CN109993827A - 一种将建筑图纸转换为三维bim模型的立面图识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，包括以下步骤：a、获取CAD建筑图纸的目标图层，得到墙图层、门窗图层、标高图层、轴符图层与轴网图层；b、对CAD建筑图纸的每张立面图图纸进行方向识别、标高符号识别以及层高获取；c、对CAD建筑图纸的每层平面图纸进行建筑构件识别、可见性分析以及三维定位；d、对CAD建筑图纸各方向的立面图图纸进行包围盒构建，再对立面图构件进行搜索和尺寸测量；本方法能够在将CAD建筑图纸转换为三维BIM模型时，对CAD建筑图纸的立面图的构件进行识别并获取其尺寸数值，提高CAD建筑图纸识别和重建三维BIM模型的效率。

Description

一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法
技术领域
本发明涉及建筑信息模型技术领域，具体是一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法。
背景技术
在建筑工程业界，建筑信息模型与管理(BIM)被广泛认为是一种能够提高生产效率和交付质量的新型工具。目前，国内的BIM技术刚刚起步，国家还未出台完整的BIM交付标准，大部分工程仍然沿用传统的施工图作为设计交付；另一方面，BIM软件操作的复杂性令许多建筑单位无法在短时间内适应，制作一个BIM模型往往比画一套CAD图纸花费更多的时间和人力，这些单位更倾向于用传统的CAD软件工作。因此，在BIM技术尚未普及、相关政策尚未完善的情况下，开发一种能够将CAD建筑图纸自动转换为BIM模型的技术，能够免去人工翻模所消耗的财力物力，即时实现BIM模型在施工和运维阶段的价值。
现阶段，已有一些关于针对建筑平面图纸进行三维重建的研究和商业化产品。近年的研究和产品主要集中于对CAD施工平面图的三维重建。2005年南京大学的路通教授带领其团队开展了对于建筑施工图纸识别的一些研究，并取得了可观的成果。他们提出了INDAI算法对建筑图纸中的构件进行识别，能够识别出轴线、轴符、墙、门窗等构件。然而，这种算法的计算代价较大，准确率也不够可观。当前，国内外有几款能够自动将CAD图纸转换为BIM模型的软件，例如埃及的Handaz，这些软件能够较为准确的识别CAD图纸中的构件，但是这些软件需要翻模人员手动点选建筑构件以确认其图层，并且需要输入一些例如高度和尺寸信息的参数。因此，市场上的翻模软件的问题是自动化程度不高；并且这些软件只能识别建筑平面图，而无法识别立面图，因此一些数据需手动输入。
在建筑立面的识别和重建研究上，许多研究人员通过结合图像和视频的方式进行立面建模。这种方法生成的模型的尺寸和比例是不精确的。同时，它不能分割建筑元素，因此无法确认特定部分的高度。根据任意分辨率的外表面照片，Müller的团队已经研究出了外立面建模中的建筑元素细分。他们编译了形状语法和3D模型库去重建建筑立面。但是它需要在库中设定固定的规则和大量的相似模式。结合图像处理的激光扫描技术经常用于重建建筑立面，点云和图像的一体化可以提高建模的准确性。在此过程中，也会采用机器学习来识别对象的结构质地和材料。这项技术在许多大型项目中已经得到广泛应用，但它耗费时间和成本，并不适用于普通建筑。图像，视频和三维点云是立面建模的三个主要解决方案。在数字化绘图方面，来自中国北京航空航天大学的Hou介绍了一种从建筑立面图中对中国历史建筑进行建模的解决方案。该方法依赖于中国历史建筑的专业知识和经验知识，例如立面深度的预测。由于嵌入了有限形状的语法，因此不适用于除中国旧建筑外的其它建筑物。
