CN109492271B - 一种面向运维管理的bim中几何模型轻量化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面向运维管理的BIM中几何模型轻量化处理方法，其特征在于，包括：导入BIM模型，创建运维管理对象构件类型列表；解析所述BIM模型，获取构件参数信息；获取所述BIM模型中的构件以及所述构件类型，将所述构件类型在所述运维管理对象构件类型列表中的构件标识为运维管理对象，否则标识为非运维管理对象；以所述运维管理对象为节点，以所述非运维管理对象为有向线段，形成构件关系有向图；根据所述构件关系有向图对所述BIM中几何模型进行轻量化处理。本发明可以保持非几何信息无损传递，满足运维阶段BIM应用需求，促进基于BIM的建筑运维可视化、集成化管理。

Description

一种面向运维管理的BIM中几何模型轻量化处理方法

技术领域

本发明涉及建筑运维信息技术领域，特别涉及一种面向运维管理的BIM几何模型轻量化处理方法。

背景技术

建筑信息模型(Building Information Model，BIM)是描述建筑的三维数字化模型，包括建筑、结构和机电、装饰等专业构件及其信息，可将设计、施工阶段形成的知识结进行构化描述；目前已在建造阶段广泛应用。BIM中存储的海量的建筑本体知识，对建筑运维管理价值巨大，譬如建筑空间布局、机电设备资产以及机电系统结构等；因此不少研究者探索了BIM在运维阶段应用价值，但目前成熟的实际案例仍较少。

由于建设管理和运维管理的关注焦点和精细程度相差较大，因此如何将建造阶段形成的BIM模型转化为运维所需的BIM模型仍是个未解的难题。特别地，建造BIM模型构件划分细、构件多，机电设备构造多、几何形体复杂；从而导致BIM模型体量过大，难以将一整个建筑的BIM几何模型高真实感地顺畅渲染，不能为运维管理人员提供可视化、集成化的管理平台。具体包括以下几方面问题。

(1)建造BIM模型为满足模型快速修改和精细化管理需求，构件拆分较细，譬如每个管道、弯头、三通、门把手等细小构件都是独立构件，从而导致一个建筑有百万数量级的构件，三维几何模型渲染效率极低；因此，需要进行构件合并，以减少构件数量。

(2)运维管理关注的重点是需要经常操作和维护的机电设备、关键阀门、重要末端等，而对大量的管道、管件关注度低，因此可以合并管道和管件；但所有管道全部合并，会影响机电设备等之间的连接关系展示，也会影响构件材质的真实感效果，因此需要研究智能化的构件合并方法。

(3)BIM模型中包括大量内部或外部构造复杂的构件，譬如配电柜包括很多按钮、指示灯、线槽等细节，其几何模型的三角面数多；需要采用除去内外部细节构造，采用材质贴图表现细节构造的简化模型替代复杂模型；但如何准确地替换，保障设备的位置、方向以及与外部管道的连接无损传递，仍有待解决。

(4)BIM模型中有大量圆形管道、管件，包括大量曲面几何模型；并且不同类型管道直径差距较大，小管径管道渲染时在屏幕中所占像素可能小于1，需要研究管道三角面片模型轻量化处理的方法，以及基于线的管道管径简化模型展示方法。

虽然几何模型轻量化处理方法已有不少成熟算法，但缺少专门针对BIM模型特点和运维管理需求的几何模型轻量化处理方法，现有方法仍难以满足需求,并且需要大量的人工工作。针对以上问题，本发明旨在提供一种特别针对运维管理需求的建造阶段BIM几何模型自动轻量化处理的方法，同时保证构件非几何信息无损转换，支持建造BIM模型向运维模型的转换。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种将BIM中几何模型快速轻量化处理的方法，同时保持非几何信息无损传递，满足运维阶段BIM应用需求，促进基于BIM的建筑运维可视化、集成化管理。

根据本发明的第一方面，提供一种面向运维管理的BIM几何模型轻量化处理方法，其特征在于，包括：导入BIM模型，创建运维管理对象构件类型列表；解析所述BIM模型，获取构件参数信息；获取所述BIM中的构件的几何模型以及所述构件类型，将所述构件类型在所述运维管理对象构件类型列表中的构件标识为运维管理对象，否则标识为非运维管理对象；以所述运维管理对象为节点，以所述非运维管理对象构件为有向线段，形成构件关系有向图；根据所述构件关系有向图对所述BIM中几何模型进行轻量化处理。

