶点和Cvouti中的每个顶点建立完全二分有向图Gbi，方向为从Cvouti中的顶点指向Cvini中的顶点。
进一步地，建立空的图Gdevice，将Gb1-Gbn中所有的顶点和边添加到Gdevice，添加的过程中合并相同的顶点。图Gdevice即为最终的机电系统逻辑结构。
例如：可将设备之间连接关系复杂度从从
Figure GDA0002658393630000161
降低为mn，其中m为出设备方向的接口数量，n为入设备方向的接口数量，极大地提高设备逻辑关系检索效率。例如：通过引入设备接口流向并使用二分图对设备之间关系进行化简，将每一组设备间的关系记录数量从
Figure GDA0002658393630000162
降低为mn，提升检索效率。
由此，通过根据每个子图与对应的机电设备之间的管路流向信息，为每个子图和对应的机电设备互相建立完全二分有向图，再将所有二分有向图合并，得到不同机电设备之间的上下游关系，可大大降低机电设备之间连接关系的复杂度，极大地提高设备逻辑关系检索效率。
在一个可选实施方式中，还可以包括：执行路径建立步骤。
在一个可选例子中，所述建立单元106，还可以用于执行路径建立步骤：基于所述逻辑连接关系中所有机电设备之间的上下游关系，确定所有机电设备之间的连接路径，以使所述建筑信息模型的运维平台中机电设备之间的连接路径满足预设的展示需求。
例如：在上述得到的设备间连接关系的基础上，进一步计算出设备之间的连接路径，以支持基于BIM的运维平台设备连接路径展示功能。
由此，通过根据机电设备之间的上下游关系确定机电设备之间的连接路径，从而构建出建筑信息模型的详细逻辑结构，解决基于BIM的建筑全生命期管理过程中的设备数据传递问题，为基于BIM的运维管理提供准确、可靠的设备关系数据来源。
可选地，所述建立单元106执行路径建立步骤，可以包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图及其对应的二分有向图，为每个二分有向图内的每条边连接的两个顶点，在对应的子图中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径。该建立单元106的具体功能及处理还参见步骤S510。
可选地，所述建立单元106执行路径建立步骤，还可以包括：输出最终计算结果，以得到所述逻辑关系中所有机电设备之间的连接路径。该建立单元106的具体功能及处理还参见步骤S520。
例如：对于G1-Gn中的每个子图Gi及其对应的二分图Gbi，为Gbi内的每条边连接的两个顶点Vj和Vk，在Gi中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径Pijk，并输出最终计算结果。
例如：需要对上述生成的G1-Gn中的每个子图Gi及其对应的二分图Gbi进行以下处理，得到所需所有机电设备之间的连接路径：
遍历Gbi中的每条边，对于Gbi中的边Ejk，其连接的顶点分别记为Vj和Vk。使用最短路径算法在图Gi中计算Vj到Vk的最短路径，并将该路径上的顶点集合记为Pijk。输出最终的结果，结果中的每个条目为两个设备之间的连接信息，包括起点设备，终点设备，和连接路径。其中起点设备为Vj对应的设备，终点设备为Vk对应的设备，连接路径为集合Pijk中的顶点对应的构件列表。
由此，通过根据每个子图及其对应的二分有向图，为每个二分有向图内的每条边连接的两个顶点，在对应的子图中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径，并输出最终计算结果，以得到所有机电设备之间的连接路径，从而得到运维平台机电设备的连接路径，可以为基于BIM的运维管理提供准确、可靠的设备关系数据来源，且处理方式简便，处理结果可靠性高。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图5所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过从BIM中剔除复杂的管线信息，可以精确提取设备之间的逻辑连接关系，从而提升逻辑结构建立的精准性和高效性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于机电系统逻辑关系的生成装置的一种建筑信息模型。该建筑信息模型可以包括：以上所述的机电系统逻辑关系的生成装置。