综上，在现阶段无论是理论研究还是商业化软件，对于把CAD图纸转换为BIM模型的技术在识别准确度、信息完整度以及自动化程度上都各有欠缺，尤其表现在难以对建筑立面图中的复杂构件进行识别和语义解析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，该方法能够在将CAD建筑图纸转换为三维BIM模型时，对CAD建筑图纸的立面图的构件进行识别并获取其尺寸数值，提高CAD建筑图纸识别和重建三维BIM模型的效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，包括以下步骤：
a、获取CAD建筑图纸的目标图层，得到墙图层、门窗图层、标高图层、轴符图层与轴网图层；
b、对CAD建筑图纸的每张立面图图纸进行方向识别、标高符号识别以及层高获取；
c、对CAD建筑图纸的每层平面图纸进行建筑构件识别、可见性分析以及三维定位；
所述可见性分析是指对在各楼层平面图中识别的建筑构件是否能够在各方向的立面图纸中可见进行分析判断；
所述三维定位是指建立全局坐标系，对每一个识别到的构件的位置进行全局定位；
d、对CAD建筑图纸各方向的立面图图纸进行包围盒构建，再对立面图构件进行搜索和尺寸测量；
所述包围盒构建指根据在步骤c中获得的已识别构件在全局坐标系中的三维定位，在立面图中创建框定该构件位置范围的包围盒。
进一步的，步骤b所述的方向识别包含以下步骤：
b11、在立面图中搜索已获取的轴符图层中的全部字符串；
b12、判断搜索出的字符串为英文字母还是数字；若为数字，则搜索数字“1”,判断数字“1”与其他数字的位置关系，判断该图纸朝向为北或南；
若为英文字母，则搜索字母“A”,判断字母“A”与其他英文字母的位置关系，判断该图纸朝向为西或东。
进一步的，步骤b所述的标高符号识别包含以下步骤：
b21、搜索已获取的标高图层中的图元；
b22、遍历搜索到的图元中的所有字符串，对于每一个字符串，遍历属于标高图层的直线段，判断该直线段是否处于水平方向且与字符串的距离小于字符串的高度；若符合条件则继续遍历图层中的直线段，判断新直线段的角度是否处于33°～55°的区间中，且与水平直线段的端点连接，若符合条件，则成功识别到标高符号；
b23、遍历轴符图层中的所有字符串，找出所有轴符中的最小横坐标值和最大横坐标值；
b24、判断所有识别的标高符号的横坐标值是否小于轴符的最小横坐标值或大于轴符的最大横坐标值，若符合条件，则保留；若不符合条件，则删除。
进一步的，步骤b所述的层高获取包含以下步骤：
b31、创建包含所有楼层名的层高字典，层高字典的键为楼层，值为楼层的高度；
b32、在任一立面图中，遍历层高字典中所有的键，获取楼层名的字符串；
b33、搜索与楼层名相同的文字；
b34、对与立面图中的楼层名文字，遍历所有已识别的标高符号，判断楼层名文字与标高符号的距离是否小于文字高度的三倍、且横坐标小于标高符号的横坐标、同时纵坐标大于标高符号的纵坐标；若符合条件，则将标高符号对应的标高数值填写入相应的键值对中。
进一步的，步骤c所述的可见性分析包含以下步骤：
c11、对识别构件结果进行简化，提取中央线代表构件宽度和所在位置，得到标识线段；墙构件和窗构件选取构件符号的两条平行线的平行中分线；门构件选取所识别门符号的洞口位置的平行中分线；
c12、依次在东西南北四个方向上，对所有的门窗构件进行可见性分析；对于每一个门窗构件的标识线段，观察其标识线段的两个端点：遍历所有的墙构件的标识线段和其他的门窗构件的标识线段，检验在观察方向上是否存在标示线段遮挡了该端点；若两个端点均被任何标示线段遮挡，则判断该构件在观察方向上不可见；否则为可见。
进一步的，步骤c所述建立全局坐标系包含以下步骤：
c21、建立三维坐标轴(x，y，z)，将平面图中轴线“1”与轴线“A”的交点视为三维坐标轴的原点(0,0,0)；
c22、将平面图中轴线“A”所在的直线视为三维坐标轴的x轴，正方向为东；将平面图中轴线“1”所在的直线视为三维坐标轴的y轴，正方向为北；
c23、将层高设为z轴，根据层高字典中每个楼层高度设定每一楼层平面图对应的z值。
进一步的，步骤c所述全局定位包含以下步骤：