进一步地，解析所述BIM模型，获取构件参数信息进一步包括：获取房间ID、名称、房间边界、房间地板标高和顶板标高，以及房间编号；和/或，获得所有构件的唯一标识符ID、类型、所属专业系统、所属房间、所属楼层、定位坐标、方向向量、材质名称、包围盒信息，以及构件连接关系；提取所述非运维管理对象的管径、中心线信息。

进一步地，采用面模型简化算法对BIM中构件的几何模型进行轻量化处理。

进一步地，对所述BIM模型中对非运维管理对象进行智能分组，同组的非运维管理对象合并为一个构件。

进一步地，对所述构件关系有向图中每条边中的非运维管理对象按所属系统、所属楼层、管径和材质进行分组；将同组非运维管理对象合并为一个构件，其几何模型为所含构件合并前几何模型的并集。

进一步地，用高真实感简化模型代替BIM中形体复杂构件。

进一步地，所述用高真实感简化模型代替BIM中形体复杂构件进一步包括，针对几何形体复杂的构件，为每种类型构件重新创建一个高真实感简化模型，并通过高真实感外形贴图材质，表现构件外部细节，标记高真实感简化模型的构件类型、定位坐标、方向向量和包围盒尺寸；输入用于替所述几何形体代复杂的构件的所有高真实感简化模型；根据所述构件类型匹配需替换的所述高真实感简化模型，根据定位坐标进行所述高真实感简化模型定位、根据所述方向向量对所述高真实感简化模型进行旋转、根据所述包围盒尺寸对所述高真实感简化模型进行缩放，从而实现所述高真实感那简化模型快速替换。

进一步地，基于用户的需求，根据建筑信息构建多层次模型，包括建筑模型、单楼层模型、房间精细模型、设备精细模型、单专业系统模型和/或管线管件简化模型。

进一步地，构建所述建筑模型，由整个建筑各楼层的建筑专业构件组成，包括外立面、楼板和屋顶，用于查看整体建筑的运行情况，为其他层次模型提供位置参考；和/或，构建所述各单楼层模型，由单楼层的建筑、结构和机电专业模型组成，剔除装饰装修专业构件，用于查看整个楼层的空间布局、设备运行情况和机电系统连接关系；和/或，构建所述房间精细模型，由属于某个房间的建筑、结构、机电、装饰所有专业构件组成，用于查看单房间的精细化空间布局和工艺流程；和/或，构建所述设备精细模型，针对复杂形体构件采用BIM几何模型中的原始精细模型，而非替换后的真实感模型，用于查看单个设备的内部构造和运维监测信息；和/或，构建所述单专业系统模型，即由属于同一专业系统的所有构件组成的模型，剔除其他专业构件，用于查看单个系统的连接关系，辅助单个系统的设备故障分析和运营维护；和/或，构建所述管线管件简化模型，即由管线管件的中心线组成的简化模型。

本发明的特点在于针对BIM运维应用需求，创造性地基于BIM中构件关系有向图等信息进行自动化的构件合并，大幅减少运维BIM模型中的几何构件数量，提高了BIM中几何模型轻量化效率，降低了模型渲染计算负载，提高BIM应用效率。

本发明围绕BIM运维应用需求，基于BIM中构件关系有向图、模型简化、构件合理分类以及模型的分层显示等手段，对模型进行自动化的构件合并、几何模型简化等工作，实现建造BIM模型向运维BIM模型的快速轻量化处理，还实现了几何模型的快速轻量化过程，达到了BIM几何模型构件数量降低80％以上，BIM几何模型三角面数量降低80％以上，在只需少量人工工作基础上保障BIM模型信息不丢失，保留模型真实感，降低模型渲染计算负载90％以上，为基于BIM的运维管理提供技术支撑，极大提升了工作效率。本发明在进行BIM中几何模型简化过程中，保持非几何信息无损传递，避免跨阶段的信息丢失，从而满足运维阶段BIM应用需求，促进基于BIM的建筑运维可视化、集成化管理。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的方法流程图。

