CN112507409A - 一种建筑构件生成工程量清单系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑构件生成工程量清单系统及其方法。本发明包括：用于通过激光测尺测量建筑设施的结构尺寸参数；用于将采集到的尺寸参数转换为建模需要的建筑设施三维坐标点数据的参数转换模块；将建筑设置三维坐标点数据或关键点、线、面信息导入至SketchUp中，进行三维建模的三维模型构建模块；将市面上原材料以及原材料对应的价格制成Excel表格，并将Excel表格导入到清单库内的材料清单导入模块；用于将构建好的建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本的清单子母匹配模块。本发明提高工程量清单编制的效率和精确性，以实现方案设计阶段、招投标阶段、施工变更及施工结算阶段计价快速、高效。
Description
技术领域
本发明属于BIM结构设计技术领域，特别是涉及一种建筑构件生成工程量清单系统及其方法。
背景技术
SketchUp是一套面向建筑师、城市规划专家、制片人、游戏开发者以及相关专业人员的3D建模程序。目前，建筑构件的工程设计，其工程材料的质量和重心计算一般都采用SketchUp软件绘制的工程图，然后通过人工统计材料的体积、密度以及坐标后计算完成。然而，基于SketchUp软件，目前没有能够面向BIM结构设计领域，通过一定的功能模块，对柱、梁、板、墙与楼梯进行自动生成工程量的功能。
传统工程量统计，造价人员一般根据二维设计图纸与工程量清单规范，手工计算各个构件工程量，再录入至分部分项工程量清单与计价表。根据研究表明，工程量计算在整个工程造价工作中大约占50%~80%的时间，传统工程量统计方法工作量大，耗时长，有误差。对于填报的清单工程量追溯查询时，需要查询详细的工程量计算表，工作量大。
手算是由造价人员自己对图纸的理解进行的，造价人员本人的计价水平与识图能力直接决定工程量的准确度，不同计价人员计算的结果存在误差，为了保证数据的准确性，有些公司还需要安排人员复审，耗费大量的人力资源，但也无法杜绝误差的存在。
有些软件即使采用电算办法，耗时短、精度高，如主流设计软件（如Revit）能够自动计算生成工程量明细表，但明细表是以模型构建为独立单元分项列出的，项目过细且杂乱无序，并没有对同一类型的模型构建进行合并汇总，与我国清单计价规范要求的工程量清单表不符，不利于后期套取定额进行计价工作。有些模型输出清单软件即使可以满足我国清单规范要求，但模型在不同软件之间导入导出的过程中，往往造成模型信息的丢失，需要花费预算人员大量的时间进行二次建模，另外模型构件与清单子目的匹配，同样要花费预算人员大量时间和精力。
针对上述问题，本申请文件基于SketchUp软件对柱、梁、板、墙与楼梯工程量清单输出功能，同时建立工程量清单与模型构建的关联，实现清单的可视化追溯查询，确保清单工程量填报的合规性，提高工程量清单编制的效率和精确性，以实现方案设计计价快速、高效。
发明内容
本发明的目的在于提供一种建筑构件生成工程量清单系统及其方法，通过测量仪器测量建筑设施获取建筑设施的结构尺寸参数，将数据转换为建模需要的三维坐标点数据，建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本，解决了现有的建筑成本、工期预测不准确的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种建筑构件生成工程量清单系统，包括数据采集模块、参数转换模块、三维模型构建模块、材料清单导入模块、清单子母匹配模块，
所述数据采集模块，用于通过激光测尺测量建筑设施的结构尺寸参数；
所述参数转换模块，分别与数据采集模块和三维模型构建模块连接，用于将采集到的尺寸参数根据预设的保存规则保存为Excel表格形式的测量数据文件，并将Excel表格内的数据转换为建模需要的建筑设施三维坐标点数据；
所述三维模型构建模块，分别与参数转换模块和材料清单导入模块连接，将建筑设置三维坐标点数据或关键点、线、面信息导入至SketchUp中，进行三维建模；
所述材料清单导入模块，将市面上原材料以及原材料对应的价格制成Excel表格，并将Excel表格导入到清单库内；
所述清单子母匹配模块，与料清单导入模块连接，用于将构建好的建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本。