c31、对于在一张平面图中通过了可见性分析验证后的建筑构件，获取其标识线段的端点坐标信息(Xcd(point)，Ycd(point))；
c32、获取CAD系统中的全局坐标系的原点坐标(Xcd(origin)，Ycd(origin))。并执行下述运算：
公式(1)中的Pscale指该平面图的比例尺数值，Elevation(fi)为该平面图所在楼层的高度；
通过公式(1)的计算，获得了构件在全局坐标系中的位置(XGCS，YGCS，ZGCS)。
进一步的，步骤d所述包围盒构建包含以下步骤：
d11、对于任一方向的立面图，获取该方向上的所有可见构件及其全局坐标系下的位置；
d12、对于任一可见构件，检验其所属楼层的高度ti以及所属楼层上一楼层的高度ti+1；ti和ti+1即为该构件包围盒的上边界和下边界；
d13、根据立面图的方向决定包围盒的左边界和右边界；
对于北方向立面图，其左右边界由公式(2)得到：
对于南方向立面图，其左右边界由公式(3)得到：
对于西方向立面图，其左右边界由公式(4)得到：
对于东方向立面图，其左右边界由公式(5)得到：
公式(2)、(3)中leftendpoint为南北方向可见的构件在GCS横坐标中趋向左侧的端点，rightendpoint为南北方向可见的构件在GCS横坐标中趋向右侧的端点；公式(4)、(5)中topendpoint为东西方向可见的构件在GCS纵坐标中趋向上侧的端点，bottomendpoint为东西方向可见的构件在GCS纵坐标中趋向下侧的端点；lbi为包围盒的左边界值，rbi为包围盒的右边界值；Escale为立面图所用的比例尺；Xcd(gridline(1))为轴符为“1”的轴线的横坐标值；Xcd(gridline(A))为轴符为“A”的轴线的横坐标值；
d14、通过ti，ti+1，lbi，rbi确立包围盒的四个顶点(lbi，ti)，(lbi，ti+1)，(lbi+1，ti)，(lbi+1，ti+1)；根据这四个顶点形成一个长方体的包围盒。
进一步的，步骤d所述对立面图构件进行搜索包含以下步骤：
d21、在立面图中获取属于需要识别的构件的图层中的所有图元；
d22、对于每一个构件的包围盒，遍历构件图层的图元，判断该图元是否在包围盒的边界以内；将所有在包围盒边界内的图元放入一个集合中，该集合为构件元素集合。
进一步的，步骤d所述对立面图构件尺寸测量包含以下步骤：
d31、遍历构件元素集合中所有的图元，获取所有图元y坐标的最大值和最小值；
d32、将最大值与最小值相减获得构件的高度；
d33、将最小值与所在楼层的平面高度相减获得构件相对于楼层平面的底端高度；将最大值与所在楼层的平面高度相减获得构件相对于楼层平面的顶端高度；
d34、将最小值与标高为0的纵坐标值相减，获得构件的海拔。
本发明的有益效果是：
一、本发明通过建立全局坐标系将不同类别的CAD建筑图纸进行整合分析，提升了对图纸进行解析和三维重建时的信息的完整性，准确性；有利于提升自动生成的BIM模型的模型精度和质量，便于在建筑工程中将其作为全生命周期信息的存储和传递的载体。
二、本发明针对现有研究、专利和产品难以对CAD立面图纸中的构件进行识别并且测量其尺寸、位置信息的缺陷，创新性的提出了基于图层自动分类的立面图识别方法，利用包围盒有效的识别出立面图中异性构造的门窗，并且获得纵深方向(高度，海拔)的信息，对于将CAD图纸自动转换为BIM模型的效能和自动化程度有提升作用，避免人为手动解读图纸和输入纵深信息，减少了工程中建造BIM模型的人力成本。
三、本发明弥补了当前外立面建模的主流方法(如镭射扫描，倾斜摄影建模，模式匹配)难以建立具有准确语义信息和构件单体的BIM模型的缺陷；另一方面，当前主流方法难以获取纵深信息和建筑的室内空间信息；本发明提出了立面图识别与平面图识别相结合的方法，能够有效的对建筑表面和室内环境同时建模；基于更丰富和准确的数据源，能够自动产出更高质量的BIM模型。
