CN109800957B - Bim工程项目规划路线快速生成的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种BIM工程项目规划路线快速生成的方法，其特征在于包括以下步骤：采集现场工程实施场景的GIS数据；依据网格模型，对场景进行场景建模，计算出场景的网格模型；人工划分分割出不可达区域；依据代价值算法，计算网格模型内相邻网格之间的代价值；确认G\H计算方式，依据A*算法寻找最优路径；依据不同项目及场景影响因素，重新计算规划路线；通过调整各类型项目的单位造价，可以动态计算出路线总体成本。本发明结合GIS数据快速生成规划路线,同时准确控制规划路线的成本预算。解决工程项目中前期设计规划路线成本高、耗时长、专业依赖度高等问题，并提供成本预算参考。

Description

BIM工程项目规划路线快速生成的方法
技术领域
本发明涉及路桥类工程技术领域，具体涉及一种基于GIS与A*算法的BIM工程项目规划路线快速生成的方法。
背景技术
在路桥工程项目设计的初期阶段,设计人员需要进入项目施工环境,进行详细的现场勘探,确定环境当中河流、山川、城镇的具体分布等详细信息,然后依据地理条件、成本预算及其他因素,进行工程项目的路线设计,然后比对合同预算,进行路线调整,经过多次反复修改,最后给出符合要求项目路线设计方案。
过程中,存在很多问题。问题一:在现场勘探中,现场勘察条件往往是十分严酷,在保障勘探人员的人身安全与勘探成本两方面都具有很大的负担；问题二:在路线设计中,需要专业人士的结合地理因素与成本要求综合考虑,给出初期的路线设计,一次方案的出版需要经过很长的时间周期进行计算与校对,在时间成本上消耗比较大,对从业人员的专业素质要求也比较高；问题三:在出版的路线设计方案,其结果在前几次很难得到预期的成本预算,往往需要多次反复修改路线选择方案,并进行再次计算,经过多次计算才能得到最终方案,而且,在最终方案给出的成本预算估值准确度偏差范围是比较大的,还存在进一步精确的可能性。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种BIM工程项目规划路线快速生成的方法，结合GIS数据快速生成规划路线,同时准确控制规划路线的成本预算。解决工程项目中前期设计规划路线成本高、耗时长、专业依赖度高等问题，并提供成本预算参考。
本发明提供了一种BIM工程项目规划路线快速生成的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，采集现场工程实施场景的GIS数据；
第二步，依据网格模型，对场景进行场景建模，计算出场景的网格模型；
第三步，人工划分分割出不可达区域；
第四步，依据代价值算法，计算网格模型内相邻网格之间的代价值；
第五步，确认G\H计算方式，依据A*算法寻找最优路径；
第六步，依据不同项目及场景影响因素，重新计算规划路线；通过调整各类型项目的单位造价，可以动态计算出路线总体成本。
上述技术方案中，第一步中GIS数据，主要包括高程、地貌类型，例如山川、河流、丘陵。
上述技术方案中，第二步包括以下步骤：
首先,根据项目精确度，选择场景网格模型最小网格单元尺寸,为了降低计算难度与计算时间，方案采用正方形来定义网格单元，则单元格面积为:
Figure GDA0002027758960000031
其中Wi为正方形单元格边长，在选择单元格尺寸时，建议区间控制在0.5m～10m之间。
然后，确定起点A和终点B。
再计算网格要素值pi:
Figure GDA0002027758960000032
其中,
hr为工程项目参考建设高程，单位为m
hi为选中场景单元格内各顶点高程平均值
Figure GDA0002027758960000033
其中n为单元格内高程参数采集点个数，hik是i单元格内第k个采集点的高程数据(该数据来源于第一步GIS数据采集)。
а为地理因素影响因子，默认取1,在进行回归计算时，可通过调节该参数，来控制地理因素在路径计算中的相关性。
上述技术方案中，第三步包括以下步骤：
直接在场景网格模型中，专业人员可以手动分隔出已经明确无法成为施工区域的范围，在该范围内的方格单元，在路径计算中，均将被设为不可达单元。
上述技术方案中，第四步中根据下式计算网格模型内相邻网格之间的代价值：
Figure GDA0002027758960000041
其中ut为项目每平方成本预估值，不同项目类型t对应每平方建设成本预估值不一样，t在路桥项目可选值有公路1，桥2以及隧道3，具体单位造价由工程人员选择填写，单位为rmb/m2。r为方向选择值，当方向在上下左右四个方向，r＝0，若为对角线方向,r＝1。
上述技术方案中，第五步中采用下式计算：
在A*算法中，
f(n)＝g(n)+h(n)
g(n)为场景中起点至指定方格(n点)的移动代价；
h(n)为指定方格到终点的估算成本。通过A*迭代计算，便可以获取f(n)最小值所经历的方格，即为我们的规划设计路线，f(n)为成本预算参考。
本发明采取无人机配合卫星遥感等技术,来对现场环境进行勘探,然后依据采集的参数,结合专利中提出的路桥项目建设网格模型方法,计算出当前环境的网格模型。本发明提出一种网格系统中各个网格连接的"边"所代表的代价值计算方法,通过对建设成本等因素建模,给出每一条"边的代价值,然后结合网格模型与代价值,采用A*算法,通过计算机自动计算出最佳设计路线方案,快速给出设计方案以及方案的代价值(建设成本)。本发明提出的代价值计算方法,可以自主调整建设成本、路桥项目类型、地理影响因子等参数,来给出不同设计方案,用于调整设计方案,此外,代价模型中,建设成本、地理影响因子越的精确度与路线方案预算成本精确度成正比。
