CN108170990B - 基于bim技术的曲线参考划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于BIM技术的曲线参考划分方法，包括如下步骤：S1，读入工程设计结果模型；按照工程施工及模型的用料特点，按照施工特点和属性对设计模型的属性进行拓展和管理，在设计模型的属性信息基础上，添加施工相关的属性信息；S2，按照曲线参考划分的特点，建立拆分对象、参考线、拆分起点等约束条件，生成一组拆分面，再与工程设计结果模型进行分层布尔运算，获得一系列的模型单元；S3，根据这些模型施工特点或参数，对这些分层模型进行属性配置和拓展，获得该分层模型施工的BIM模型及其属性。

Description

基于BIM技术的曲线参考划分方法

技术领域

本发明涉及计算机程序应用领域，尤其涉及一种基于BIM技术的曲线参考划分方法。

背景技术

在建筑信息管理BIM技术中，通过对工程项目各项相关信息数据的采集、整理能够对工程项目进行总体的管理，在BIM工程中，现有的土石坝等划分方式都是以直线为参考线进行划分，无法对隧道这种曲线型的模型进行曲线参考划分。目前的施工模型是直接遵从设计模型进行的，施工信息与设计模型没有有效地对接；目前的施工都是遵从2D的设计图纸，尚无可靠三维BIM模型可以采用。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于BIM技术的曲线参考划分方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于BIM技术的曲线参考划分方法，包括如下步骤：

S1，按照施工特点和属性进行拓展和管理，依次对隧道工程本体的相关参数进行配置；

S2，通过计算隧道模型的包围盒，以及确定隧道模型的数据参数划分；

S3，将隧道模型按照拆分间距进行拆分，循环执行曲线参考参数，根据隧道模型长度进行重复执行，从而形成按照参数划分的隧道模型，帮助在实际隧道挖掘中提供数据参考。

所述的基于BIM技术的曲线参考划分方法，优选的，所述S2包括：

S2-1，计算隧道模型在参考曲线上的拆分起始点A；

S2-2，计算隧道模型包围盒；

S2-3，计算包围盒在拆分方向上的浮动间距L；

浮动间距满足以下条件：

① L = d ± a% * d

② d = (L_n-1 + L_n) * 0.5

③ L₀ = L₁ + L₂ + ... + L_n-1 + L_n；

④ n 为大于0的整数

其中d为拆分标准间距，a为浮动百分比，L₁为整个拆分序列中任意计算的拆分间距，L₂为L₁在拆分序列中的下一个拆分间距，L₀为隧道总长。

S2-4，根据拆分间距和浮动间距L，计算曲线上距离起点A拆分间距L的点B，并计算参考曲线在B点的切线方向；

S2-5，以参考曲线在B点的切线方向为法平面，以B点为圆心，创建拆分平面；

所述的基于BIM技术的曲线参考划分方法，优选的，所述S3包括：

S3-1，对每个单元的实体进行属性配置，包括：颜色、透明度、施工类型、人员、时间进行赋值；

S3-2，根据选择的隧道模型拆分起点计算该点在参考曲线上的投影点A’；

S3-3，计算投影点A’在曲线的哪一段Edge上；

S3-4，计算模型包围盒，根据拆分间距，计算需要创建的拆分面个数；

S3-5，计算模型体积，若果体积大于0，则进行模型拆分，若体积为0，则终止模型拆分；

S3-6，根据浮动间距，和输入拆分间距，计算实际拆分间距L’；

S3-7，根据实际拆分间距L’，计算参考曲线上与投影点A’距离L’长度的点B，并计算参考曲线在B点处的切线方向；

S3-8，分别在A、B两点以各自切线方向为平面法向量，创建拆分平面PLANE_A和PLANE_B；

S3-9，拷贝一份原始隧道模型，使用拷贝的模型与PLANE_A和PLANE_B分别进行布尔减运算；

S3-10，重复S3-5 至 S3-9，直到拆分对象体积为0终止拆分。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明解决如何从设计院获得的设计模型转换为施工单位方便使用的高精度施工模型，即通过行业既定的规则或是约束条件，并对BIM属性信息进行管理，自动划分便于实施的施工组织单元，实现项目施工组织的BIM模型自动生成，提高工程项目施工管理的精度和准确性，提高项目执行效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明工作流程图；

