CN109087401A - 一种变电站工程设计成果的三维会审方法和系统 - Google Patents

一种变电站工程设计成果的三维会审方法和系统 Download PDF

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韩文军
张济勇
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Abstract

本发明提出一种变电站工程设计成果的三维会审方法和系统，用于对变电站进行三维模型设计和会审展示，包括：从变电站二维设计图纸上采集设计要素；对二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；对变电站三维模型进行碰撞检查和三维图纸校审，得到三维设计初图；对生成的三维设计初图进行图像渲染，得到变电站会审三维设计图纸；进行变电站会审三维设计图纸的出图和展示。本方法和系统针对目前二维图纸表达设计意图和工程构造不清晰不直观可阅读性差的缺点，采用三维设计模型和图纸结合的会审技术，直观展示三维设计模型，为变电站工程设计成果的三维会审提供便利。

Description

一种变电站工程设计成果的三维会审方法和系统
技术领域
本发明涉及变电站设计领域，尤其是涉及一种变电站设计成果的三维会审方法。
背景技术
当前变电站安装工程中经常出现的二维设计不直观、设计图纸不协调、施工图设计阶段 图纸综合会审困难等问题。传统的方法是设计者凭借自己的三维思想能力在二维平面上进行 设计，这使得设计工作很不直观并且容易导致设计错误，各专业设计者各自独立进行设计工 作，设计不协调问题不可避免。在各专业设计图纸汇总后，要求设计人员和总图人员人工发 现和解决不协调问题，这将耗费建筑结构设计师和安装工程设计师时间和精力，影响工程进 度和质量。同时，由于采用二维设计图来进行会审，人为的失误在所难免，使施工出现返工 现象，造成建设投资的极大浪费，并且还会影响施工进度。
为了彻底改变这种被动局面，更好地服务于智能电网建设，建立数字化三维变电站设 计已经成为变电设计技术发展的主流，变电站设计成果的三维会审也是大势所趋。
发明内容
针对现有的缺陷或不足，本发明提供了一种变电站工程设计成果的三维会审方法，用于 对变电站进行三维模型设计和会审展示，包括：
步骤1：从变电站二维设计图纸上采集设计要素；
步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；
步骤3：选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；
步骤4：对变电站三维模型进行碰撞检查和三维图纸校审，得到三维设计初图；
步骤5：对生成的所述三维设计初图进行图像渲染，得到变电站会审三维设计图纸；
步骤6：进行所述变电站会审三维设计图纸的出图和展示。
并且，提供了一种变电站工程设计成果的三维会审系统，用于对变电站进行三维模型设 计和会审展示，包括：
采集单元：用于从变电站二维设计图纸上采集设计要素；
过滤单元：用于对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；
建模单元：用于选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；
检查单元：用于对变电站三维模型进行碰撞检查和三维图纸校审，得到三维设计初图；
渲染单元：用于对生成的所述三维设计初图进行图像渲染，得到变电站会审三维设计图 纸；
出图单元：用于进行所述变电站会审三维设计图纸的出图和展示。
本发明的有益效果在于，首先，基于三维设计模型，根据建筑物的平面图和相应剖面图、 楼层高度、楼层特点等信息，通过交互手段生成三维的变电站设计图，直观展示三维设计模 型，数据能够分类展示和抽取土建、设备、隐蔽工程等多种类信息，为变电站工程设计成果 的三维会审提供便利。
其次，通过三维图纸会审，施工单位可以将图纸说明不全、尺寸标注矛盾等因素造成的 无法施工的问题得到解决；对新材料、新设备、新工艺、新技术等方面带来的不熟悉、不理 解等无从下手的困惑得到解决，以便能够正确地进行技术交底工作，确保在施工中做到工艺 合理、材料合格、操作正确、安全可靠。同时，通过减少纸质文档的使用，逐步实现无纸化 的图纸审查。并且，针对目前二维图纸表达设计意图和工程构造不清晰不直观可阅读性差的 情况，采用三维设计模型和图纸结合的会审技术，加以研究应用，在增强设计成果评审效果， 提高设计图纸质量，减少施工返工和设计变更，达到高效、直观的三维设计会审目的。