优选地，所述激光测尺采用点云数据对建筑物三维数据进行采集，具体步骤如下：
步骤1、制造扫描方案：根据测量建筑物的大小安装部署测量工具；
步骤2、点云数据采集：采用扫描仪和多个站点相互配合对建筑物进行数据采集；
步骤3、点云数据处理：激光测尺采集的数据进行预处理，预处理包括点云数据的配准、点云消噪和点云数据重采样处理；
步骤4、特征线提取：利用SketchUp中的TSE插件提取关键点、线、面信息；
步骤5、三维模型构建：将提取关键点、线、面信息上传至三维模型构建模块。
优选地，所述预处理中，所述点云数据的配准，采用多测量的方式，通过不同扫描站获得的点云分别采用其各自的局部坐标系，再配准到同一的坐标系中完成多站点云的拼接；所述点云消噪，采用点云滤波处理，通过人工交互操作在转换不同视角时，对粗差、噪点进行提出；所述点云数据重采样，设置阈值将数据拼接过程中的冗余数据进行点云数据重采样。
优选地，所述激光测尺向被测物体发射处激光，在被测物体表面发生反射，信号进
过返回后，由一起内置的激光接收器进行接受，根据延迟计时器计算出目标点P与激光测尺
的距离S，控制编辑器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度
和纵向扫描角度观测值
计
算得出目标物体上的P点坐标，具体
的计算公式如下：
式中，X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内和X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。
优选地，所述Excel表格通过Java的软件项目管理工具Maven导入Apache POI库读取Excel表格中的测量数据，Excel表格中每一行代表一条测量数据，逐行进行解析，每读取一行数据都新建一个与所述数据测量模式相对应的实体类，所有测量数据读取完成之后返回包含所有实体类的List容器，对保存测量数据的List容器集合进行遍历操作判断每个测量，再将所有的SketchUp拉伸对象按照预设的规则输出到中间数据文件中，完成数据转换。
优选地，所述三维模型构建模块的制作流程如下：
步骤S1：将建筑设置三维坐标点数据或关键点、线、面信息导入至SketchUp中，并将之做成一个组；
步骤S2：利用推或拉工具将生成的墙体面域挤出高度；
步骤S3：根据坐标的高度数据在墙体上挖出门洞和窗洞；
步骤S4：根据现场采集的纹理图片，一一比对着建模，刻画出立面前后层次、结构造型、门窗样式以及界面上的材质；
步骤S5：每一个独立的建筑模型建好之后，把各建筑单体拼合到一起，形成一个完成的建筑工程。
优选地，所述三维模型构建完成后，发送至3D打印模块；所述3D打印模块用于通过3D打印机将制作的三维模型进行打印出实物。
优选地，所述3D打印模块的打印方法如下：
步骤D1：接入3D打印机，识别对应于3D打印机的打印技术类型；
步骤D2：识别3D打印机的具体型号；
步骤D3：根据识别出的打印技术类型和具体型号生成对应于所述3D打印机的设计打印模式；
步骤D4：将用于3D打印的各种物料按一定的配比做成流体；将所述流体输送到物料罐中；在物料罐的出料口出料的同时，搅拌物料罐中的流体；
步骤D5：在设计打印模式下，根据三维模型打印建筑模型实物。
本发明为一种建筑构件生成工程量清单方法，包括如下步骤：
步骤T1：根据待建模的建筑设施实际情况，部署多组测量仪器；
步骤T2：测量仪器测量建筑设施获取建筑设施的结构尺寸参数；
步骤T3：将采集到的建筑数据录入到Excel表格内；
步骤T4：将Excel表格内的数据转换为建模需要的三维坐标点数据；
步骤T5：再向Excel表格录入材料清单库；
步骤T6：将建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本。
优选地，所述步骤T2中，结构尺寸参数包括柱、梁、板、墙、门、窗与楼梯工程的坐标、长、宽、高、面积、体积、颜色和材质。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明根据建筑设施实际情况，部署多组测量仪器测量建筑设施的结构尺寸参数，将采集到的建筑数据录入到Excel表格内后转换为建模需要的三维坐标点数据；再向Excel表格录入材料清单库将建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本，提高工程量清单编制的效率和精确性，以实现方案设计计价快速、高效。