在一个可选实施方式中，参见图7所示的例子，本发明提供的一种基于BIM的机电系统逻辑结构自动生成方法，可以包括以下步骤：
步骤1：从建筑信息模型中提取所有的机电设备与管线的构件信息及其相关的构件连接信息，并以构件信息为顶点，以构件连接信息为边，生成一张无向图(即边没有方向的图称为无向图)G。该步骤将建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系信息转换为抽象的拓扑关系，便于后续使用基于图论的方法对其进行处理。
进一步地，在上述方法中，所述步骤1包括：
步骤1.1：从建筑信息模型中提取所有机电设备与管线构件的信息，包含：构件的标识信息，构件的类型信息，将其作为顶点添加到一张空的图G中。
步骤1.2：从建筑信息模型中提取所有的机电设备与管线的连接信息，每个连接信息包含：源构件的标识信息、目标构件的标识信息，特殊地，对于到设备的连接还包括连接的方向。将其作为边添加到图G中，其中连接信息的源构件的标识信息和目标构件的标识信息用以查找边连接的顶点，对应的源构件与目标构件中心点的距离为边的权。
步骤2：移除图G中所有机电设备对应顶点和该顶点直接连接的边，根据产生的空隙将图G拆分为n个互相无连接的子图，记为G1-Gn。该步骤将构件拓扑图中代表设备的节点和其它部分分离，分离后的每个子图代表一个设备之间的连接管线团。其中设备是指BIM中构件类型为“机械设备”的大型设备、开关、阀门、仪表等构件；其他类型的构件即为管线，包括管道、三通、弯头、线缆等。
进一步地，在上述方法中，所述步骤2包括：
步骤2.1：遍历图G的所有顶点，取其中所有对应的构件类型为“机械设备”的节点，添加到集合Cmv中。
步骤2.2：遍历图G中所有的边，若某条边连接到的任意一个顶点包含在集合Cm内，则从图G中移除该边，并将该边添加到集合Cme中。
步骤2.3：遍历图G中所有的顶点，若顶点在集合Cmv中，则从图G中移除该顶点。
步骤2.4：对于图G，计算出其中的n个不相交集(n为自然数)，并将每个集合中的顶点及顶点在图G中对应的边添加到新的无向图中，记为G1-Gn。
进一步地，所述步骤2.4包括：
步骤2.4.1：建立空的并查集US。
步骤2.4.2：对于图G中的每个边E，进行以下操作：对于边E中连接到的每个顶点，若US不包含该顶点，则在US中为该顶点建立单元素集合。若边E连接的两个顶点所属的子集不同，则合并两个子集。
步骤2.4.3：对于US中的每个子集USi，建立对应的子图Gi，并将USi中的每个元素作为顶点添加到Gi中。同时将USi与Gi的对应关系保存到集合Crel中。
步骤2.4.4：遍历图G中的每条边，在US中查找该边连接的其中一个顶点对应子集，获取到该子集对应的图Gj，将该边添加到图Gj。
步骤3：将步骤2中移除的设备节点重新连接到子图G1-Gn，将管线团重新连接到设备。一个设备可能连接到多个不同的子图，一个子图可能连接多个设备。该步骤通过管线团与设备的关系建立了设备之间的逻辑连接关系，连接到同一个管线团的设备即为相关联的设备。
进一步地，在上述步骤3中，对于集合Cme，对于其中的每条边E进行以下步骤的操作：
步骤3.1：E连接到一个设备顶点Vm和一个管线顶点Vd。在步骤2.4.1建立的并查集US中查找Vd所在的子集USi，并在步骤2.4.3建立的集合Crel中查找USi对应的子集Gi。
步骤3.2：将顶点Vm添加到子图Gi，Vm会在多个子图中出现。
步骤3.3：将边E添加到子图Gi。
步骤4：对于G1-Gn中的每个子图Gi，为所有连接到Gi设备按照设备连接器的方向互相建立完全二分有向图Gbi，记为Gb1-Gbn。该步骤中通过设备间管路的流向信息，对步骤3中获得的设备连接关系进行简化，并建立相关构件间的上下游关系。将所有二分有向图合并后形成的图Gdevice作为机电系统逻辑结构图。