最后，对于三维设计模型的生成，其精确程度取决于构造该模型的样本集的好坏，复杂 的水电站工程设计问题，建模计算是非常耗时的，在设计空间搜索最优设计参数时，无论是 传统的基于梯度信息的优化算法还是启发式算法，都要进行多次的迭代计算。而本发明在建 模前预先进行了要素过滤优化，选择过滤优化后的要素进行建模，使得建模计算量小、又最 大程度上能够保证预测精度的模型，用以代替建模设计过程中耗时的真实物理量的数值，以 提高设计效率。尤其是，本发明提出的特征点过滤和特征线段过滤，很好地满足了以下两个 特性：第一，空间填充特性：所有的样本点尽可能地充满整个设计空间，以捕捉到尽可能多 的关于模型的信息；以及第二，投影特性：在低维空间，样本点的投影尽可能地均匀分布， 避免出现重叠。
附图说明
图1本发明所提出的方法流程框架。
图2本发明所提出的系统构成框架。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图参考实施例的描述，对本发明的方法进行进一步 的说明。
为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应 该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中，不详细描述公知的方法、过程、 组件，以免不必要地使实施例繁琐。
参见图1所示，本发明的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，用于对变电站进行 三维模型设计和会审展示，包括：
步骤1：从变电站二维设计图纸上采集设计要素；
步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；
步骤3：选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；
步骤4：对变电站三维模型进行碰撞检查和三维图纸校审，得到三维设计初图；
步骤5：对生成的所述三维设计初图进行图像渲染，得到变电站会审三维设计图纸；
步骤6：进行所述变电站会审三维设计图纸的出图和展示。
其中，所述设计要素包含特征点、特征线段、变电站平面图、剖面图、楼层高度、土建 设计等。
其中，步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化，包括对特征点的过 滤优化，以及对特征线段的过滤优化。
其中，所述对特征点的过滤优化具体包括：
步骤2-1，提取二维设计图纸的原始设计空间V0，在原始设计空间V0范围内，进行特征点采样；
步骤2-2，在特征点采样过程中，获取已有的特征点在各维度方向上构成的闭合空间， 要求新的特征点不能落入这些闭合空间中；闭合空间的形式多种多样，本领域技术人员可以 根据实际需要来设计。例如，可以是以特征点为球心，一定长度为半径的球体空间，也可以 是以特征点为中心，一定长度为边长的立方体空间，一定长度可以是根据特征点数目或稀疏 要求、或模型粒度要求等来确定的。闭合空间表达新采样的特征线段不能落入其中的含义。
步骤2-3，将已有的特征点加入特征点集CP；
步骤2-4，将原始设计空间V0减去特征点集中已有的特征点在各维度方向上构成的闭 合空间，得到过滤后的空闲设计空间V1；
步骤2-5，在过滤后的空闲设计空间V1中生成大量的随机点；
步骤2-6，将这些位于空闲设计空间V1上的随机点映射到原始设计空间V0；
步骤2-7，计算随机点与已有特征点之间的空间距离，选择一定数量空间填充特性最优 的随机点作为随机特征点集CPR；
步骤2-8，识别随机特征点集CPR中各随机点所在的可行区域，在这些可行区域上沿搜 索边界线进行搜索，得到一系列备选特征点，针对每个随机点，选取其中未落入已有特征点 构成的闭合空间的最优解，作为新的特征点加入特征点集CP；
步骤2-9，检查算法是否达到终止条件，若是，采样结束；否则，重复步骤2-4至2-9。
其中，所述算法的终止条件是预定的特征点数目或三维模型的粒度要求。
其中，所述对特征线段的过滤优化，具体包括：
步骤2-1’，提取二维设计图纸的原始设计空间V0，在原始设计空间V0范围内，进行特 征线段采样；
步骤2-2’，在特征线段采样过程中，获取已有的特征线段由其所在平面上构成的闭合平 面，要求新的特征线段不能落入这些闭合平面中；闭合平面表达新采样的特征线段不能落入 其中的含义。
步骤2-3’，将现有的特征线段加入特征线段集CL；
步骤2-4’，判断特征线段集CL中现有的特征线段所构成的闭合平面是否可构成的闭合 空间，如果否，则继续进行特征线段采样；如果是，则获取由现有闭合平面构成的闭合空间； 是否可构成的闭合空间的要求多种多样，本领域技术人员可以根据实际需要来设计。例如， 作为楼房，可以要求具备立方体的六个相交平面时才可以构成一个特定的闭合空间，也可以 要求构成的空间不一定是立方体，比如可以具备相互不成直角相对倾斜的两个面，或者要求 只要多个平面相交可构成封闭空间，就认为达到可构成的闭合空间的要求。闭合空间表达新 采样的特征线段不能落入其中的含义。
步骤2-5’，将原始设计空间V0减去现有闭合平面构成的闭合空间，得到过滤后的空闲 设计空间V2；