四、本发明有很强的工业转换意义，将该方法的思路实现在BIM自动翻模的程序中，能够避免人为手动解读图纸和输入纵深信息，减少了工程中建造BIM模型的人力成本，对建筑界普及建筑信息模型(BIM)、提升信息整合力度并促进信息流通具有一定影响。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明实施例轴符和轴线元素的示意图；
图3是本发明实施例标高元素的示意图；
图4是本发明实施例教学楼的CAD平面图；
图5是本发明实施例教学楼的立面图；
图6是本发明实施例立面标高符号与楼层文字的位置关系示意图；
图7是本发明实施例门窗构件的可见性分析示意图；
图8是本发明实施例全局坐标系示意图；
图9是本发明实施例包围盒构建及立面图建筑构件检测示意图；
图10是本发明实施例教学楼图纸导入Revit后的平面图；
图11是本发明实施例自动创建的带有墙、窗和门的BIM模型。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，由于本发明方法涉及到建筑领域，为了方便理解，首先对本发明中所涉及的几个建筑领域的专业术语进行说明：
图层：是由基于矢量的CAD系统支持的基本功能，能够以系统性的方式管理设计信息，此功能将相同类型的图像元素分配到同一图层，通过打开或关闭这些图层来满足可视性和绘图要求。
轴符：CAD施工图纸中用于对齐和定位的轴线符号，在图2中给出了轴符的范例，在轴线的两端有两个对齐的轴线符号“1”。
轴网：是由建筑轴线组成的网，是人为地在建筑图纸中为了标示构件的详细尺寸，按照一般的习惯标准虚设的，习惯上标注在对称界面或截面构件的中心线上。
标高符号：代表图纸中用来表现建筑面高度和结构面高度的注释。在图3中给出了标高符号的范例。“-0.600”代表了当前的楼层高度为-0.6m。
建筑墙：代表建筑中的非承重墙构件，在建筑物中起次要承重作用的墙体构件。
为了方便理解，结合图4所示，通过一个常见的教学楼CAD图纸，对如何通过基于自动图层分类方法来对教学楼的CAD立面图纸进行识别从而完成完整的BIM模型三维重建进行进一步的说明。
该教学楼图纸包含四层的平面图图纸，四个方向即东、西、南、北的立面图图纸，六张剖面图纸以及构件表。本发明将围绕平面图纸和立面图纸进行识别和三维重建。在AutoCAD软件中对整张图纸使用分割功能将单张的平面图和立面图分割出来。图5所示为该教学楼的立面图图纸。
本发明包括以下步骤：
a、获取教学楼CAD图纸的目标图层；此步骤可以按照中国专利《一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的图层分类方法》(公开号CN109191576A)所描述的方法自动获取；获得墙图层、门窗图层、标高图层、轴符图层与轴网图层；
b、对CAD建筑图纸的每张立面图图纸进行方向识别、标高符号识别以及层高获取；
此过程在AutoCAD 2016软件中，使用MgdDbg(C#)和.Net框架进行相关程式的编写，并在软件中执行；
首先，依次读取教学楼的四张立面图图纸，判断每张立面图纸的方向。先判断轴符图层中的文字是否能转换为整数；若能，则转换为数字，搜索数字“1”,判断数字“1”与其他数字的位置关系，即搜索任意其他数字；若“1”相较与其他数字的横坐标较小，则该图纸朝向为北；若“1”相较与其他数字的横坐标更大，则该图纸朝向为南。若轴符图层的文字不能转换为整数，则判断能否转换为字母,若能，则转换为英文字母，搜索字母“A”,判断字母“A”与其他英文字母的位置关系；若“A”的横坐标较小，则该图纸朝向为西；若“A”的横坐标较大，则该图纸朝向为东。
接着，对立面图进行标高符号识别。首先，遍历所有属于标高图层的文字；对于每一个文字，接着遍历所有属于标高图层的直线段，判断该直线段是否处在水平方向；若是，则判断该直线段的坐标点与文字的坐标点的欧式距离是否文字的高度；如符合条件，则继续遍历标高图层的直线段，判断该直线段与水平方向的夹角在33°～55°的区间范围内，且水平直线段的端点连接，则成功识别到一个标高符号。获取斜线段两个端点中较低端点的坐标值作为该标号符号在CAD系统中的位置；将标高符号的位置和文字代表的高度数值记录在一个新的列表中。