图2是本发明实施例示意图；

图3是本发明划分实施例示意图；

图4是本发明方形划分实施例示意图；

图5是本发明菱形划分实施例示意图；

图6是本发明总体示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

其中BIM（Building Information Modeling）技术为建筑信息建模。

其中在隧道数据模型导入到BIM系统时，需要执行如下步骤：

Ⅰ，直接读取工程设计模型，并对其模型数据组织结构进行转换解析；根据施工工程建设要求，形成设计施工工程基本数据信息，根据建设要求，读取导入不同格式设计结果模型；根据不同设计工具设计结果模型的方式，转换解析设计结果模型数据组织结构Product Structure；按照施工特点及定位，直接读取各个不同模型设计工具设计结果模型，不依赖于不同模型设计工具。

Ⅱ，按照模型数据组织结构特点，对每一个模型数据组织结构进行分类，根据分类，获取其每个分类的数据，其中包含模型组织结构上的图形数据，模型组织结构上的属性数据；根据施工工程模型数据组织结构要求，按照Ⅰ的转换解析后的模型数据组织结构Product Structure特点，对每一个模型数据组织结构进行分类，分类形式为装配Product，零件Part，体Body；根据施工工程模型数据组织结构要求，对分类后的模型数据组织结构，分别获取其属性数据和图形数据；施工工程模型数据组织结构要求：装配Product的子节点只能是装配Product以及零件Part节点，零件Part的子节点只能是体Body，其中装配Product和零件Part节点均仅代表施工工程模型树组织结构，而体Body代表该施工工程模型数据下的一个几何图形数据；

Ⅲ，根据获取到的模型数据组织结构，以及需要的新的模型数据组织结构，组织出新的需要的模型组织结构；

Ⅳ，根据获取到的模型数据组织结构，以及对模型数据组织结构分类后获取到的对应模型属性数据和模型图形数据，按照直接加载和快速加载两种模式，分别对模型几何拓扑体进行相应处理；

根据施工工程模型数据组织结构要求，以及对设计结果模型数据组织结构分类后分别获取的对应模型属性数据和模型图形数据，针对施工工程模型数据导入的两种方式，直接加载和快速加载，分别处理；

根据施工工程模型数据要求，直接加载方式要求加载设计结果模型的几何实体数据，设计结果模型的几何实体数据由模型几何 model和构造几何 construction两部分组成，其中模型几何是指拓扑类指向的类，不包括具体的形状信息，构造几何是指模型几何中的声明，包含实际的形状信息；模型几何又称模型的拓扑结构，构造几何又称模型的解释结构，一个正方体的几何实体表示，1：其中模型几何拓扑是指，这个正方体几何中有多少块（正方体只有一个块），在块中有多少面（正方体有六个面），面上有多少边界边（12个边界边），边界边上有多少点（八个点），点和边之间怎样连接，2：其中构造几何指，具体的面，面上具体的边（由哪些点构成），具体的边，具体的点坐标，构造几何是具体解释模型几何拓扑。模型实体数据中的模型几何model与构造几何construction的区别在与，前者不包含具体的形状数据信息，而后者包含实际的形状数据信息。

根据施工工程模型数据要求，直接加载设计结果模型数据需要进行精度和模型空间控制，加载设计结果模型数据的精度和模型空间控制公式如下：

设定 A:绝对最小值（10e-6）

B:规格化最小值（10e-10）

C:曲线曲面的逼近精度（10e-3）

D:被认为是零的最大值（10e-11）

模型空间计算算法：

Model space = A / B = 10e-6 / 10e-10 = 10e4；

根据施工工程模型数据要求，快速加载方式要求快速加载设计结果模型的图形数据，设计结果模型的图形数据是指，不包含有拓扑的纯图形数据，图形数据表示方法如下：

设定 点：P1，P2，P3，P4，P5，P6

其中P1 = P4， P3 = P6，

点列表：PList={P1x，P1y，P1z，P2x，P2y，P2z，P3x，P3y，P3z，P4x，P4y，P4z，P5x，P5y，P5z，P6x，P6y，P6z}

面列表数据集：FList={Pn1，P1，P2，P3，Pn2，P5，P4，P6}

面Face = PList + FList

Pn：为点数量的原始离散图形数据，表示图形为图3：

该图形，为一个矩形，离散后变为两个三角形，遵守右手定则，法向全部向外，优化过程为：

点去重：PList={P1x，P1y，P1z，P2x，P2y，P2z，P3x，P3y，P3z， P5x，P5y，P5z}，

面去重数据集：FList={Pn1，P1，P2，P3，Pn2，P5，P1，P3}

降低面片数量：例如两个四边形构成一个大的四边形，优化前为四个三角网格，优化后为两个三角网格，三角网格是计算机硬件渲染是需要的数据，三角网格数量越低，可提升渲染效率。

