CN112149216A - 基于矢量数据的规则单体建筑bim自动建模系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模系统及方法，目的是解决建模效率低，人力负担重、时间和经济成本浪费的问题。该方法通过对原始单体建筑信息进行矢量化处理、构件分类后，生成含有位置、属性、几何信息的标准化建筑数据，最后导入BIM软件，结合可扩展的单体建筑族库与拓扑规则，实现自动建模。与传统人工BIM建模相比，本方法建筑SHP矢量数据与单体建筑族库的结合有效的解决人工建模构件定位用时长的问题，提高了建模效率，具有减少人力、时间和经济成本等优点。
Description
技术领域
本发明是基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模系统及方法，尤其是涉及一种基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模方法。
背景技术
BIM是以三维信息技术为基础，集成了建筑工程项目各类相关信息的三维工程数据模型，能够在工程规划、设计、施工，直至后期运营的全生命周期内进行展示、查询等应用。BIM模型的直观性、协同化、虚拟化以及数据信息的工程全过程流动，使得BIM技术较传统的二维建模技术有了极大提升
BIM的价值在于BIM指建筑信息模型，从工程技术的角度来理解，BIM是建筑信息模型管控技术，通过三维信息模型，可以实现建筑的精细化管理控制，提高工作效率。比如：通过三维模型进行碰撞检查，及时发现图纸上的缺漏碰缺，避免了施工中的返工和损失；通过三维模型进行设计交底、施工交底，提高了建设参与方的沟通效率和准确性。
BIM模型主要在工程还没实际进行前，通过拟真的事前分析与模拟，来协助各项决策及运筹帷幄，以降低甚至避免工程中可能发生的误解、冲突、错误、浪费与风险等。建模就是建立信息模型。建模是研究系统的重要手段和前提。凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模。建模是通过电脑软件将构想的BIM模型通过3D图像程现出来。
在国内外的建筑行业，特别是规则单体建筑中，BIM技术已经有了一定的应用，但在多数都是基于设计图人工进行BIM建模，这个过程耗时和主观易错，也激发了自动化BIM建模技术的需求。因此亟需一种基于建筑SHP矢量数据，结合单体建筑族库自动化BIM建模方法，这样大幅度改善建模效率低，人力负担重、时间和经济成本浪费等问题。
发明内容
为了解决建模效率低，人力负担重、时间和经济成本浪费的问题，本发明提供一种基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
方案一：基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模系统，包括矢量化处理模块、构件分类模块和自动化建模模块组成，上述模块为递进逻辑关系并以递进逻辑关系相连接；
其中矢量化处理模块负责对原始建筑信息进行采集并转化为矢量数据；
构建分析模块用于将不规则构件信息分类形成标准化建筑信息；
自动化建模块负责将上述处理数据导入BIN软件实现最终建模。
方案二：基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模方法，是基于上述的系统为基础而实现的，具体方法步骤如下：
步骤一：通过所述的矢量化处理模块对电子或纸质设计图存储的原始单体建筑信息，转化成SHP格式矢量数据；
步骤二：利用所述的构件分类模块根据SHP格式矢量数据进行构件分类，生成标准化建筑数据，形成标准化建筑信息；
步骤三：最终通过自动化建模模块结合可扩展的建筑构件族库,生成含有位置、属性、几何信息的标准化建筑数据，将标准化建筑数据导入BIM软件实现自动化建模。
进一步地，步骤一中通过所述的矢量化处理模块对电子或纸质设计图存储的原始单体建筑信息的过程，可细化为以下步骤：
步骤一一，将纸质设计图通过扫描仪进行电子化处理生成电子设计图；
步骤一二，对电子设计图按照分层平面图、立面图、剖面图、构件详图进行分类；
步骤一三，将分类后设计图识别特征点进行转换，生成单体建筑SHP格式矢量数据。
进一步地，步骤二中用所述的构件分类模块根据SHP格式矢量数据进行构件分类，生成标准化建筑数据，形成标准化建筑信息的过程，具体步骤如下：
步骤二一，对生成单体建筑SHP格式矢量数据构件按照门、窗、墙、围栏、梯类、柱、梁、楼板、屋顶进行分类；
步骤二二，对每类构件SHP矢量数据分别进行对应属性字段添加；
步骤二三，针对不同楼层平面，定义正门方向左侧房角点为基准点；