然后，通过识别到的标高符号找出立面图中每个楼层对应的层高。楼层文字与相应标高符号的位置关系如图6所示。创建一个包含全部楼层名的字典，其中字典的键为楼层名，值为楼层的层高；在立面图中，对于该教学楼建筑的每一楼层名，找到其相应的文字。如1F，则在立面图中找出字符串等于“1F”的文字。找到文字后，遍历所有的标高符号，判断是否存在一个标高符号的三维坐标点与楼层文字的三维坐标点的欧式距离小于文字高度的三倍，且文字的横坐标小于标高符号的横坐标、纵坐标大于标高符号的纵坐标。若符合条件，则该标高符号与楼层文字匹配成功；将该标高符号对应的标高数值写入字典中。
c、对CAD建筑图纸的每层平面图纸进行建筑构件识别、可见性分析以及三维定位；
所述可见性分析是指对在各楼层平面图中识别的建筑构件是否能够在各方向的立面图纸中可见进行分析判断；
所述三维定位是指建立全局坐标系，对每一个识别到的构件的位置进行全局定位；
此过程在Autodesk Revit中执行，利用Revit API在.Net环境中编写指令，并在在Revit中以Add-in的形式运行；
本实施例在已经获取的墙图层内，使用由西班牙学者B.Domiguez于2011年提出的WAG识别方法对墙体构件进行识别；在已经获取的门窗图层内，使用南京大学路通教授提出的建筑符号识别方法对门窗构件进行识别；从而获取各楼层的墙，门，窗构件的平面尺寸和位置信息。
对于识别的墙体，将构成墙体的每对平行线计算其每对端点的中点，将两个中点连线获得平行中分线。对于识别的门构件，获取其符号中的一对平行线，计算该对平行线每对端点的中点，将两个中点连线获得平行中分线。对于识别的窗体，获取其符号最外沿的一对平行线，计算该对平行线每对端点的中点，将两个中点连线获得平行中分线。将各构件简化后得到的平行中分线作为构建元素的标示线段放入新的集合中用作可见性分析。
接着，依次在东西南北四个方向上，对所有的门窗构件进行可见性分析，如图7所示。以北方向为例，对于每一个门窗构件的标示线段，获取其线段的两个端点。对于每一个端点，遍历所有的墙的标示线段和其他门窗的标示线段。判断一条标示线段是否可见，满足下述条件：
1、该标示线段横坐标较小的端点的横坐标小于检测端点的横坐标，且纵坐标小于检测端点的纵坐标；
2、该标示线段横坐标较大的端点的横坐标大于检测端点的横坐标，且纵坐标小于检测端点的纵坐标。
若同时满足上述条件，则判定检测端点被标示线段遮挡。若检测的两个端点均被遮挡，则判定该门窗构件在正北方向上不可见；否则，则判定在北方向的立面图可见。
然后，对各方向上通过可见性分析的构件进行三维定位。对于平面图纸，获取轴网图层的所有直线段。对于每一条直线段，判断其为水平线段还是竖直线段。若为水平线段，则判断是否满足如下条件：
1、其纵坐标是否大于轴符“A”的文字的纵坐标y值与包围轴符的圆的半径的差值；
2、其纵坐标是否小于轴符“A”的文字的纵坐标y值与包围轴符的圆的半径的和。
若满足上述条件，则判定寻找到轴符“A”的轴线，获取该轴线的纵坐标y值，记为originy。
若线段为竖直线段，则判断是否满足如下条件：
1、其横坐标是否大于轴符“1”的文字的横坐标x值与包围轴符的圆的半径的差值。
2、其横坐标是否小于轴符“1”的文字的横坐标x值与包围轴符的圆的半径的和。
若满足上述条件，则判定寻找到轴符“1”的轴线，获取该轴线的横坐标x值，记为originx。建立全局坐标系，设原点为(originx，originy，0)，如图8所示。接着对各方向上可见的构件，将其标识线段在CAD系统中的坐标转化为全局坐标系的坐标。
计算方法如下：
公式(1)中的Pscale指该平面图的比例尺数值，Elevation(fi)为该平面图所在楼层的高度；