所述的基于BIM技术的工程设计模型导入方法，优选的，所述S5包括：

根据施工工程模型数据要求，将S4中获取到的已经过处理的图形数据，以及属性数据，分别绑定到S3中重组的施工工程模型数据组织结构的对应节点上。

Ⅴ，根据直接加载和快速加载两种模式，分别向模型数据组织结构各个分类中添加处理后的模型图形信息。

如图1和2所示，本发明提供了一种基于BIM技术的曲线参考划分方法，包括如下步骤：

S1，按照施工特点和属性进行拓展和管理，依次对隧道工程本体的相关参数进行配置；

S2，通过计算隧道模型的包围盒，以及确定隧道模型的数据参数划分；

S3，将隧道模型按照拆分间距进行拆分，循环执行曲线参考参数，根据隧道模型长度进行重复执行，从而形成按照参数划分的隧道模型，帮助在实际隧道挖掘中提供数据参考。

所述的基于BIM技术的曲线参考划分方法，优选的，所述S2包括：

S2-1，计算隧道模型在参考曲线上的拆分起始点A；

S2-2，计算隧道模型包围盒；

S2-3，计算包围盒在拆分方向上的浮动间距L；

浮动间距满足以下条件：

① L = d ± a% * d

② d = (L_n-1 + L_n) * 0.5

③ L₀ = L₁ + L₂ + ... + L_n-1 + L_n；

④ n 为大于0的整数

其中d为拆分标准间距，a为浮动百分比，L₁为整个拆分序列中任意计算的拆分间距，L₂为L₁在拆分序列中的下一个拆分间距，L₀为隧道总长。

S2-4，根据拆分间距和浮动间距L，计算曲线上距离起点A拆分间距L的点B，并计算参考曲线在B点的切线方向；

S2-5，以参考曲线在B点的切线方向为法平面，以B点为圆心，创建拆分平面；

图3是本发明实施例示意图，通过下述S3的具体步骤实现隧道施工的曲线参考划分方法，优选的，所述S3包括：

S3-1，对每个单元的实体进行属性配置，包括：颜色、透明度、施工类型、人员、时间进行赋值；

S3-2，根据选择的隧道模型拆分起点计算该点在参考曲线上的投影点A’；

S3-3，计算投影点A’在曲线的哪一段Edge上；

S3-4，计算模型包围盒，根据拆分间距，计算需要创建的拆分面个数；

S3-5，计算模型体积，若果体积大于0，则进行模型拆分，若体积为0，则终止模型拆分；

S3-6，根据浮动间距，和输入拆分间距，计算实际拆分间距L’；

S3-7，根据实际拆分间距L’，计算参考曲线上与投影点A’距离L’长度的点B，并计算参考曲线在B点处的切线方向；

S3-8，分别在A、B两点以各自切线方向为平面法向量，创建拆分平面PLANE_A和PLANE_B；

S3-9，拷贝一份原始隧道模型，使用拷贝的模型与PLANE_A和PLANE_B分别进行布尔减运算；

S3-10，重复S3-5 至 S3-9，直到拆分对象体积为0终止拆分。

上述S3-1至S3-11不断重复执行，该步骤是参考曲线拆分算法的核心部分，只有这样才能够准确的得到施工每一阶段需要的工程材料数据，能够保证工程项目预算精度。而且针对不同的数据其配置内容并不相同，这需要根据不断的试验才能够得到上述工作方法。

如图3所示，对于传统隧道形状采用S3的步骤进行施工操作，绘制隧道数据模型；

在隧道数据模型进行划分之后，通过PBS进行自动挂接，具体步骤如下：

①，读入PBS数据；按照PBS编码、PBS描述、PBS分类的数据列，对PBS数据在Excel中进行组织并读入系统；导入的PBS数据包含列标题，其中PBS编码是必须具备的数据列；若导入PBS数据除了PBS编码、描述、分类之外，还包含属性或工程量等信息，需将其添加到对应的PBS之后；对于数据列组织的顺序无任何要求，任意顺序数据列组织都支持导入并识别；支持单一PBS导入，也支持PBS工程量同时导入。