步骤二四，对门、窗、墙、围栏、梯类构件SHP矢量数据进行中心线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成门、窗、墙、围栏、梯类构件标准化建筑数据；
步骤二五，对柱、梁、楼板构件SHP矢量数据进行边界线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成柱、梁、楼板构件标准化建筑数据；
步骤二六，屋顶构件SHP矢量数据进行边界线、屋脊线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成屋顶构件标准化建筑数据。
进一步地，步骤三中关于将标准化建筑数据导入BIM软件实现自动化建模，细化步骤为：
步骤三一，各类构件根据属性字段小类名调用建筑构件族库中的参数族模型；
步骤三二，对于门、窗、墙、围栏、梯类等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据相应构件标准化建筑数据的中心线作为模型位置信息，根据属性表中底部标高、顶部标高、厚度、偏移量、台阶数等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
步骤三三，对于柱、梁、楼板等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据相应构件标准化建筑数据边界线作为模型位置信息，根据属性表中底部标高、顶部标高、偏移量等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
步骤三三，对于屋顶等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据屋顶构件标准化建筑数据的边界线、屋脊线作为模型位置信息，根据属性表边界线标高、屋脊线标高、偏移量等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
步骤三四，根据生成的屋顶模型，利用BIM软件将墙面与屋顶自动匹配；
步骤三五，墙、柱、楼板、门、窗等构件利用最小包围盒方法进行三维拓扑关系检查，首先判断体与体的最小包围盒是否相交，如果相交则可以进一步判断该体与体其他构成部分是否也相交，进而判断是否为相交关系，对于相交的构件拓扑关系按照柱>梁>板>窗>墙的优先级进行扣减，重新生成三维模型。
进一步地，其所述的自动化建模模块采用基于C#语言的BIM软件二次开发的插件，根据标准化建筑数据属性表中构件大、小类名称与建筑族库小类名称一一对应关系，创建接口，批量导入族库模型，并按照标准化建筑数据的位置信息、属性信息以及几何信息进行BIM自动化建模。
本发明的有益效果体现在：
实现了由传统设计图人工构件建模，向软件自动构件建模的转变，减少了人工操作，降低了学习建模环节的门槛与成本，提高了自动建模的有效性、可靠性和精准性。同时，创建了标准化建筑数据和BIM软件的接口，实现了建筑数据和信息的批量导入，无需人工干预和调整，对硬件配置要求低，自动生成可作为成果应用的BIM模型，运行速度快，提高建模的效率，降低成本。
附图说明
图1是BIM自动建模方法的流程图；
图2是构件分类的标准化建筑数据示意图；
图3是经过构件分类的标准化建筑数据图；
图4是通过本方法自动建模后形成的规则建筑BIM模型。
具体实施方式
具体实施方式一：以下结合附图和具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明，
本发明基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模系统，包括矢量化处理模块、构件分类模块和自动化建模模块组成，上述模块为递进逻辑关系并以递进逻辑关系相连接；矢量化处理模块负责对原始建筑信息进行采集并转化为矢量数据，构建分析模块用于将不规则构件信息分类形成标准化建筑信息，自动化建模块负责将上述处理数据导入BIM软件实现最终建模。
该系统通过对电子或纸质设计图存储的原始单体建筑信息进行矢量化处理后，得到单体建筑电子矢量数据，再通过建筑构件分类得到包含单体建筑位置、属性、几何等信息的标准化建筑SHP矢量数据，最后导入BIM软件结合单体建筑族库进行自动建模。
具体实施方式二：基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模系统方法的实施过程，主要包括矢量化处理、构件分类和自动化建模三大部分：
(1)矢量化处理