通过公式(1)的计算，获得了构件在全局坐标系中的位置(XGCS，YGCS，ZGCS)。将可见构件的全局坐标系坐标、构件类别、所在楼层和可见方向记录在新的列表中。
d、对CAD建筑图纸各方向的立面图图纸进行包围盒构建，再对立面图构件进行搜索和尺寸测量；
所述包围盒构建指根据在步骤c中获得的已识别构件在全局坐标系中的三维定位，在立面图中创建框定该构件位置范围的包围盒。
首先，在立面图中根据平面图中获得的可见构件的三维定位在立面图中对构件进行包围盒构建，如图9所示。对于任一方向的立面图，获取在该方向上所有的可见构件列表。遍历每一个可见构件，检验其所属的楼层。通过层高字典获取该楼层的高度ti以及上一楼层高度t(i+1)，即为该构件包围盒的上下边界。接着计算包围盒的左右边界，左右边界通过将构件在全局坐标系中的坐标转换为CAD系统的坐标位置获得。以北立面图为例，首先找到北立面图中轴符为“1”的轴网。在轴网图层中，遍历所有竖直线段，判断如下条件：
1、其横坐标是否大于轴符“1”的文字的横坐标x值与包围轴符的圆的半径的差值；
2、其横坐标是否小于轴符“1”的文字的横坐标x值与包围轴符的圆的半径的和。
若同时满足条件，则线段为轴符为“1”的轴线。获取其横坐标Xcd(gridline(1))。执行如下计算：
公式(2)中Escale为立面图的比例尺大小。dmin为构件的标示线段两个端点在全局坐标系中横坐标较小的x值。dmax为构件的标示线段两个端点在全局坐标系中横坐标较大的x值。lbi为包围盒的左边界值，rbi为包围盒的右边界值。
对于南方向立面图，其左右边界由公式(3)得到：
对于西方向立面图，其左右边界由公式(4)得到：
对于东方向立面图，其左右边界由公式(5)得到：
公式(2)、(3)中leftendpoint为南北方向可见的构件在GCS横坐标中趋向左侧的端点，rightendpoint为南北方向可见的构件在GCS横坐标中趋向右侧的端点；公式(4)、(5)中topendpoint为南北方向可见的构件在GCS纵坐标中趋向上侧的端点，bottomendpoint为南北方向可见的构件在GCS纵坐标中趋向下侧的端点；Xcd(gridline(1))为轴符为“1”的轴线的横坐标值；Xcd(gridline(A))为轴符为“A”的轴线的横坐标值；
通过公式的运算确立包围盒的四个顶点(lbi，ti)，(lbi，ti+1)，(lbi+1，ti)，(lbi+1，ti+1)。跟据这四个顶点在CAD系统中形成一个以多线段构成的长方体包围盒。
接着在包围盒中对立面图中描绘构件的图元进行搜索识别。对于一个包围盒，遍历图纸中的所有图元，判断是否同时符合如下条件：
1、图元的图层为平面图中通过自动图层分类得到构件的图层；
2、判断该图元的每个端点的x值是否介于[lbi,rbi]的范围内，且y值是否介于[ti,ti+1]的范围内。
若同时符合上述条件，则该图元为立面图构成建筑构件的元素。通过上述方法，搜索到包围盒中描绘构件的全部图元。在搜索到的包围盒中的全部图元中，找到全部图元的纵坐标中的最大值ymax和最小值ymin。通过执行公式(6)获得该构件的高度值：
h＝(ymax-ymin)/Escale (6)
通过执行公式(7)获得构件高于所在楼层平面的高度：
OffeSt＝(ymin-ycd(fi))/Escale (7)
公式(7)中Ycd(fi)为构件所在楼层在CAD系统中的纵坐标y值。
通过执行公式(8)获得构件的海拔高度：
Elevation＝offest+Elevation(fi) (8)
从而实现对立面图复杂形状的构件的识别，以及其纵深方向的尺寸的获取。将立面图识别结果反馈到平面图中，可以开始执行学校教学楼的外立面的三维重建，如图11所示。更新后的对象列表将在Revit中再次加载。在Revit API中，构建对象实例的脚本已被编码为函数。例如，为了创建门对象，使用函数：Document.Create.NewFamilyInstance()并输入几个参数：位置曲线、楼层、门的类型。这些值从更新的对象列表中获得。最后，一个带有墙，窗和门的BIM模型将被自动创建。如图11所示，从立面识别中得来的对象的高度和海拔成功地被输入到创建BIM族的功能里。于是，Revit建立出该教学楼的外表面。