其中，二分图又称作二部图，是图论中的一种特殊模型。一个无向图的顶点可分割为两个互不相交的子集，并且图中的每条边所关联的两个顶点分别属于两个不同的顶点集，则称该无向图为一个二分图。
进一步地，在上述方法中，所述步骤4需要对上述步骤生成的子图G1-Gn中的每个子图Gi进行步骤4.1-步骤4.4，最后对计算出的所有Gbi进行步骤4.5：
步骤4.1：遍历Gi中的所有顶点，将所有对应的构件类型为“机械设备”的顶点添加到集合Cmvi中。
步骤4.2：遍历Gi中所有的边，将所有连接的顶点中含有构件类型为“机械设备”的顶点的边记为添加到集合Cmei中。
步骤4.3：遍历集合Cmei，其中连接方向为“In”的边所连接的非设备顶点添加到集合Cvini中，其中添加方向为“Out”的边所连接的非设备顶点添加到集合Cvouti中。
步骤4.4：为Cvini中的每个顶点和Cvouti中的每个顶点建立完全二分有向图Gbi。方向为从Cvouti中的顶点指向Cvini中的顶点。
步骤4.5：建立空的图Gdevice，将Gb1-Gbn中所有的顶点和边添加到Gdevice，添加的过程中合并相同的顶点。图Gdevice即为最终的机电系统逻辑结构。
步骤5：对于G1-Gn中的每个子图Gi及其对应的二分图Gbi，为Gbi内的每条边连接的两个顶点Vj和Vk，在Gi中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径Pijk，并输出最终计算结果。该步骤在步骤4得到的设备间连接关系的基础上，进一步计算出设备之间的连接路径，以支持基于BIM的运维平台设备连接路径展示功能。
进一步地：在上述方法中，所属步骤5需要对上述步骤中生成的G1-Gn中的每个子图Gi及其对应的二分图Gbi进行以下步骤：
步骤5.1：遍历Gbi中的每条边，对于Gbi中的边Ejk，其连接的顶点分别记为Vj和Vk。使用最短路径算法在图Gi中计算Vj到Vk的最短路径，并将该路径上的顶点集合记为Pijk。
步骤5.2：输出最终的结果，结果中的每个条目为两个设备之间的连接信息，包括起点设备，终点设备，和连接路径。其中起点设备为Vj对应的设备，终点设备为Vk对应的设备，连接路径为集合Pijk中的顶点对应的构件列表。
可见，本发明的提供的基于BIM的机电系统逻辑结构自动生成方法(即基于建筑信息模型的机电系统逻辑结构自动化生成方法)，至少可以达到以下有益效果：
⑴可从BIM中剔除复杂的管线信息，精确提取设备之间的逻辑连接关系。
⑵可将设备之间连接关系复杂度从从
Figure GDA0002658393630000211
降低为mn，其中m为出设备方向的接口数量，n为入设备方向的接口数量，极大地提高设备逻辑关系检索效率。例如：通过引入设备接口流向并使用二分图对设备之间关系进行化简，将每一组设备间的关系记录数量从
Figure GDA0002658393630000212
降低为mn，提升检索效率。
⑶能够有效地构建出设备之间的上下游关系和详细逻辑结构，解决了基于BIM的机电系统设计中上下游关系信息缺失问题，提高设计协同效率；解决基于BIM的建筑全生命期管理过程中的设备数据传递问题，为基于BIM的运维管理提供准确、可靠的设备关系数据来源。
下面结合图8至图18，对本发明的具体实施方式做详细的说明。
以某项目的空调供水系统的局部模型为例，如图8至图13所示，共有308个构件，其中14个为设备构件，其它为管线、管件及管线附件。建筑信息模型所记录的构件关系信息如拓扑图8至图13所示，为方便表述，大部分非设备构件的节点已被简化与合并，实际关系数量共332个。为支持基于BIM的运维平台设备连接关系查看等功能，使用本发明所述的基于BIM的机电模型逻辑结构自动生成方法，分为以下步骤对该样例模型进行逻辑结构生成：
步骤1：获取机电设备建筑信息模型中所有的连接信息并转换为图。