（2）本发明的建筑构件编辑生成的过程，在电脑里模拟展现直观、准确，并可以随时调整，省时省力，可以随时选择局部结构或全部构件工程量清单输出。
（3）本发明方便的对结构构件进行各种属性的调整和修改，在BIM结构绘制时选择使用，一方面可以随时修改建筑方案，并输出工程量及造价，二来可以对比方案之间优劣，并节约投资，选取最有利最经济的方案。
（4）本发明预设了用户自主操作的空间，可以按照用户想法对设备模型统一绘制、编辑、修改的功能，提高操作效率，满足不同用户的需求。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种建筑构件生成工程量清单系统结构示意图；
图2为激光测尺采用点云数据对建筑物三维数据进行采集的步骤图；
图3为三维模型构建模块的制作流程图；
图4为3D打印模块的打印方法流程图；
图5为本发明的一种建筑构件生成工程量清单方法步骤图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种建筑构件生成工程量清单系统，包括数据采集模块、参数转换模块、三维模型构建模块、材料清单导入模块、清单子母匹配模块，
数据采集模块，用于通过激光测尺测量建筑设施的结构尺寸参数；
参数转换模块，分别与数据采集模块和三维模型构建模块连接，用于将采集到的尺寸参数根据预设的保存规则保存为Excel表格形式的测量数据文件，并将Excel表格内的数据转换为建模需要的建筑设施三维坐标点数据；
三维模型构建模块，分别与参数转换模块和材料清单导入模块连接，将建筑设置三维坐标点数据或关键点、线、面信息导入至SketchUp中，进行三维建模；
材料清单导入模块，将市面上原材料以及原材料对应的价格制成Excel表格，并将Excel表格导入到清单库内；
清单子母匹配模块，与料清单导入模块连接，用于将构建好的建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本。
请参阅图2所示，激光测尺采用点云数据对建筑物三维数据进行采集，具体步骤如下：
步骤1、制造扫描方案：根据测量建筑物的大小安装部署测量工具；
步骤2、点云数据采集：采用扫描仪和多个站点相互配合对建筑物进行数据采集；
步骤3、点云数据处理：激光测尺采集的数据进行预处理，预处理包括点云数据的配准、点云消噪和点云数据重采样处理；
步骤4、特征线提取：利用SketchUp中的TSE插件提取关键点、线、面信息；
步骤5、三维模型构建：将提取关键点、线、面信息上传至三维模型构建模块。
其中，步骤1中，测量工具采用的激光测尺的扫描距离达到120m，扫描距离精度为2mm；为获取较高精度的点云数据，各站的平均扫描距离为16m；设定分辨率为1/2，可以获得5mm间距的点云数据。由于在后续点云坐标转换和配准中，需要求解7个参数，因此，每2站至少需要3个公共点进行坐标转换，需要至少放置3个反射标志。为了保证拼接和建模的精度，测站间设定放置5个目标球，并保持10%以上的重叠度。在摆放目标球时，反射标志应避免摆放在一条直线上，同时构成不规则的三角形（避免出现等腰或等边三角形）。
其中，预处理时，点云数据的配准：由于采用多站测量的方式，而不同扫描站获得的点云分别采用其各自的局部坐标系，需要配准到统一坐标系完成多站点云的拼接，因此采用多测量的方式，通过不同扫描站获得的点云分别采用其各自的局部坐标系，再配准到同一的坐标系中完成多站点云的拼接；
点云消噪：由于激光信号在获取目标表面几何和光谱信息的过程中，由于受大气和目标表面因素的影响及障碍物遮挡等，会不可避免地产生噪声，对点云的分割、识别和建模都会产生不利影响，因此采用点云滤波处理，通过人工交互操作在转换不同视角时，对粗差、噪点进行提出；
点云数据重采样：由于在点云数据采集的过程中，测站间保持了10%以上的重叠度，将在数据拼接的过程中造成数据冗余。此外，由于扫描仪距离目标反射点之间存在距离差异，随着扫描距离的增加，点云的密度将逐渐减少设置阈值将数据拼接过程中的冗余数据进行点云数据重采样；本申请文件将分辨率重采样到5mm时，完成点云数据的重采样。
其中，步骤4中，特征线提取时，由于扫描的点云数据都是以点坐标的方式保存的，文件的数据量较大，且点云数据无法直接用来建立模型，需要把点云转变成可以持续设计的模型；利用SketchUp中的TSE插件提取关键点、线、面信息；利用第一个Shell工具选项可以提取点云数据中所有的边界，但这种方式对数据量较大的点云需要耗费更多计算资源，可利用后两个Shell工具选项从矩形或多边形选择窗的扫描数据中提取边界，提取的边界将直接传递到SketchUp中。