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；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、获取CAD建筑图纸的目标图层，得到墙图层、门窗图层、标高图层、轴符图层与轴网图层；
b、对CAD建筑图纸的每张立面图图纸进行方向识别、标高符号识别以及层高获取；
c、对CAD建筑图纸的每层平面图纸进行建筑构件识别、可见性分析以及三维定位；
所述可见性分析是指对在各楼层平面图中识别的建筑构件是否能够在各方向的立面图纸中可见进行分析判断；
所述三维定位是指建立全局坐标系，对每一个识别到的构件的位置进行全局定位；
d、对CAD建筑图纸各方向的立面图图纸进行包围盒构建，再对立面图构件进行搜索和尺寸测量；
所述包围盒构建指根据在步骤c中获得的已识别构件在全局坐标系中的三维定位，在立面图中创建框定该构件位置范围的包围盒。
2.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤b所述的方向识别包含以下步骤：
b11、在立面图中搜索已获取的轴符图层中的全部字符串；
b12、判断搜索出的字符串为英文字母还是数字；若为数字，则搜索数字“1”,判断数字“1”与其他数字的位置关系，判断该图纸朝向为北或南；
若为英文字母，则搜索字母“A”,判断字母“A”与其他英文字母的位置关系，判断该图纸朝向为西或东。
3.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤b所述的标高符号识别包含以下步骤：
b21、搜索已获取的标高图层中的图元；
b22、遍历搜索到的图元中的所有字符串，对于每一个字符串，遍历属于标高图层的直线段，判断该直线段是否处于水平方向且与字符串的距离小于字符串的高度；若符合条件则继续遍历图层中的直线段，判断新直线段的角度是否处于33°～55°的区间中，且与水平直线段的端点连接，若符合条件，则成功识别到标高符号；
b23、遍历轴符图层中的所有字符串，找出所有轴符中的最小横坐标值和最大横坐标值；
b24、判断所有识别的标高符号的横坐标值是否小于轴符的最小横坐标值或大于轴符的最大横坐标值，若符合条件，则保留；若不符合条件，则删除。
4.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤b所述的层高获取包含以下步骤：
b31、创建包含所有楼层名的层高字典，层高字典的键为楼层，值为楼层的高度；
b32、在任一立面图中，遍历层高字典中所有的键，获取楼层名的字符串；
b33、搜索与楼层名相同的文字；
b34、对与立面图中的楼层名文字，遍历所有已识别的标高符号，判断楼层名文字与标高符号的距离是否小于文字高度的三倍、且横坐标小于标高符号的横坐标、同时纵坐标大于标高符号的纵坐标；若符合条件，则将标高符号对应的标高数值填写入相应的键值对中。
5.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤c所述的可见性分析包含以下步骤：
c11、对识别构件结果进行简化，提取中央线代表构件宽度和所在位置，得到标识线段；墙构件和窗构件选取构件符号的两条平行线的平行中分线；门构件选取所识别门符号的洞口位置的平行中分线；
c12、依次在东西南北四个方向上，对所有的门窗构件进行可见性分析；对于每一个门窗构件的标识线段，观察其标识线段的两个端点：遍历所有的墙构件的标识线段和其他的门窗构件的标识线段，检验在观察方向上是否存在标示线段遮挡了该端点；若两个端点均被任何标示线段遮挡，则判断该构件在观察方向上不可见；否则为可见。