从模型M中提取所有机电设备、管件、管线附件的连接器数据，包括连接器的宿主、目标和方向信息，储存为列表LConnectors。其中，所述连接器是指在建筑信息模型中用以将一个构件连接到另一个构件的抽象接口，所述连接器的宿主是指连接器所依附的构件，连接器的目标是与该连接器相连的另一个连接器的宿主。
从数据库中提取所有构件数据，以构件数据库中的记录为值，构件ID为键建立字典DModels；从数据库汇总提取所有的设备数据，以设备数据库中的记录为值，以设备ID为键建立字典DDevices。
遍历LConnectors，从LConnectors中剔除符合以下条件的连接器：1)连接不完整，即宿主或目标为空的连接器；2)关联到数据库中不存在的构件，即连接器的宿主，或目标在字典DModels中不存在的构件；3)重复的连接器。所述的字典DModels是建立关联到设备的连接器列表LDevConnectors，遍历LConnectors，将宿主在字典DDevices中的连接添加到LDevConnectors。
创建图G，图G表示该模型中所有构件之间的拓扑关系。遍历LConnectors，将每个连接器的宿主和目标的GUID作为顶点添加到图G中。遍历LConnectors，将宿主和目标的关系作为边、将宿主元素中心点和目标元素中心点之间的距离作为权添加到图G中。
以图8至图13所示某项目的空调供水系统的局部模型为例，其中的构件连接信息转换为图后如图14所示，其中矩形顶点为代表设备的顶点，其它顶点为表示其它构件的顶点。
例如：图8为某项目空调供水系统的局部结构图，图9为某项目空调供水系统局部拓扑图，图10为某项目空调供水系统局部设备连接关系图，图11为某项目空调供水系统局部设备连接拓扑图，图12为阀门A与泵A的设备连接路径图，图13为阀门A与泵A的设备连接路径拓扑图。
其中，基于图8和图9，进行设备连接关系提取，可以得到图10和图11；基于图10和图11，进行设备连接路径提取，可以得到图12和图13。
步骤2：从图中剔除表示设备的顶点和边。
遍历图G的边，对于每条边E，边E连接到的两个顶点分别为Na、Nb，如果Na或Nb包含在字典DDevices中，则从图G中移除E。遍历图G中的顶点，对于每个顶点N，如果N包含在DDevices中，则从图G中移除N。对于图14所示的某项目空调供水系统的局部模型的拓扑图，剔除其中设备顶点后如图15所示。
对于图G剩余的顶点，计算出其中的所有不相交集并储存于并查集US中，并将每个集合中的顶点及顶点在图G中对应的边添加到新的图中，记为G1-G8，如图15所示。
步骤3：将设备顶点重新连接到子图。
创建字典DgraphToDeviceConnectors，其中的每个项目为一个G1-G8中的子图中连接到设备的所有连接器的列表。
遍历列表LDevConnectors，对于其中的每一个连接器CDevice，执行以下判断：将CDevice连接到的设备节点即为NDevice，CDevice连接到的构件节点记为NOther，在并查集US中查找NOther所在集合，并查找该集合所对应的子图Gn。将NDevice作为节点添加到Gn，并连接到Gn中NOther对应的顶点，将CDevice添加到DgraphToDeviceConnectors中对应的子图的列表中。对于图15所示的8个子图，将设备顶点重新连接后的图如图16所示。
步骤4：为设备建立两两连接。
创建列表LdeviceRels，该列表将用以储存所有设备之间的关系。遍历DgraphToDeviceConnectors中的所有列表，对于其中的每个设备连接列表LdeviceConnection，执行以下过程：遍历LdeviceConnection中的每个连接，将其方向为"IN"的连接添加列表Lin，将方向为"OUT"的连接添加到列表Lout。二重遍历列表Lin和Lout，建立从Lin到Lout到完全二分有向图Gbn。将Gbn中的每条边添加到LDeviceRels。
以图16中的G1为例，LdeviceConnection中共有4个代表设备的元素：阀门A到构件29的连接、泵C到构件38的连接，泵A到构件39的连接，泵B到构件40的连接，其中阀门A到构件29的连接方向为"OUT",添加至列表Lout，其它连接方向为"In"，添加到列表Lin。建立Lout中的连接关联的设备到Lin中的连接关联到的设备的完全二分有向图Gb1，如图17所示，Gb1中共3条边，分为为阀门A到泵A，阀门A到泵B，阀门A到泵C。