其中，激光测尺向被测物体发射处激光，在被测物体表面发生反射，信号进过返回
后，由一起内置的激光接收器进行接受，根据延迟计时器计算出目标点P与激光测尺的距离
S，控制编辑器同步测量每个激光脉冲横向扫描角度
和纵向扫描角度观测值
，计算得出
目标物体上的P点坐标，具体
的计算公式如下：
式中，X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内和X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。
其中，Excel表格通过Java的软件项目管理工具Maven导入Apache POI库读取Excel表格中的测量数据，Excel表格中每一行代表一条测量数据，逐行进行解析，每读取一行数据都新建一个与数据测量模式相对应的实体类，所有测量数据读取完成之后返回包含所有实体类的List容器，对保存测量数据的List容器集合进行遍历操作判断每个测量，再将所有的SketchUp拉伸对象按照预设的规则输出到中间数据文件中，完成数据转换。
请参阅图3所示，三维模型构建模块的制作流程如下：
步骤S1：将建筑设置三维坐标点数据或关键点、线、面信息导入至SketchUp中，并将之做成一个组；利用线条、矩形等工具围绕三维坐标点描出墙体、柱体、楼梯等结构线，并确保所描的线之间能生成一个面，方便后期挤出高度；
步骤S2：利用推或拉工具将生成的墙体面域挤出高度；在建模时候最好把每个建筑物分开建模，这样可以大大加快计算机运行速度；建筑物墙体的高度生成之后，需要根据施工经验或目测得到的高度数据挖出门洞、窗洞等，为了便于后期修改，需要把建立好的墙体做成一个组，在组里进行细节操作；
步骤S3：根据坐标的高度数据在墙体上挖出门洞和窗洞；
步骤S4：根据现场采集的纹理图片，一一比对着建模，刻画出立面前后层次、结构造型、门窗样式以及界面上的材质；
步骤S5：每一个独立的建筑模型建好之后，把各建筑单体拼合到一起，形成一个完成的建筑工程，然后参照彩色平面规划图，完成景观绿化布置。
其中，三维模型构建完成后，发送至3D打印模块；3D打印模块用于通过3D打印机将制作的三维模型进行打印出实物。
请参阅图4所示，3D打印模块的打印方法如下：
步骤D1：接入3D打印机，识别对应于3D打印机的打印技术类型；
步骤D2：识别3D打印机的具体型号；
步骤D3：根据识别出的打印技术类型和具体型号生成对应于3D打印机的设计打印模式；
步骤D4：将用于3D打印的各种物料按一定的配比做成流体；将流体输送到物料罐中；在物料罐的出料口出料的同时，搅拌物料罐中的流体；
步骤D5：在设计打印模式下，根据三维模型打印建筑模型实物。
请参阅图5所示，本发明为一种建筑构件生成工程量清单方法，包括如下步骤：
步骤T1：根据待建模的建筑设施实际情况，部署多组测量仪器；
步骤T2：测量仪器测量建筑设施获取建筑设施的结构尺寸参数；
步骤T3：将采集到的建筑数据录入到Excel表格内；
步骤T4：将Excel表格内的数据转换为建模需要的三维坐标点数据；
步骤T5：再向Excel表格录入材料清单库；
步骤T6：将建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本。
其中，步骤T2中，结构尺寸参数包括柱、梁、板、墙、门、窗与楼梯工程的坐标、长、宽、高、面积、体积、颜色和材质。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种建筑构件生成工程量清单系统，包括数据采集模块、参数转换模块、三维模型构建模块、材料清单导入模块、清单子母匹配模块，其特征在于：所述数据采集模块，用于测量建筑设施的结构尺寸参数；所述参数转换模块，分别与数据采集模块和三维模型构建模块连接，用于将采集到的尺寸参数根据预设的保存规则保存为Excel表格形式的测量数据文件，并将Excel表格内的数据转换为建模需要的建筑设施三维坐标点数据；
所述三维模型构建模块，分别与参数转换模块和材料清单导入模块连接，将建筑设置三维坐标点数据或关键点、线、面信息导入至SketchUp中，进行三维建模；
所述材料清单导入模块，将市面上原材料以及原材料对应的价格制成Excel表格，并将Excel表格导入到清单库内；
所述清单子母匹配模块，与料清单导入模块连接，用于将构建好的建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本。