规则单体建筑BIM自动化建模所需信息主要来源于设计图，一般有电子设计图、纸质设计图，各自包含的数据信息不尽相同，作为原始建筑信息数据，包括分层平面图、立面图、剖面图、构件详图，为了便于构件分类以及属性填写，需要将分类后的设计图进行矢量化处理生成建筑设计图SHP格式矢量数据。
矢量化处理具体包括以下步骤：
1)矢量化处理处理前，先将纸质设计图通过扫描仪进行扫描，形成电子设计图；
2)对电子设计图按照分层平面图、立面图、剖面图、构件详图进行分类，并按照分类进行文件存储；
3)将分类后设计图识别特征点进行转换，生成单体建筑SHP格式矢量数据；
(2)构件分类
构件分类主要包括分类与属性输入。分类主要是按照门、窗、墙、围栏、梯类、柱、梁、楼板、屋顶进行构件分类，然后对分类的构件进行属性输入，由此生成标准化建筑数据。
构件分类具体包括以下步骤：
1)对生成单体建筑SHP格式矢量数据构件按照门、窗、墙、围栏、梯类、柱、梁、楼板、屋顶进行分类；
2)对每类构件SHP矢量数据分别进行对应属性字段添加，各类构件字段名称如下表1所示，字段类型及长度如下表2所示：
表1各类构件字段名称
表2字段类型及长度
针对不同楼层平面，定义正门方向左侧房角点为基准点；
对门、窗、墙、围栏、梯类构件SHP矢量数据进行中心线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成门、窗、墙、围栏、梯类构件标准化建筑数据；
对柱、梁、楼板构件SHP矢量数据进行边界线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成柱、梁、楼板构件标准化建筑数据；
屋顶构件SHP矢量数据进行边界线、屋脊线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成屋顶构件标准化建筑数据。
经过构件分类的标准化建筑数据图及属性表信息如图2所示，上述标准化建筑数据是BIM软件自动建模的重要数据来源。
(3)自动化建模
本发明采用基于C#的REVIT软件二次开发插件，创建建筑数据与REVIT软件的接口，实现批量导入标准化建筑信息的批量导入，REVIT软件通过建筑信息调用建筑族库，自动生成作为成果的BIM模型，完成自动化建模。
自动化建模具体包括以下步骤：
各类构件根据其属性信息中的名称和族样式调用建筑构件族库中的参数族模型；
对于门、窗、墙、围栏、梯类等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据相应构件标准化建筑数据的中心线作为模型位置信息，根据属性表中底部标高、顶部标高、厚度、偏移量、台阶数等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
对于柱、梁、楼板等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据相应构件标准化建筑数据边界线作为模型位置信息，根据属性表中底部标高、顶部标高、偏移量等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
对于屋顶等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据屋顶构件标准化建筑数据的边界线、屋脊线作为模型位置信息，根据属性表边界线标高、屋脊线标高、偏移量等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
根据生成的屋顶模型，利用BIM软件将墙面与屋顶自动匹配；
墙、柱、楼板、门、窗等构件利用最小包围盒方法进行三维拓扑关系检查，首先判断体与体的最小包围盒是否相交，如果相交则可以进一步判断该体与体其他构成部分是否也相交，进而判断是否为相交关系。对于相交的构件拓扑关系按照柱>梁>板>窗>墙的优先级进行扣减，重新生成三维模型。
经过REVIT软件自动生成并经过拓扑关系检查后的模型如图3所示，本发明减少了人工操作的麻烦，降低了建模环节的门槛与成本，也更符合实际情况。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模系统，其特征在于：该系统包括矢量化处理模块、构件分类模块和自动化建模模块组成，上述模块为递进逻辑关系并以递进逻辑关系相连接；
其中矢量化处理模块负责对原始建筑信息进行采集并转化为矢量数据；
构建分析模块用于将不规则构件信息分类形成标准化建筑信息；
自动化建模块负责将上述处理数据导入BIM软件实现最终建模。
2.基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模方法，是基于权利要求1所述的系统为基础而实现的，其特征在于：具体方法步骤如下：