步骤5：计算连接路径。
遍历LDeviceRels，对于其中的每条边Ejk，其连接的顶点分别记为Vj和Vk。使用最短路径算法在图Gi中计算Vj到Vk的最短路径。
如图18所示，对于子图G1，其对应的二分图为Gb1，Gb1中共有三个边，分别为阀门A到泵A，阀门A到泵B，阀门A到泵C。分别使用最短路径算法计算阀门A到泵A的最短路径P1AA、阀门A到泵B的最短路径P1AB、阀门A到泵C的最短路径P1AC。
在本例中，本发明所述的基于建筑信息模型的机电系统逻辑结构自动化生成方法，能够有效地提取建筑信息模型中信息，构建出设备之间的上下游关系和详细逻辑结构，生成的拓扑结构逻辑清晰、准确无误。
很显然，此模型原有构件物理关系322个，按本发明所述方法创建的逻辑结构中仅有16个设备逻辑关系，拓扑结构简化效果显著。
由于本实施例的建筑信息模型所实现的处理及功能基本相应于前述图6所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过将BIM中设备之间连接关系复杂度从从
Figure GDA0002658393630000231
降低为mn，其中m为出设备方向的接口数量，n为入设备方向的接口数量，可以极大地提高设备逻辑关系检索效率，进而极大地提升故障定位效率。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种机电系统逻辑关系的生成方法，其特征在于，包括：
转换步骤：将待处理的建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系，转换为对应的拓扑关系；所述转换步骤，包括：从所述建筑信息模型的物理关系中提取所有的机电设备、以及管线的构件信息及其相关的构件连接信息；以构件信息为顶点、以构件连接信息为边，生成一张无向图，以得到所述拓扑关系；所述机电设备，包括：开关、阀门、仪表、以及设定规格的机械设备中的至少之一；所述管线构件，包括：管道、三通、弯头、线缆中的至少之一；所述构件信息，包括：构件的标识信息、构件的类型信息中的至少之一；所述构件连接信息，包括：源构件的标识信息、目标构件的标识信息、以及连接到机电设备的构件的连接方向中的至少之一；其中，所述源构件的标识信息和所述目标构件的标识信息，用以查找边连接的顶点；与所述源构件的标识信息对应的源构件、以及与所述目标构件的标识信息对应的目标构件的中心点的距离，为边的权；
分离步骤：将所述拓扑关系中代表机电设备的设备节点和代表管线构件的管线节点分离，得到基于所述管线节点拆分得到的一个以上子图；每个子图代表与一个机电设备连接的管线团；所述分离步骤，包括：移除所述拓扑关系对应的无向图中代表机电设备的所有设备节点对应的顶点、以及该顶点直接连接的边；根据所述无向图中产生的空隙，将所述无向图中代表管线构件的管线节点拆分为互相之间无连接的一个以上子图；
逻辑建立步骤：根据连接到同一个管线团的不同机电设备之间的关联关系，建立不同机电设备之间的逻辑连接关系；所述逻辑建立步骤，包括：将自所述拓扑关系中分离的所有设备节点，重新连接到对应的子图中，得到所有机电设备之间的逻辑连接关系；
还包括：
方向建立步骤：根据不同机电设备之间管路的流向信息，对不同机电设备之间的所述逻辑连接关系进行简化，并建立所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系；所述方向建立步骤，包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图与对应的机电设备之间的管路流向信息，为每个子图和对应的机电设备互相建立完全二分有向图；将所有二分有向图合并后形成的图，作为机电系统逻辑结构图，以得到所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系；其中，在合并所有二分有向图的过程中，将相同的顶点进行去重处理；