附图说明
图1是A*算法的原理图
其中各方框内数字由上至下从左至右依次为ghf的值。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
本发明专利技术方案如下:
第一步，采集现场工程实施场景的GIS数据，主要包括高程、地貌类型(山川、河流、丘陵等)；
第二步，依据如下网格模型，对场景进行场景建模，计算出场景的网格模型:
首先,根据项目精确度，选择场景网格模型最小网格单元尺寸,为了降低计算难度与计算时间，方案采用正方形来定义网格单元，则单元格面积为:
Figure GDA0002027758960000061
其中Wi为正方形单元格边长，在选择单元格尺寸时，建议区间控制在0.5m～10m之间。
然后，确定起点A和终点B。
再计算网格要素值pi:
Figure GDA0002027758960000062
其中,
hr为工程项目参考建设高程，单位为m
hi为选中场景单元格内各顶点高程平均值
Figure GDA0002027758960000063
其中n为单元格内高程参数采集点个数，hik是i单元格内第k个采集点的高程数据(该数据来源于第一步GIS数据采集)。
а为地理因素影响因子，默认取1,在进行回归计算时，可通过调节该参数，来控制地理因素在路径计算中的相关性。
第三步(可选),人工划分分割出不可大区域:
直接在场景网格模型中，专业人员可以手动分隔出已经明确无法成为施工区域的范围，在该范围内的方格单元，在路径计算中，均将被设为不可达单元。
第四步，依据代价值算法，计算网格模型内相邻网格之间的代价值:
Figure GDA0002027758960000071
其中ut为项目每平方成本预估值，不同项目类型t对应每平方建设成本预估值不一样，t在路桥项目可选值有公路1，桥2以及隧道3，具体单位造价由工程人员选择填写，单位为rmb/m2。r为方向选择值，当方向在上下左右四个方向，r＝0，若为对角线方向,r＝1。
第五步，确认G\H计算方式，依据A*算法寻找最优路径在A*算法中，
f(n)＝g(n)+h(n)
g(n)为场景中起点至指定方格(n点)的移动代价；
h(n)为指定方格到终点的估算成本。通过A*迭代计算，便可以获取f(n)最小值所经历的方格，即为我们的规划设计路线，f(n)为成本预算参考。
第六步,依据不同项目及场景影响因素，可以通过调整а可以重新计算规划路线；通过调整各类型项目的单位造价，可以动态计算出路线总体成本。
本发明，给出一种结合GIS与A*路径规划算法来实现对工程项目中规划路线快速生成。降低传统工程项目前期勘探成本与风险，并对于方案设计提供成本预算参考，对于路桥类工程项目前期的规划设计在效率与准确度提升上，可以起到非常大的促进作用。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种BIM工程项目规划路线快速生成的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，采集现场工程实施场景的GIS数据；
第二步，依据网格模型，对场景进行场景建模，计算出场景的网格模型；
第三步，人工划分分割出不可达区域；
第四步，依据代价值算法，计算网格模型内相邻网格之间的代价值；
第五步，确认G\H计算方式，依据A*算法寻找最优路径；
第六步，依据不同项目及场景影响因素，重新计算规划路线；通过调整各类型项目的单位造价，可以动态计算出路线总体成本；
第二步包括以下步骤：
首先,根据项目精确度，选择场景网格模型最小网格单元尺寸,为了降低计算难度与计算时间，方案采用正方形来定义网格单元，则第i个单元格的单元格面积为:
Figure FDA0003853356470000011
其中Wi为第i个单元格的正方形单元格边长，然后，确定起点A和终点B；
再计算第i个单元格的网格要素值pi:
Figure FDA0003853356470000012
其中,
hr为工程项目参考建设高程，单位为m
hi为选中场景单元格内各顶点高程平均值
Figure FDA0003853356470000021
其中n为单元格内高程参数采集点个数，hik是第i单元格内第k个采集点的高程数据；
а为地理因素影响因子，默认取1,在进行回归计算时，通过调节该地理因素影响因子 ，来控制地理因素在路径计算中的相关性；
第四步中根据下式计算网格模型内相邻网格之间的代价值：
Figure FDA0003853356470000022
其中ut为项目每平方成本预估值，不同项目类型t对应每平方建设成本预估值不一样，t在路桥项目可选值有公路1，桥2以及隧道3，具体单位造价由工程人员选择填写，单位为元/m2；r为方向选择值，当方向在上下左右四个方向，r＝0，若为对角线方向,r＝1；pj为第j个单元格的网格要素值。
2.根据权利要求1所述的BIM工程项目规划路线快速生成的方法，其特征在于第一步中GIS数据，主要包括高程、地貌类型。
3.根据权利要求1所述的BIM工程项目规划路线快速生成的方法，其特征在于第三步包括以下步骤：
直接在场景网格模型中，专业人员可以手动分隔出已经明确无法成为施工区域的范围，在该范围内的方格单元，在路径计算中，均将被设为不可达单元。
4.根据权利要求1所述的BIM工程项目规划路线快速生成的方法，其特征在于第五步中采用下式计算：
在A*算法中，
f(n)＝g(n)+h(n)
g(n)为场景中起点至指定方格n点的移动代价；
h(n)为指定方格到终点的估算成本；通过A*迭代计算，获取f(n)最小值所经历的方格，即为规划设计路线，f(n)为成本预算参考。
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