2.根据权利要求1所述的一种建筑构件生成工程量清单系统，其特征在于，通过激光测尺采用点云数据对建筑物三维数据进行采集，具体步骤如下：
步骤1、制造扫描方案：根据测量建筑物的大小安装部署测量工具；
步骤2、点云数据采集：采用扫描仪和多个站点相互配合对建筑物进行数据采集；
步骤3、点云数据处理：激光测尺采集的数据进行预处理，预处理包括点云数据的配准、点云消噪和点云数据重采样处理；
步骤4、特征线提取：利用SketchUp中的TSE插件提取关键点、线、面信息；
步骤5、三维模型构建：将提取关键点、线、面信息上传至三维模型构建模块。
3.根据权利要求2所述的一种建筑构件生成工程量清单系统，其特征在于，所述预处理中，所述点云数据的配准，采用多测量的方式，通过不同扫描站获得的点云分别采用其各自的局部坐标系，再配准到同一的坐标系中完成多站点云的拼接；所述点云消噪，采用点云滤波处理，通过人工交互操作在转换不同视角时，对粗差、噪点进行提出；所述点云数据重采样，设置阈值将数据拼接过程中的冗余数据进行点云数据重采样。
4.根据权利要求1所述的一种建筑构件生成工程量清单系统，其特征在于，通过激光测
尺向被测物体发射处激光，在被测物体表面发生反射，信号进过返回后，由一起内置的激光
接收器进行接受，根据延迟计时器计算出目标点P与激光测尺的距离S，控制编辑器同步测
量每个激光脉冲横向扫描角度
和纵向扫描角度观测值
，计算得出目标物体上的P点坐
标，具体
的计算公式如下：
式中，X轴在横向扫描面内，Y轴在横向扫描面内和X轴垂直，Z轴与横向扫描面垂直。
5.根据权利要求1所述的一种建筑构件生成工程量清单系统，其特征在于，所述Excel表格通过Java的软件项目管理工具Maven导入Apache POI库读取Excel表格中的测量数据，Excel表格中每一行代表一条测量数据，逐行进行解析，每读取一行数据都新建一个与所述数据测量模式相对应的实体类，所有测量数据读取完成之后返回包含所有实体类的List容器，对保存测量数据的List容器集合进行遍历操作判断每个测量，再将所有的SketchUp拉伸对象按照预设的规则输出到中间数据文件中，完成数据转换。
6.根据权利要求1所述的一种建筑构件生成工程量清单系统，其特征在于，所述三维模型构建模块的制作流程如下：
步骤S1：将建筑设置三维坐标点数据或关键点、线、面信息导入至SketchUp中，并将之做成一个组；
步骤S2：利用推或拉工具将生成的墙体面域挤出高度；
步骤S3：根据坐标的高度数据在墙体上挖出门洞和窗洞；
步骤S4：根据现场采集的纹理图片，一一比对着建模，刻画出立面前后层次、结构造型、门窗样式以及界面上的材质；
步骤S5：每一个独立的建筑模型建好之后，把各建筑单体拼合到一起，形成一个完成的建筑工程。
7.根据权利要求1所述的一种建筑构件生成工程量清单系统，其特征在于，所述三维模型构建完成后，发送至3D打印模块；所述3D打印模块用于通过3D打印机将制作的三维模型进行打印出实物。
8.根据权利要求7所述的一种建筑构件生成工程量清单系统，其特征在于，所述3D打印模块的打印方法如下：
步骤D1：接入3D打印机，识别对应于3D打印机的打印技术类型；
步骤D2：识别3D打印机的具体型号；
步骤D3：根据识别出的打印技术类型和具体型号生成对应于所述3D打印机的设计打印模式；
步骤D4：将用于3D打印的各种物料按一定的配比做成流体；将所述流体输送到物料罐中；在物料罐的出料口出料的同时，搅拌物料罐中的流体；
步骤D5：在设计打印模式下，根据三维模型打印建筑模型实物。
9.一种建筑构件生成工程量清单的方法，使用权利要求1-8任一项所述的工程量清单系统，其特征在于，包括如下步骤：
步骤T1：根据待建模的建筑设施实际情况，部署多组测量仪器；
步骤T2：测量仪器测量建筑设施获取建筑设施的结构尺寸参数；
步骤T3：将采集到的建筑数据录入到Excel表格内；
步骤T4：将Excel表格内的数据转换为建模需要的三维坐标点数据；
步骤T5：再向Excel表格录入材料清单库；
步骤T6：将建筑模型的材质数据与材料清单相进行匹配，计算得出建筑模型制作成本。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤T2中，结构尺寸参数包括柱、梁、板、墙、门、窗与楼梯工程的坐标、长、宽、高、面积、体积、颜色和材质。
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