6.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤c所述建立全局坐标系包含以下步骤：
c21、建立三维坐标轴(x，y，z)，将平面图中轴线“1”与轴线“A”的交点视为三维坐标轴的原点(0,0,0)；
c22、将平面图中轴线“A”所在的直线视为三维坐标轴的x轴，正方向为东；将平面图中轴线“1”所在的直线视为三维坐标轴的y轴，正方向为北；
c23、将层高设为z轴，根据层高字典中每个楼层高度设定每一楼层平面图对应的z值。
7.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤c所述全局定位包含以下步骤：
c31、对于在一张平面图中通过了可见性分析验证后的建筑构件，获取其标识线段的端点坐标信息(Xcd(point)，Ycd(point))；
c32、获取CAD系统中的全局坐标系的原点坐标(Xcd(origin)，Ycd(origin))。并执行下述运算：
公式(1)中的Pscale指该平面图的比例尺数值，Elevation(fi)为该平面图所在楼层的高度；
通过公式(1)的计算，获得了构件在全局坐标系中的位置(XGCS，YGCS，ZGCS)。
8.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤d所述包围盒构建包含以下步骤：
d11、对于任一方向的立面图，获取该方向上的所有可见构件及其全局坐标系下的位置；
d12、对于任一可见构件，检验其所属楼层的高度ti以及所属楼层上一楼层的高度ti+1；ti和ti+1即为该构件包围盒的上边界和下边界；
d13、根据立面图的方向决定包围盒的左边界和右边界；
对于北方向立面图，其左右边界由公式(2)得到：
对于南方向立面图，其左右边界由公式(3)得到：
对于西方向立面图，其左右边界由公式(4)得到：
对于东方向立面图，其左右边界由公式(5)得到：
公式(2)、(3)中leftendpoint为南北方向可见的构件在GCS横坐标中趋向左侧的端点，rightendpoint为南北方向可见的构件在GCS横坐标中趋向右侧的端点；公式(4)、(5)中topendpoint为东西方向可见的构件在GCS纵坐标中趋向上侧的端点，bottomendpoint为东西方向可见的构件在GCS纵坐标中趋向下侧的端点；lbi为包围盒的左边界值，rbi为包围盒的右边界值；Escale为立面图所用的比例尺；Xcd(gridline(1))为轴符为“1”的轴线的横坐标值；Xcd(gridline(A))为轴符为“A”的轴线的横坐标值；
d14、通过ti，ti+1，lbi，rbi确立包围盒的四个顶点(lbi，ti)，(lbi，ti+1)，(lbi+1，ti)，(lbi+1，ti+1)；根据这四个顶点形成一个长方体的包围盒。
9.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤d所述对立面图构件进行搜索包含以下步骤：
d21、在立面图中获取属于需要识别的构件的图层中的所有图元；
d22、对于每一个构件的包围盒，遍历构件图层的图元，判断该图元是否在包围盒的边界以内；将所有在包围盒边界内的图元放入一个集合中，该集合为构件元素集合。
10.根据权利要求1所述的一种将建筑图纸转换为三维BIM模型的立面图识别方法，其特征在于，步骤d所述对立面图构件尺寸测量包含以下步骤：
d31、遍历构件元素集合中所有的图元，获取所有图元y坐标的最大值和最小值；
d32、将最大值与最小值相减获得构件的高度；
d33、将最小值与所在楼层的平面高度相减获得构件相对于楼层平面的底端高度；将最大值与所在楼层的平面高度相减获得构件相对于楼层平面的顶端高度；
d34、将最小值与标高为0的纵坐标值相减，获得构件的海拔。
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