②，对数据列进行映射；对导入的PBS数据将PBS编码、PBS描述、PBS分类的数据列，进行一对一的映射；

③，录入PBS每一级的结构编码样例；PBS编码样例支持：工程项目、单位工程、分部工程、分项工程、单元工程、施工单元6个级别；

对于该PBS编码进行任意级别个数导入，

实际编码级别1 = 工程项目 + 单位工程；

实际编码级别2 = 工程项目 + 单位工程 + 分部工程；

实际编码级别3 = 工程项目 + 单位工程 + 分部工程 + 分项工程 ；

实际编码级别4 = 工程项目 + 单位工程 + 分部工程 + 分项工程 + 单元工程；

实际编码级别5 = 工程项目 + 单位工程 + 分部工程 + 分项工程 + 单元工程+ 施工单元；

其中工程项目不填入编码样例，从而生成一个临时根节点，在预览功能中，对该根节点进行自动校正，将工程项目设置为根节点。

④，进行自动挂接；自动计算各级结构，自动组织子父节点关系；

从PBS数据池中提取指定的数据列，放入有效数据池中；

依次获取工程项目、单位工程、分部工程、分项工程、单元工程、施工单元六个级别样例编码；根据编码样例解析编码占位符，其算法为：

设PBS编码列当前编码为Cur_Code，PBS编码列下一个编码为Next_Code；

那么遍历PBS编码列，若Cur_Code_Len != Next_Code_Len则占位符ReplaceChar为空字符串，这时PBS编码中每一级编码的位数都是不一样的，其中Cur_Code_Len为前一个编码字符串长度，Next_Code_Len为后一个编码字符串长度；

若Cur_Code_Len == Next_Code_Len 则为等位PBS编码，这时PBS编码每一级别的编码位数是一样的，对于每个级别不足的位数，采用某个特定占位符为补充，例如0；此时对PBS编码的每一个字符进行遍历：设 ：在同一个位置J，Cur_Code的字符为Cur_Code_C，Next_Code的字符为Next_Code_C；若Cur_Code_C != Next_Code_C，Next_Code_C即为占位符ReplaceChar；解析PBS编码样例每个级别的编码位数；根据编码样例解析编码占位符，其算法为：若占位符ReplaceChar为空串，则每级编码位数为实际编码样例位数；若占位符ReplaceChar不是空串，则需要对每级编码样例剔除掉占位符的位数；根据占位符、各级位数对PBS编码从顶层到底层依次查找匹配，先查找父节点fNode，组织父节点fNode的属性及其他数据，并将父节点fNode的属性及其他数据与PBS编码绑定；查找父节点的下一级节点集合vChildren，并把vChildren挂接到fNode下；直到查找的子集合vChildren为空结束查找匹配；

⑤，PBS结构预览；对挂接好的PBS结构提供预览功能。

将PBS挂接完成的隧道数据模型进行导出操作，具体执行步骤如下：

㈠，选择工程施工模型导出格式，以及工程施工模型导出格式对应的版本；

㈡，根据选择的工程施工模型，遍历其工程施工模型数据组织结构，并对此工程施工模型数据组织结构进行分类，分类方式为Product装配，Part零件，Body体；

㈢，根据获取到的工程施工模型数据组织结构，以及需要的新的模型数据组织结构，组织出新的需要的模型组织结构；

㈣，根据获取到的模型数据组织结构，以及对模型数据组织结构分类后获取到的对应模型属性数据和模型图形实体B-Rep数据，分别填到对应的工程施工模型数据组织结构中；根据施工工程模型数据组织结构要求，以及对设计结果模型数据组织结构分类后分别获取的对应模型属性数据和模型图形B-Rep数据，分别填充到对应工程施工模型数据组织结构各分类节点；根据施工工程模型数据要求，工程施工模型，设计结果模型的几何实体数据由模型几何model和构造几何construction两部分组成，其中模型几何是指拓扑类指向的类，不包括具体的形状信息，构造几何是指模型几何中的声明，包含实际的形状信息，模型几何和构造几何的关系如下：其中抽象几何对应模型几何，具体几何对应构造几何；根据施工工程模型数据要求，工程施工模型数据导出需要进行精度和模型空间控制，工程施工模型数据导出的精度和模型空间控制公式如下：