步骤2-6’，在过滤后的空闲设计空间V2中生成大量的随机线段；
步骤2-7’，将这些位于空闲设计空间V2上的随机线段映射到原始设计空间V0，获取这 些随机线段所在的平面，若所述随机线段所在的平面与原始设计空间V0中的任一所述现有 闭合平面重合，则删除该随机线段，得到过滤优化后的随机线段，加入并更新特征线段集 CL；
步骤2-8’，检查算法是否达到终止条件，若是，采样结束；否则，重复步骤2-4’至2-8’。
其中，所述算法的终止条件是预定的特征线段数目或三维模型的粒度要求。
其中，所述变电站会审三维设计图纸的出图具体包括：变电站会审总图三维出图、土建 出图、布置出图、小卷册出图和二次出图。
其中，所述土建出图具体包括水暖出图、结构出图、建筑出图、总图出图和材料表，所 述布置出图具体包括配电装置出图、材料统计图、三维效果图和全站三维模型导出图，所述 小卷册出图具体包括防雷接地出图、照明站出图和敷设成品出图。
参见图2所示，本发明的一种变电站工程设计成果的三维会审系统，用于对变电站进行 三维模型设计和会审展示，其特征在于：
采集单元：用于从变电站二维设计图纸上采集设计要素；
过滤单元：用于对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；
建模单元：用于选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；
检查单元：用于对变电站三维模型进行碰撞检查和三维图纸校审，得到三维设计初图；
渲染单元：用于对生成的所述三维设计初图进行图像渲染，得到变电站会审三维设计图 纸；
出图单元：用于进行所述变电站会审三维设计图纸的出图和展示。
本发明的有益效果在于，首先，基于三维设计模型，根据建筑物的平面图和相应剖面图、 楼层高度、楼层特点等信息，通过交互手段生成三维的变电站设计图，直观展示三维设计模 型，数据能够分类展示和抽取土建、设备、隐蔽工程等多种类信息，为变电站工程设计成果 的三维会审提供便利。其次，通过三维图纸会审，施工单位可以将图纸说明不全、尺寸标注 矛盾等因素造成的无法施工的问题得到解决；对新材料、新设备、新工艺、新技术等方面带 来的不熟悉、不理解等无从下手的困惑得到解决，以便能够正确地进行技术交底工作，确保 在施工中做到工艺合理、材料合格、操作正确、安全可靠。同时，通过减少纸质文档的使用， 逐步实现无纸化的图纸审查。并且，针对目前二维图纸表达设计意图和工程构造不清晰不直 观可阅读性差的情况，采用三维设计模型和图纸结合的会审技术，加以研究应用，在增强设 计成果评审效果，提高设计图纸质量，减少施工返工和设计变更，达到高效、直观的三维设 计会审目的。最后，对于三维设计模型的生成，其精确程度取决于构造该模型的样本集的好 坏，复杂的变电站工程设计问题，建模计算是非常耗时的，在设计空间搜索最优设计参数时， 无论是传统的基于梯度信息的优化算法还是启发式算法，都要进行多次的迭代计算。而本发 明在建模前预先进行了要素过滤优化，选择过滤优化后的要素进行建模，使得建模计算量小、 又最大程度上能够保证预测精度的模型，用以代替建模设计过程中耗时的真实物理量的数值， 以提高设计效率。尤其是，本发明提出的特征点过滤和特征线段过滤，很好地满足了以下两 个特性：第一，空间填充特性：所有的样本点尽可能地充满整个设计空间，以捕捉到尽可能 多的关于模型的信息；以及第二，投影特性：在低维空间，样本点的投影尽可能地均匀分布， 避免出现重叠。
这里只说明了本发明的优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相 反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求 书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (10)

1.一种变电站工程设计成果的三维会审方法，用于对变电站进行三维模型设计和会审展示，其特征在于：
步骤1：从变电站二维设计图纸上采集设计要素；
步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；
步骤3：选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；
步骤4：对变电站三维模型进行碰撞检查和三维图纸校审，得到三维设计初图；
步骤5：对生成的所述三维设计初图进行图像渲染，得到变电站会审三维设计图纸；
步骤6：进行所述变电站会审三维设计图纸的出图和展示。
2.根据权利要求1所述的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，其特征在于，所述设计要素包含特征点、特征线段、变电站平面图、剖面图、楼层高度、土建设计等。