图2示出了本发明的另一方法流程图。

图3示出了本发明的BIM几何模型。

图4示出了本发明的BIM几何模型生成的构件关系有向图。

图5示出了根据本发明一具体实施例的机组A的精细化BIM模型。

图6为根据本发明一具体实施例的机组A的高真实感简化模型。

图7为根据本发明的一建筑模型。

图8为根据本发明的一包括各专业构件的单楼层模型。

图9为根据本发明的一包含家具家电等装饰装修构件的房间精细模型。

图10为根据本发明的一空调水系统模型

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。

首先结合图1说明本发明的流程。如图1所示，一种面向运维管理的BIM几何模型轻量化处理方法，其特征在于，包括：导入BIM模型，创建运维管理对象构件类型列表；解析所述BIM模型，获取构件参数信息；获取所述BIM模型中的构件以及构件类型，将所述构件类型在所述运维管理对象构件类型列表中的构件标识为运维管理对象，否则标识为非运维管理对象；以所述运维管理对象为节点，以所述非运维管理对象为有向线段，形成构件关系有向图；根据所述构件关系有向图对所述BIM中几何模型进行轻量化处理。

接下来，结合图2说明本发明的另一个流程。如图2所示，本发明一种面向运维管理的BIM几何模型轻量化处理方法包括以下步骤：

步骤1：解析BIM模型，如图2所示，获得所有构件信息以及构件之间连接关系，标识运维管理对象，形成构件关系有向图，如图3所示。

步骤1.1：导入BIM模型，如图2所示，输入运维管理对象构件类型列表，包括机组、泵等机电设备，阀门、开关、仪表等配件等构件类型；

步骤1.2：解析BIM模型，获得房间ID、名称、房间边界、房间地板标高和顶板标高、房间编号；

步骤1.3：解析BIM模型，获得所有构件的唯一标识符ID、类型、所属系统、定位坐标、方向向量、材质名称、包围盒信息、构件连接关系、所属房间、所属楼层；

步骤1.4：将BIM模型中构件类型在运维管理对象构件类型列表中的构件标识为运维管理对象，如图2中的阀门A、阀门B、阀门C、阀门D、机组A、机组B、机组C、机组D、泵A、泵B、泵C、泵D、泵E、泵F即为运维管理对象；

步骤1.5：提取圆截面管线管件的管径、中心线信息；譬如管道B的管径为20cm，中心线由起点P1(100,100,1000)和P2(100,2100,1000)确定；

步骤1.6：以运维管理对象为节点，以管理对象之间连接的管线管件等非运维管理对象构件为有向线段，形成构件关系有向图，记录每条边包含的构件，如图3所示。譬如泵A和阀门A之间的有向连接包括弯头A、管道A、弯头B、管道B、三通A、三通B、管道C、管道D、配件A等物理构件。

步骤2：采用面模型简化算法对BIM中几何模型中非运维管理对象进行轻量化处理，特别是大量的圆截面管道和管件模型。优选顶点删除算法。

步骤3：对BIM中非运维管理对象根据连接关系、所属系统和材质进行智能分组，同组非运维管理对象合并为一个构件，减少构件数量。

步骤3.1：根据构件关系有向图，对图中每条边中的非运维管理对象按所属系统、所属楼层、管径和材质进行智能分组，保障同组构件所属系统、楼层、材质和材质一致。如图3所示，配件A的材质是铸铁材质，管道、三通、弯头是镀锌钢管材质；因此，弯头A、管道A、弯头B、管道B、三通A、三通B、管道C、管道D分为组A，配件A分为组B。

步骤3.2：对同组非运维管理对象合并为一个构件，其几何模型为所含构件合并前几何模型的并集，从而减少构件数量，且不影响运维管理中应用BIM查看设备连接关系、管道材质，或分系统查看设备等关键需求。如图2所示，合并后，构件数量仅为原始BIM模型的20％。