还包括：
路径建立步骤：基于所述逻辑连接关系中所有机电设备之间的上下游关系，确定所有机电设备之间的连接路径，以使所述建筑信息模型的运维平台中机电设备之间的连接路径满足预设的展示需求；所述路径建立步骤，包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图及其对应的二分有向图，为每个二分有向图内的每条边连接的两个顶点，在对应的子图中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径；输出最终计算结果，以得到所述逻辑关系中所有机电设备之间的连接路径。
2.一种机电系统逻辑关系的生成装置，其特征在于，包括：
转换单元，用于执行转换步骤：将待处理的建筑信息模型中机电设备与管线构件之间的物理关系，转换为对应的拓扑关系；所述转换单元执行转换步骤，包括：从所述建筑信息模型的物理关系中提取所有的机电设备、以及管线的构件信息及其相关的构件连接信息；以构件信息为顶点、以构件连接信息为边，生成一张无向图，以得到所述拓扑关系；所述机电设备，包括：开关、阀门、仪表、以及设定规格的机械设备中的至少之一；所述管线构件，包括：管道、三通、弯头、线缆中的至少之一；在所述转换单元执行转换步骤中：所述构件信息，包括：构件的标识信息、构件的类型信息中的至少之一；所述构件连接信息，包括：源构件的标识信息、目标构件的标识信息、以及连接到机电设备的构件的连接方向中的至少之一；其中，所述源构件的标识信息和所述目标构件的标识信息，用以查找边连接的顶点；与所述源构件的标识信息对应的源构件、以及与所述目标构件的标识信息对应的目标构件的中心点的距离，为边的权；
分离单元，用于执行分离步骤：将所述拓扑关系中代表机电设备的设备节点和代表管线构件的管线节点分离，得到基于所述管线节点拆分得到的一个以上子图；每个子图代表与一个机电设备连接的管线团；所述分离单元执行分离步骤，包括：移除所述拓扑关系对应的无向图中代表机电设备的所有设备节点对应的顶点、以及该顶点直接连接的边；根据所述无向图中产生的空隙，将所述无向图中代表管线构件的管线节点拆分为互相之间无连接的一个以上子图；
建立单元，用于执行逻辑建立步骤：根据连接到同一个管线团的不同机电设备之间的关联关系，建立不同机电设备之间的逻辑连接关系；所述建立单元执行逻辑建立步骤，包括：将自所述拓扑关系中分离的所有设备节点，重新连接到对应的子图中，得到所有机电设备之间的逻辑连接关系；
还包括：
所述建立单元，还用于执行方向建立步骤：根据不同机电设备之间管路的流向信息，对不同机电设备之间的所述逻辑连接关系进行简化，并建立所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系；所述建立单元执行方向建立步骤，包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图与对应的机电设备之间的管路流向信息，为每个子图和对应的机电设备互相建立完全二分有向图；将所有二分有向图合并后形成的图，作为机电系统逻辑结构图，以得到所述逻辑连接关系中相应机电设备之间的上下游关系；其中，在合并所有二分有向图的过程中，将相同的顶点进行去重处理；
还包括：
所述建立单元，还用于执行路径建立步骤：基于所述逻辑连接关系中所有机电设备之间的上下游关系，确定所有机电设备之间的连接路径，以使所述建筑信息模型的运维平台中机电设备之间的连接路径满足预设的展示需求；所述建立单元执行路径建立步骤，包括：根据所述逻辑连接关系中每个子图及其对应的二分有向图，为每个二分有向图内的每条边连接的两个顶点，在对应的子图中使用最短路径算法计算两顶点间最短路径；输出最终计算结果，以得到所述逻辑关系中所有机电设备之间的连接路径。
3.一种建筑信息模型，其特征在于，包括：如权利要求2所述的机电系统逻辑关系的生成装置。
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