3.根据权利要求2所述的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，其特征在于，步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化，包括对特征点的过滤优化，以及对特征线段的过滤优化。
4.根据权利要求3所述的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，其特征在于，所述对特征点的过滤优化具体包括：
步骤2-1，提取二维设计图纸的原始设计空间V0，在原始设计空间V0范围内，进行特征点采样；
步骤2-2，在特征点采样过程中，获取已有的特征点在各维度方向上构成的闭合空间，要求新的特征点不能落入这些闭合空间中；
步骤2-3，将已有的特征点加入特征点集CP；
步骤2-4，将原始设计空间V0减去特征点集中已有的特征点在各维度方向上构成的闭合空间，得到过滤后的空闲设计空间V1；
步骤2-5，在过滤后的空闲设计空间V1中生成大量的随机点；
步骤2-6，将这些位于空闲设计空间V1上的随机点映射到原始设计空间V0；
步骤2-7，计算随机点与已有特征点之间的空间距离，选择一定数量空间填充特性最优的随机点作为随机特征点集CPR；
步骤2-8，识别随机特征点集CPR中各随机点所在的可行区域，在这些可行区域上沿搜索边界线进行搜索，得到一系列备选特征点，针对每个随机点，选取其中未落入已有特征点构成的闭合空间的最优解，作为新的特征点加入特征点集CP；
步骤2-9，检查算法是否达到终止条件，若是，采样结束；否则，重复步骤2-4至2-9。
5.根据权利要求4所述的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，其中，所述算法的终止条件是预定的特征点数目或三维模型的粒度要求。
6.根据权利要求3-5之一所述的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，其特征在于，所述对特征线段的过滤优化，具体包括：
步骤2-1’，提取二维设计图纸的原始设计空间V0，在原始设计空间V0范围内，进行特征线段采样；
步骤2-2’，在特征线段采样过程中，获取已有的特征线段由其所在平面上构成的闭合平面，要求新的特征线段不能落入这些闭合平面中；
步骤2-3’，将现有的特征线段加入特征线段集CL；
步骤2-4’，判断特征线段集CL中现有的特征线段所构成的闭合平面是否可构成的闭合空间，如果否，则继续进行特征线段采样；如果是，则获取由现有闭合平面构成的闭合空间；
步骤2-5’，将原始设计空间V0减去现有闭合平面构成的闭合空间，得到过滤后的空闲设计空间V2；
步骤2-6’，在过滤后的空闲设计空间V2中生成大量的随机线段；
步骤2-7’，将这些位于空闲设计空间V2上的随机线段映射到原始设计空间V0，获取这些随机线段所在的平面，若所述随机线段所在的平面与原始设计空间V0中的任一所述现有闭合平面重合，则删除该随机线段，得到过滤优化后的随机线段，加入并更新特征线段集CL；
步骤2-8’，检查算法是否达到终止条件，若是，采样结束；否则，重复步骤2-4’至2-8’。
7.根据权利要求6所述的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，其特征在于，所述算法的终止条件是预定的特征线段数目或三维模型的粒度要求。
8.根据权利要求1所述的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，其特征在于，所述变电站会审三维设计图纸的出图具体包括：变电站会审总图三维出图、土建出图、布置出图、小卷册出图和二次出图。
9.根据权利要求8所述的一种变电站工程设计成果的三维会审方法，其特征在于，所述土建出图具体包括水暖出图、结构出图、建筑出图、总图出图和材料表，所述布置出图具体包括配电装置出图、材料统计图、三维效果图和全站三维模型导出图，所述小卷册出图具体包括防雷接地出图、照明站出图和敷设成品出图。
10.一种变电站工程设计成果的三维会审系统，用于对变电站进行三维模型设计和会审展示，其特征在于：
采集单元：用于从变电站二维设计图纸上采集设计要素；
过滤单元：用于对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；
建模单元：用于选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；
检查单元：用于对变电站三维模型进行碰撞检查和三维图纸校审，得到三维设计初图；
渲染单元：用于对生成的所述三维设计初图进行图像渲染，得到变电站会审三维设计图纸；
出图单元：用于进行所述变电站会审三维设计图纸的出图和展示。
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