步骤4：应用高真实感简化模型代替形体复杂构件

步骤4.1：针对几何形体复杂的各种类型构件，重新创建高真实感简化模型，并通过高真实感外形贴图材质，保障构件真实感；并根据BIM中对应构件信息，标记高真实感简化模型的构件类型、定位坐标、方向向量和包围盒信息。图3中的机组精细模型如图5所示，内部构造复杂，但从表面看不直观，不利于运维管理使用，因此重新创建的高真实感简化模型，如图6所示，外表直观形象，利于运维人员定位所需检修的设备，如需要单独查看该设备可以再调取图5所示精细BIM模型。

步骤4.2：输入替代复杂形体构件的所有高真实感简化模型；

步骤4.3：针对BIM中各个构件根据构件类型匹配需替换的简化模型，根据定位坐标进行高真实感简化模型定位、根据方向向量对高真实感简化模型进行旋转、根据包围盒信息对高真实感简化模型进行缩放，从而实现高真实感简化模型智能替换，实现在保留原模型真实感的同时减少几何模型三角面片数量。如图6所示的模型三角面片仅为图5所示模型三角面片数量的20％。

步骤5：构建面向运维分层次渲染的多层次模型，包括建筑模型、单楼层模型、房间精细模型、设备精细模型、单专业系统模型、管线管件简化模型。

步骤5.1：构建建筑模型，由各楼层的建筑外立面、楼板和屋顶组成，用于从建筑外部查看整体建筑模型，也可用于其他层次模型的空间参考；

步骤5.2：构建单楼层模型，即根据构件所属楼层、专业系统提取某个楼层的建筑、结构和机电各专业构件，剔除装饰装修专业构件，用于查看整个楼层的空间布局、设备运行情况和机电系统连接关系；如图8所示，是B1层的单楼层模型。

步骤5.3：构建房间精细模型，由属于某个房间的建筑、结构、机电和装饰装修所有专业构件组成，用于查看单房间的空间布局和工作流程；如图9所示，是某病房的精细模型，包括可移动的病床等装饰模型。

步骤5.4：构建设备精细模型，即针对复杂形体构件，采用BIM模型中的原始精细模型，而非替换后的真实感模型，用于查看单独设备的内部构造和运维监测信息。如图5所示，是空调机组的精细化BIM模型，包括详细、真实的内部构造，可用于空调机组维护人员的培训和故障诊断；譬如，查看空调机组内一级过滤网、二级过滤网、风机的位置，方便拆除清洗，查看各类传感器的布置位置，方便故障诊断。同类型同规格设备的内部构造是一样的，可以采用同一精细模型；每个设备的精细模型单独存储，方便查阅使用。

步骤5.5：构建单专业系统模型，即根据构件的所述专业系统信息从BIM模型中提取由某一专业系统的所有构件，剔除其他专业模型，形成单专业系统模型，用于查看单个系统连接关系，辅助运营维护。如图9所示，是空调水系统单专业系统模型。譬如，当某个楼层空调供冷不足时，可以基于单专业系统模型查看从末端到楼层空调机组，再到地下室空调机房冷源机，整个供冷回路的连接关系，查看回路中各个管道的水温、出风口温度等检测信息，辅助维修。

步骤5.6：构建所述管线管件简化模型，即由管线管件的三维中心线组成的简化模型，并根据管线管件的直径和视图的尺寸实时计算中心线的宽度，确保在较大的宏观视图中能够清晰查看小尺寸管线管件的位置和走向。

本发明围绕BIM运维应用需求，创造性地基于BIM中构件关系有向图、模型简化、构件合理分类以及模型的分层显示等手段，对模型进行自动化的构件合并、构件几何模型简化等工作，实现建造BIM模型向运维BIM模型的快速轻量化处理，还实现了几何模型的快速轻量化过程，达到了BIM几何模型构件数量降低80％以上，BIM几何模型三角面数量降低80％以上，在只需少量人工工作基础上保障BIM模型信息不丢失，保留模型真实感，降低模型渲染计算负载90％以上，为基于BIM的运维管理提供技术支撑，极大提升了工作效率。本发明在进行BIM中几何模型简化过程中，保持非几何信息无损传递，避免跨阶段的信息丢失，从而满足运维阶段BIM应用需求，促进基于BIM的建筑运维可视化、集成化管理。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种面向运维管理的BIM中几何模型轻量化处理方法，其特征在于，包括：