步骤一：通过所述的矢量化处理模块对电子或纸质设计图存储的原始单体建筑信息，转化成SHP格式矢量数据；
步骤二：利用所述的构件分类模块根据SHP格式矢量数据进行构件分类，生成标准化建筑数据，形成标准化建筑信息；
步骤三：最终通过自动化建模模块结合可扩展的建筑构件族库,生成含有位置、属性、几何信息的标准化建筑数据，将标准化建筑数据导入BIM软件实现自动化建模。
3.根据权利要求2所述的基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模方法，其特征在于：步骤一中通过所述的矢量化处理模块对电子或纸质设计图存储的原始单体建筑信息的过程，可细化为以下步骤：
步骤一一，将纸质设计图通过扫描仪进行电子化处理生成电子设计图；
步骤一二，对电子设计图按照分层平面图、立面图、剖面图、构件详图进行分类；
步骤一三，将分类后设计图识别特征点进行转换，生成单体建筑SHP格式矢量数据。
4.根据权利要求3所述的基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模方法，其特征在于：
步骤二中用所述的构件分类模块根据SHP格式矢量数据进行构件分类，生成标准化建筑数据，形成标准化建筑信息的过程，具体步骤如下：
步骤二一，对生成单体建筑SHP格式矢量数据构件按照门、窗、墙、围栏、梯类、柱、梁、楼板、屋顶进行分类；
步骤二二，对每类构件SHP矢量数据分别进行对应属性字段添加；
步骤二三，针对不同楼层平面，定义正门方向左侧房角点为基准点；
步骤二四，对门、窗、墙、围栏、梯类构件SHP矢量数据进行中心线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成门、窗、墙、围栏、梯类构件标准化建筑数据；
步骤二五，对柱、梁、楼板构件SHP矢量数据进行边界线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成柱、梁、楼板构件标准化建筑数据；
步骤二六，屋顶构件SHP矢量数据进行边界线、屋脊线提取，并按照设计图信息进行属性值填写，生成屋顶构件标准化建筑数据。
5.根据权利要求4所述的基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模方法，其特征在于：步骤三中关于将标准化建筑数据导入BIM软件实现自动化建模，细化步骤为：
步骤三一，各类构件根据属性字段小类名调用建筑构件族库中的参数族模型；
步骤三二，对于门、窗、墙、围栏、梯类等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据相应构件标准化建筑数据的中心线作为模型位置信息，根据属性表中底部标高、顶部标高、厚度、偏移量、台阶数等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
步骤三三，对于柱、梁、楼板等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据相应构件标准化建筑数据边界线作为模型位置信息，根据属性表中底部标高、顶部标高、偏移量等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
步骤三三，对于屋顶等构件的模型创建，利用调用的参数族模型，根据屋顶构件标准化建筑数据的边界线、屋脊线作为模型位置信息，根据属性表边界线标高、屋脊线标高、偏移量等信息作为模型几何信息，由BIM自动建模插件自动拉伸到指定高度，并赋予模型材质、颜色等其他属性信息进行创建；
步骤三四，根据生成的屋顶模型，利用BIM软件将墙面与屋顶自动匹配；
步骤三五，墙、柱、楼板、门、窗等构件利用最小包围盒方法进行三维拓扑关系检查，首先判断体与体的最小包围盒是否相交，如果相交则可以进一步判断该体与体其他构成部分是否也相交，进而判断是否为相交关系，对于相交的构件拓扑关系按照柱>梁>板>窗>墙的优先级进行扣减，重新生成三维模型。
6.根据权利要求2所述的基于矢量数据的规则单体建筑BIM自动建模方法，其特征在于：其所述的自动化建模模块采用基于C#语言的BIM软件二次开发的插件，根据标准化建筑数据属性表中构件大、小类名称与建筑族库小类名称一一对应关系，创建接口，批量导入族库模型，并按照标准化建筑数据的位置信息、属性信息以及几何信息进行BIM自动化建模。
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