设定 A：绝对最小值（10e-6）

B：规格化最小值（10e-10）

C：曲线曲面的逼近精度（10e-3）

D：被认为是零的最大值（10e-11）

模型空间计算算法：

Model space = A / B = 10e-6 / 10e-10 = 10e4。

㈤，根据选择的工程施工模型导出格式以及导出格式对应版本，将获取到的工程施工模型数据组织结构以及各分类结构上的工程施工模型属性数据和图形B-Rep数据导出。

如图4和5所示，其中对于方形隧道或者棱形隧道在具体执行操作中也进行了仿真实验，对于新式的隧道模型同样采用S3的步骤进行执行操作，其实在本发明的曲线参考划分的执行过程中，进行拆分的过程完全一致，最终也能够实现相应效果，针对将来根据不同的施工方案转换隧道形状，在采用该曲线参考划分法时，一样实现快速的拆分模型，从而对实际的隧道施工工程起到显著的指导意义。

根据图3、图4和图5的具体实施例进行分析来看，首先采集竖向数据H，然后采集横向数据W，从而对于数据的采集能够有序进行，使工程数据更加富有调理，当然，根据工程施工的具体需要，针对其他实际情况采用先采集横向数据W，然后采集竖向数据H的方法，也能够起到很好的技术效果，实际操作中根据数据需求进行灵活调整。

如图6所示，在建筑信息管理BIM技术中，尤其对于隧道施工工程的数据模型建构过程中为了实现对于施工工程数据与机器的相互识别认证，从而对于需要对于隧道数据模型进行模型的导入操作，从而导入到BIM系统之中进行处理，将隧道模型根据不同的实际施工条件进行模型的拆分和规划，形成针对不同隧道模型的划分手段，从而提高隧道施工工程效率，将隧道模型划分完毕之后，通过PBS结构自动挂接方法，对隧道数据模型进行建构和数据名称统筹整理，将建构和数据名称统筹整理后的隧道数据模型进行导出操作，上述描述展现了PBS在整体BIM中的工作环节，对于施工中的隧道模型划分具有重要的指导意义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于BIM技术的曲线参考划分方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，按照施工特点和属性进行拓展和管理，依次对隧道工程本体的相关参数进行配置；

S2，通过计算隧道模型的包围盒，以及确定隧道模型的数据参数划分；

所述S2包括：

S2-1，计算隧道模型在参考曲线上的拆分起始点A；

S2-2，计算隧道模型包围盒；

S2-3，计算包围盒在拆分方向上的浮动间距L；

浮动间距满足以下条件：

L = d ± a% * d；

d = (L_n-1 + L_n) * 0.5；

L₀ = L₁ + L₂ + ... + L_n-1 + L_n；

n 为大于0的整数；

其中d为拆分标准间距，a为浮动百分比，L₁为整个拆分序列中任意计算的拆分间距，L₂为L₁在拆分序列中的下一个拆分间距，L₀为隧道总长；

S2-4，根据拆分间距和浮动间距L，计算曲线上距离起点A拆分间距L的点B，并计算参考曲线在B点的切线方向；

S2-5，以参考曲线在B点的切线方向为法平面，以B点为圆心，创建拆分平面；

S3，将隧道模型按照拆分间距进行拆分，循环执行曲线参考参数，根据隧道模型长度进行重复执行，从而形成按照参数划分的隧道模型，帮助在实际隧道挖掘中提供数据参考；

所述S3包括：

S3-1，对每个单元的实体进行属性配置，包括：颜色、透明度、施工类型、人员、时间进行赋值；

S3-2，根据选择的隧道模型拆分起点计算该点在参考曲线上的投影点A’；

S3-3，计算投影点A’在曲线的哪一段Edge上；

S3-4，计算模型包围盒，根据拆分间距，计算需要创建的拆分面个数；

S3-5，计算模型体积，若果体积大于0，则进行模型拆分，若体积为0，则终止模型拆分；

S3-6，根据浮动间距，和输入拆分间距，计算实际拆分间距L’；

S3-7，根据实际拆分间距L’，计算参考曲线上与投影点A’距离L’长度的点B，并计算参考曲线在B点处的切线方向；

S3-8，分别在A、B两点以各自切线方向为平面法向量，创建拆分平面PLANE_A和PLANE_B；

S3-9，拷贝一份原始隧道模型，使用拷贝的模型与PLANE_A和PLANE_B分别进行布尔减运算；

S3-10，重复S3-5 至 S3-9，直到拆分对象体积为0终止拆分。

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