导入BIM模型，创建运维管理对象构件类型列表；运维管理对象构件类型列表，包括机电设备和构件类型；机电设备包括机组、泵，构件类型包括阀门、开关、仪表；

解析所述BIM模型，获取构件参数信息；

获取所述BIM模型中的构件以及构件类型，将所述构件类型在所述运维管理对象构件类型列表中的构件标识为运维管理对象，否则标识为非运维管理对象；

以所述运维管理对象为节点，以所述非运维管理对象为有向线段，形成构件关系有向图；

根据所述构件关系有向图对所述BIM中几何模型进行轻量化处理；所述BIM中几何模型，包括：圆截面管道和管件模型；

对所述几何模型中对非运维管理对象进行智能分组，同组的非运维管理对象合并为一个构件；对所述构件关系有向图中每条边中的非运维管理对象按所属系统、所属楼层、管径和材质进行分组；将同组非运维管理对象合并为一个构件，其几何模型为所含构件合并前几何模型的并集；

针对BIM中各个构件根据构件类型匹配需替换的简化模型，根据定位坐标进行高真实感简化模型定位、根据方向向量对高真实感简化模型进行旋转、根据包围盒信息对高真实感简化模型进行缩放，实现高真实感简化模型智能替换，实现在保留原模型真实感的同时减少几何模型三角面片数量；

基于用户的需求，根据建筑信息构建多层次模型，包括构建管线管件简化模型；构建所述管线管件简化模型，即由管线管件的三维中心线组成的简化模型，并根据管线管件的直径和视图的尺寸实时计算中心线的宽度，确保在较大的宏观视图中能够清晰查看小尺寸管线管件的位置和走向。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，解析所述BIM模型，获取构件参数信息进一步包括：

获取房间ID、名称、房间边界、房间地板标高和顶板标高，以及房间编号；

和/或，获得所有构件的唯一标识符ID、构件类型、所属专业系统、所属房间、所属楼层、定位坐标、方向向量、材质名称、包围盒信息，以及构件连接关系；

提取所述非运维管理对象的管径、中心线信息。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

采用面模型简化算法对BIM中几何模型进行轻量化处理。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

用高真实感简化模型代替BIM中形体复杂构件。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述用高真实感简化模型代替BIM中形体复杂构件进一步包括，

针对几何形体复杂构件，为每种类型构件重新创建一个简化模型，并通过高真实感外形贴图材质，表现构件外部细节，标记高真实感简化模型的构件类型、定位坐标、方向向量和包围盒尺寸；

输入用于替代所述几何形体复杂构件的所有高真实感简化模型；

以根据所述构件类型匹配需替换的所述高真实感简化模型，根据所述定位坐标进行所述高真实感简化模型定位、根据所述方向向量对所述高真实感简化模型进行旋转、根据所述包围盒尺寸对所述高真实感简化模型进行缩放，从而实现所述高真实感简化模型快速替换。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

基于用户的需求，根据建筑信息构建多层次模型，还包括建筑模型、单楼层模型、房间精细模型、设备精细模型和/或单专业系统模型。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

基于用户的需求，根据建筑信息构建多层次模型，还包括建筑模型、单楼层模型、房间精细模型、设备精细模型和/或单专业系统模型。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，

构建建筑模型，由整个建筑各楼层的建筑专业构件组成，包括外立面、楼板和屋顶，用于查看整体建筑的运行情况，为其他层次模型提供位置参考；

和/或，构建单楼层模型，由单楼层的建筑、结构和机电专业模型组成，剔除装饰装修专业构件，用于查看整个楼层的空间布局、设备运行情况和机电系统连接关系；

和/或，构建房间精细模型，由属于某个房间的建筑、结构、机电和装饰构件组成，用于查看单房间的精细化空间布局和工艺流程；

和/或，构建设备精细模型，针对复杂形体构件采用原始精细模型，而非替换后的所述高真实感简化模型，用于查看单个设备的内部构造和运维监测信息；

和/或，构建单专业系统模型，即由属于同一专业系统的所有构件组成的模型，剔除其他专业构件，用于查看单个系统的连接关系，辅助单个系统的设备故障分析和运营维护。

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